机巷运输自动化集中控制系统在沿沟矿的应用

蔡正华，叶迪保，骆黄艳

（乐矿集团，江西 景德镇 333300）

1 概述

沿沟煤矿开采急倾斜煤层群，采用“急倾斜柔性掩护支架采煤法”开采。 工作面煤炭经机巷后采用刮板输送机、皮带输送机运至煤斗。 采区机巷运输系统基本运输单元由多条皮带、刮板输送机搭接形成。 沿沟煤矿现有的原煤开采输送系统，均靠人工操作及巡检维护。 因此，每部设备均需配备刮板输送机、皮带输送机司机。 采面初采期，工作面走向长度较长， 皮带、 刮板输送机较多， 最多时可达9部，最少时也有5 部，造成企业用工多，人力成本占到企业吨煤成本的一半以上。 随着国家煤矿安全监察局《煤矿井下单班作业人数限员规定（试行）》的通知的下发及煤矿企业招工难等突出问题，自动化减人工作已成为各煤矿企业发展趋势和努力追求的目标。 而采区工作面机巷运输集中自动化控制系统能从根本上解决采区机巷设备用人多、 故障多、成本高等问题，具有重要的社会和经济效益。

2 采区机巷运输自动化集中控制系统简介

采区机巷运输自动化控制系统是以视频、自动化及网络技术集于一体的智能监控装置；以智能模型为核心的控制思路，组成井下煤炭输送的智能物联网，达到全井无忧安全输送。

2.1 系统框架

采区机巷运输自动化控制系统中，各智能控制分站是通过现场总线网络接口连接在一起的。 各分站具有独立工作能力， 可自主完成既定的任务，如数据采集、处理、监视、操作和控制等。 对矿井运输系统来说，就是针对每一条生产线设置一个智能控制分站，一条生产线包括由不同台数的皮带机与刮板机组成，独立自主完成对一条生产线运输设备的控制、显示和操作。 采区机巷运输自动化控制系统结构见图1。

图1 采区机巷运输自动化控制系统结构

2.2 控制保护功能

系统为实时监控网络结构，具有完善的生产监控管理功能，能对运输主要环节及相关的辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示、记录，对井下运输系统进行远程集中监控；同时配合工业电视系统进行安全图像监视，以确保人员及设备的安全。 监控系统实施后，操作员可在中控终端上监视及控制运输生产过程，完成对运输生产及相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现了矿井运输生产系统的综合自动化。 各设备的保护信号有打滑、堆煤、断轴、超温、烟雾、纵撕、洒水、跑偏、仓满、急停闭锁、断链、板斜、掉链等。

2.3 系统硬件组成

系统主要由地面监控中心站、网络层、现场控制分站组成。 主要设备包括上位机、组态软件、矿用隔爆交换机、 隔爆兼本安型PLC控制箱、 隔爆液晶屏、总线数据采集系统、防爆摄像头及各类传感器等部分。

2.4 外接数据交换

根据现场的设备布置情况， 采用三层网络结构。 在设备层采用专用总线技术。 在控制层采用专用的控制网络。 在系统接入的信息层采用工业以太网。 系统保证整个网络的畅通行，网络具有路由的功能，能通过上位系统的以太网、路由到控制层和设备层。

2.5 系统功能

（1）实时运行参数监测

各监控子系统实时采集生产工况参数，可以采用图形、报表的形式显示系统的实时工况。

具体监测的工况参数：如皮带是否打滑、断带、跑偏、撕裂、烟雾，皮带机是否堆煤，刮板机的联轴器与减速器的温度，电机的温度、转速，减速器内的油位，刮板的运行状态，刮板机是否堆煤等。

