南沟煤业带式输送机煤量自动匹配控制系统的应用研究

弓砚文

（山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司，山西 宁武 036700）

带式输送机是煤矿井下重要的输送设备，其工作时的装机功率约占到了煤矿总装机功率的25%，运行时的能耗占到了煤矿设备工作能耗的50%左右。南沟煤业主带式输送机系统的最大运量为4300t/h，稳定运行时的带速为4.2m/s。目前该主带式输送机主要用于接收连采1巷、连采2巷和综采巷的各分输送机系统，各巷的理论出煤量分别为180t/h、200t/h、1822t/h。整个输送机系统运行时的带速稳定在3.6m/s，但由于各巷综采速度的差异性，经常导致输送带上的实际煤量远低于理论煤量，导致输送机一直处于空载运行状态，不仅极大地消耗了输送机的实际使用寿命，而且也使煤矿的耗电量居高不下，严重影响了煤炭生产企业的经济效益。因此本文提出了一种基于煤量的自动匹配控制系统，以期实现在确保运输效率和安全的情况下降低输送机系统的耗电量，提升运行经济性。

1 煤量自动匹配带速的制定

由于带式输送机工作时的带速和运量成反比[1]，在运行过程中对输送带运行带速的调整需要以确保不出现溢煤为基础。主输送机输送带的运量应大于各分支输送带的连续出煤量。根据南沟煤业各综采面的实际情况，理论上，当其主输送机以1.2m/s运行时即可满足两个临界综采面的连续综采的出煤量，但由于实际工作中当输送机系统的电机在低频运行时的发热量大，为了保持一定的余量，该矿设置主输送带运行时的最低带速为2m/s。输送机工作时综采面上的最大出煤量为3110t/h，两个临近面上的最大出煤量约为370t/h，因此可设置主输送机系统的最大运行速度为3.6m/s，满足最大出煤量情况下的安全运输需求。

2 煤量自动匹配控制系统实施方案

南沟煤业井下主输送机系统共设置了6台1000kW的变频驱动控制器，其分别布置在输送机的机头和机尾的位置，配置量为3:1。由于该输送机变频器控制方案中变频主机在机头位置，其他变频器[2]由主机统一控制，因此在进行自动匹配控制系统改造时，将调速控制系统设置到了输送机头部靠近变频主机的位置。为了满足控制系统根据井下各综采设备的运行情况对输送机系统的调节，需要将井下综采1巷、综采2巷、连采巷的井下控制环网和运行状态采集系统的采集信号实时传输到该控制系统中，使系统能够及时准确地判断各分输送带在某一时刻输送到主输送机上的煤量，从而实现对输送机运行速度的精确控制。南沟煤业带式输送机煤量自动匹配控制系统的结构如图1所示。

图1 带式输送机煤量自动匹配控制系统结构示意图

3 煤量自动匹配控制系统安全措施

由于主输送机系统在运行过程中一旦出现控制系统调节错误，将导致整个区域内的生产完全停止，给煤矿生产造成巨大的损失，因此在该煤量自动匹配控制系统设计时，需要将安全性和稳定性放在最优先的位置去考虑。经过对控制中可能出现的问题的分析，最终确定在控制系统中设置侦测调速系统断电和掉线的功能[3]。

在运行的过程中系统一旦发现调速控制出现偏差将自动控制输送机以满速的方式进行运行，也就是自动切断煤量自动匹配控制系统对该输送机运行系统的控制，恢复到之前的非调速控制运行状态，从而确保生产的连续性。在该安全保护系统中，所获取的监测数据均具有稳定侦测功能，一旦出现数据不稳则系统自动进行提升，在进行调速时采用了直接提速和缓慢降速的控制原则。当出现煤量和输送机功率增加时，系统直接控制迅速的提速，而当系统监测到输送机的功率和煤量下降到某个临界点时，则会进行梯度降速运行，实现对控制系统安全可靠的调速。系统自动还原保护原理如图2所示。

图2 系统自动还原保护

4 自动匹配控制过程及应用效果

南沟煤业带式输送机系统在获取到综采面开始工作的信号后，首先控制将带式输送机速度提升到3.6m/s进行运行，当综采面的综采作业停止，仅剩下连采面的作业时，系统将控制带速使其降低到2m/s的速度进行运行。该控制过程主要是为了验证系统最低和最高带速能否满足井下综采作业的需求。在正常的生产中，输送机带速的控制主要是通过输送机的功率信号和皮带秤对输送带上煤炭的承重来进行调节的[4]，在实际调控过程中只有二者有一个出现突然增加，系统就会直接将主输送带的带速提高至3.6m/s，确保系统运行的稳定性。南沟煤业的带式输送机煤量自动匹配控制系统在工作时的调速控制逻辑如图3所示。

图3 系统调节控制逻辑示意图

通过对运行以来该输送机工作时的耗电量的汇总，在输送相同量的煤炭的过程中，传统控制系统的耗电量约为16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系统时，其耗电量约为12383kW·h，节能效率达到了23.8%，极大地提升了南沟煤业运输系统的运输经济性。

5 结论

为了解决南沟煤业带式输送机系统在运行过程中长期处于工频工况、耗电量大的难题，本文提出了一种新的带式输送机煤量自动匹配控制系统，对该控制系统速度设定依据、工作原理、应用过程等进行了分析，结果表明：

（1）根据井下综采作业状况，设置主输送带运行时的最低带速为2m/s，设置主输送机系统的最大运行速度为3.6m/s，满足不同工况下安全运输需求。

（2）该控制系统设置有侦测调速系统断电和掉线的功能，能够确保在不同工况下对输送机运行安全的全面保护。

（3）通过对运行以来该输送机工作时的耗电量的汇总，在输送相同量的煤炭的过程中，传统控制系统的耗电量约为16253kW·h，采用新的煤量匹配控制系统时，其耗电量约为12383kW·h，节能效率达到了23.8%，极大地提升了南沟煤业运输系统的运输经济性。