矿井主运煤皮带顺煤流启动应用研究

余 曦

（重庆能投渝新能源有限公司打通一煤矿， 重庆 綦江 401445）

引言

多台皮带连续化运输采用顺煤流启动方式，可以从最后一台皮带先启动，当煤炭到达机头设定位置后，逐台启动前级皮带。这种启动方式既节能，又可减少设备的磨损，同时增加设备的使用寿命，缩短拉运煤炭的时间，提高运输的质量，是煤矿长距离皮带运输系统最显著的经济效益体现[1]。

1 煤矿概况

目前我矿运煤系统主要集中在11号层皮带巷，共有4台皮带连续运输，分别是11号层强力皮带、落地一台皮带、落地二台皮带、西区皮带下山强力皮带，全长共3 275 m，其中前三台长度2 500 m。现目前多台皮带连续运输的启动方式采用逆煤流启动，即每次拉煤顺序是11号层强力皮带→落地一台皮带→落地二台皮带→西区皮带下山→给煤机，这种启车控制方式的缺点主要有以下几点：

1）前三台皮带逆煤流启车存在一段时间空负荷运行，距离越远空负荷运行时间越长，其中每一次启车11号层强力皮带空载运行时间11 min，落地一台皮带空载运行8 min，落地二台皮带空载运行5 min。

2）皮带每天空负荷运行做出无用功，即浪费电力，又增加了皮带的磨损，将缩短设备的使用寿命[2]。

3）每当给煤机被堵时，只能按照逆煤流启动方式将前面皮带全部开启，才能够处理煤仓堵塞问题。若长时间开启皮带来处理煤仓堵塞，则容易将水拉入中央煤仓，增加煤炭的含水量造成皮带打滑。若不启动皮带处理煤仓堵塞，则处理煤仓下来的煤炭又无法拉出，如单独启动给煤机下的皮带（西区皮带下山强力皮带）则必须要派人现场调节到近控方能操作，将增加处理给煤机堵塞的处理成本。

4）增加了设备的检修维护成本费用。

2 皮带顺煤流启动技术浅析

皮带顺煤流启动主要有两大类：一类是传统式的机械行程触点控制启动顺煤流，另一类是采用软件PLC程序加模拟量传感器控制实现启动顺煤流。

传统式的机械行程触点控制启动顺煤流其工作原理是在最后一台皮带机头安装一个传感器，并将传感器的触点接入上级皮带开关的控制系统中。当最后一台皮带煤炭拉入机头碰触到传感器，传感器开关量的闭合就会给上级皮带启车提供信号，以此来启动上台皮带的运行，依次类推直到第一台皮带[3]。

这种控制方式在正常运输煤炭的情况下是能够实现，但是，当前台皮带出现故障或者传感器出现故障等遇到其他故障问题时，上级皮带如若无反馈信号给本台皮带停车，就容易导致本台皮带机头出现堆煤事件。并且开关量传感器使用不可靠，长时间碰撞后容易接点接触不好，就更容易出现失误，例如我矿西区皮带下山强力皮带运行速度3.15 m/s，如出现堆煤后靠皮带的堆煤保护动作，其动作至少在5 s以上，机头堆煤至少4 t以上，并且该问题具有处理难度大、影响时间长和劳动强度加大等困难。因此，这种顺煤流启动运行方式无法得到可靠的保障。

采用软件PLC程序加模拟量传感器控制实现启动顺煤流，其工作原理是封锁原逆煤流控制方式的全频信号，在每台皮带机头安装一个模拟量传感器，当煤炭到达设定位置，通过模拟量传感器的感应，给PLC一个输入信号，驱动前台皮带运行；考虑到皮带启动有预警，因此，在PLC程序内设定25 s的反馈时间中，当前台皮带没有开启时，可以给本台皮带反馈信号直接停车，防止煤炭过机头出现堆煤事故的发生，待每台设备运行正常后，上级皮带和下台皮带投入全频信号，便可恢复皮带的联锁功能；当所有皮带正常运行后，其就和原逆煤流的方式一样，所有的保护功能都将齐全并可以正常使用，包括皮带的联锁保护。

采用这种控制方式的优势主要以下几点：第一，传感器检测可靠，提高设备的可靠性；第二，程序内部设定信号反馈时间，如发生异常情况前台未起机，能够直接将本来皮带在煤炭未过机头位置时自动停运本台皮带，防止堆煤事故发生；第三，当给煤机出现堵塞时，能够单独启动给煤机正下方的皮带机（西区皮带下山强力皮带），无需要将前级所有皮带启动或单独安排人员到现场将控制开关进行调整，能够保证处理堵塞的水不进入中央煤仓，同时也能节约电量、减小设备磨损及人员投入；第四，保护功能齐全，既能够顺煤流运行也能够逆煤流运行，并且能够投入联锁保护及皮带系统本身应有的保护[4]。

2.1 功能、技术要求

1）能够实现顺煤流控制，先启动最后一台皮带，当煤炭到达机头时，逐台启动前级皮带。

2）当前级皮带未开启时，自动停运本台皮带，并不会出现堆煤故障。

3）每台皮带正常运行后，对应皮带的联锁保护正常，每台皮带的保护工作正常。

4）能够顺煤流和逆煤流转换，当皮带运行中途突然停电后，能够采用逆煤流启动方式开车。

5）根据每台皮带的运行速度，确定传感器的安装位置，保证在前级皮带未开启时，反馈的信号能够停运本台皮带，煤炭距离机头15 m左右停运。

6）为了防止传感器失灵，可以在传感器装置上安装2个传感器，只要任意一个传感器能够感应都能够保证前级皮带运行正常[5]。

2.2 皮带顺煤流启动的选择

根据我矿运煤系统的逆煤流控制方式，在现有基础上考虑两种方案：第一种方案，不在外部增加硬件设施，直接利用PLC进行编程采用时间进行控制达到顺煤流启动；第二种方案，采用在外部增加传感器加程序控制的方式达到顺煤流启动。

第一种方案，直接进行编程，采用时间控制存在弊端主要表现在：第一，既要保留原来的逆煤流启动方式又要保证顺煤流启动方式运行，操作会发生冲突；第二，修改程序技术有限，无法正常地保证此方案能够顺利实施；第三，采用时间控制，当皮带在运行后出现紧急情况，无法进行地面集控操作，必须派人到现场单独操作不现实。

第二种方案，在启车运行前封锁全频信号，机头70 m左右位置增加一组传感器，然后通过传感器的感应给前台皮带一个模拟信号，启动前台皮带。同时，在本台皮带的程序上增加一个反馈信号，设定25 s的延时时间，当本来皮带煤炭经过传感器后，25 s前台皮带未启动，就反馈信号到本台皮带切断本台皮带的控制，停运本台皮带，这种方案可以避免煤炭不过机头就引起堆煤的现象。

通过两组方案之间的对比，故决定实施第二种方案来达到顺煤流启动功能。为了调高设备的可靠性，可在第二种方案的基础上在外部硬件上确保传感器可靠，采用双保险，即在装置上安装2个光电传感器，只要其中任意一个传感器感应到煤炭，都可以给前级皮带信号启动皮带运行[6]。

3 皮带顺煤流启动控制的工作原理及结构特征

3.1 工作原理

封锁原逆煤流运行的所有皮带全频信号，让联锁保护暂不投入使用，同时在除煤仓口的皮带外其余连台皮带的机头安装一个光电感应传感器来接收煤炭到点的信号（传感器的位置直接根据皮带的运行速度，现场调试，确保煤炭在反馈信号25 s内不过机头，大概在75 m左右），当煤炭到点触碰传感器动作，给前台皮带一个启车信号让前台皮带启动，再修改每台皮带的反馈信号点，设定25 s的时间。当传感器动作25 s后，前台皮带未启动就反馈信号到本台皮带直接停机本台，避免因前台皮带未启动导致本来皮带未停机而发生的堆煤事件。同时在前台皮带启动后，就应投入前台皮带和本来皮带的联锁保护，确保保护可靠运行，以此类推，逐台启动，保证顺煤流正常运行。如遇见突然停机等异常情况，皮带上存有大量煤炭，可以直接在集控室上位机电机切除顺煤流控制操作，采用逆煤流启动控制方式逐台启动。

3.2 结构特征

煤矿井下运煤系统顺煤流系统的组成：由多台连续皮带、上位机、环网、KJD5控制箱、光电传感器和相关通信线等组成。

4 皮带顺煤流启动控制的技术特征

1）能够实现顺煤流控制方式逐台启动。

2）当前台皮带未启动，本台皮带能够检测到反馈停运本来皮带运行。

3）顺煤流启动前，封锁多台连续皮带的联锁保护。

4）当皮带运行正常后，投入联锁保护。

5）能够顺煤流和逆煤流控制方式切换，防止异常情况多台皮带重负荷载煤。

5 皮带顺煤流启动的使用情况

从2016年9月份开始，我矿采用传感器加PLC程序内部控制实现顺煤流启动，并积极进行了传感器的装置加工与程序的内部修改，以及上位机组态王的修改，总共利用四天的时间在11号层对每台皮带进行传感器的安装，程序的调试，上位机组的修改设定等工作。于2016年10月20日调试成功开始试运行，截止目前2018年5月21日，期间对设备运行进行观察，均能可靠达到最初效果，实现了顺煤流启动控制方式[7]。

实现了顺煤流启动控制方式，可减少前级皮带的空负荷运转时间。每一次启车11号层强力皮带节约空载运行时间11 min，落地一台皮带节约空载运行时间8 min，落地二台皮带节约空载运行 5 min，平均节约电量（480×11+180×8+180×5）×0.7/60=88.9 kWh，每天按照启车4～5次，平均每月节约能耗4.5×30×88.9=12 001.5 kWh，每月节约电费12 001.5×0.693=8 317元，每年节约费用99 804元。

6 结语

矿井应用皮带顺煤流启动技术运输系统经实践证明：各项性能良好，均达到设计要点，实现了煤矿机电一体化的管理及应用。我矿自应用配套大功率、大运量、长距离、大倾角带式输送机电一体化技术后取得了理想成绩，极大地提升了我矿煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业改革打下了扎实的基础。

[1]杜少敏，于文博，王荣泉.动态分析技术在带式输送机中间驱动改造中的应用[J].煤矿机械，2017（11）：123-125.

[2]王伟发.机电一体化技术在煤矿机械中的应用[J].煤炭科技，2017（1）：85-86.

[3]王平权.机电一体化技术在煤矿企业生产中的应用及发展研究[J].商品混凝土，2013（5）：23-24.

[4]杨强.论机电一体化技术在煤矿中的应用[J].民营科技，2014（5）：44-46.

[5]冯璐.论机电一体化技术在煤矿中的运用[J].煤炭技术，2013（9）：55-56.

[6]王孝锋，欧阳利勇.当前矿山生产中机电一体化技术的应用探讨[J].世界有色金属，2017（19）：66-67.

[7]张然.机电一体化技术在煤炭企业中的应用及发展趋势[J].黑龙江科技信息，2017（4）：11-13.