（2）实时过程控制

分析采集的参数，各系统自动完成过程控制或由操作员操作控制。 系统控制模式分为远程自动控制、远程手动控制、就地运行控制。 模式切换可在触摸屏及上位机上完成。 正常运行时，系统一般处于远程自动控制状态。 系统根据预设程序控制生产线上设备自动按顺序启动、运行、连锁与保护及停车全过程的控制和监测。 协助运行时，系统可以处于远程手动控制状态。 根据生产要求由操作人员协助控制生产线上设备的开、停车，保留集中自动控制的全部功能。 检修试车时，系统处于就地运行控制状态。 通过现场设备控制柜上的起停装置控制设备的开、停车，保留单台设备的保护功能。

（3）历史数据查询

以上生产实时监测数据均可存储于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，进行综合分析。 提供实时数据及曲线、历史数据及曲线、报警参数记录、报警数据、起停车的时间记录等。

（4）视频监控

利用远程视频摄像仪，在中控或各子站均可实时视频监视设备运行状况，通过网络将实时视频传至井上并保存，以便后期调阅。

（5）设备故障及模拟量超限报警

当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现报警、实时打印故障功能。 如设备出现各类故障时，系统将声光报警并按预设程序进行连锁动作， 并对故障时间、位置及类型等信息进行记录。

3 采区机巷集中自动化控制系统在沿沟矿31701 工作面的应用

3.1 机巷运输情况及存在问题简介

31701 采区机巷共装设皮带输送机二部、 刮板输送机四部。 整条机巷全长700 余米，两处90 度拐弯。 当工作面来煤后，最后一部刮板输送机司机发信号通知第一部司机，由第一部司机将皮带输送机开启；等第一部开启后，第二部司机再将二部皮带输送机开启；按此步骤，直到最后一部刮板输送机运行。 为此矿人力资源部给该机巷定员20 人（操作工每班6 人、维修钳工2 人）。 由于原有操作工艺复杂，导致该机巷存在三个方面问题：①从发出信号到设备全线运转起来，需10 多分钟，一旦工作面来煤较快，极易压死刮板输送机。 ②由于下煤斜坡除下煤外，也是工作面进风巷，煤流不及时运走，会影响工作面进风断面，经常造成工作面少风、无风作业及瓦斯超限；③由于工作面采用炮采，工作面出煤量极不稳定。 为减轻工作量，岗位人员停机时间较少，尤其中、晚班，设备几乎不停，造成刮板输送机、皮带输送机长期空负荷运转，中部槽、链环、托辊等零配件磨损消耗特别大； 这样既增加了材料费， 又增加了维修工作量， 还增加了电费支出。为了有效化解老工艺给生产带来的被动影响，提高安全生产可靠性， 提高企业经济效益， 沿沟矿于2018年10月采用EPC 模式，引进北京昌盛传动技术有限公司采区机巷运输自动化集中控制系统，实现了31701 机巷运输设备集中自动化控制。

3.2 系统安装

为减少线路联接，每台设备上布置了一台分站及一个红外摄像头，各台设备传感器通过分站PLC进行程序处理，主站（操做台）与控制分站之间通过光纤总线方式连接组成控制网络，各控制分站是通过现场总线网络接口连接在一起。 整条机巷只需增加光缆一根，两芯屏蔽阻燃通讯线一根。 由于设备采用PLC 程序控制，设备未投入使用前，可用程序将新设备所有点进行短接，确保了设备安装期间不会对现有生产系统造成影响。

3.3 系统操作

系统的控制方式：具有集中自动运行、单机自动运行、就地三种工作方式。 机巷只需两人，一人操作、一人巡视；操作人员通过最后一部刮板输送机尾摄像头观察来煤情况，一旦刮板输送机尾煤量达30 mm，便发出指令从最后一部设备往前逐台开启。当无煤时， 系统会从里面逐台往外停止设备运行，确保设备不会被煤流压死。

4 使用效果分析

4.1 经济效果

（1）人工成本收益：原6 台设备操作人员18 人/天，改造后6 人/天，按矿机巷设备操作工岗位3 500 元/月（含四险一金）计算，则年节约人工费用12×4.2 万元=50.4 万元。

（2）电量支出收益：由于设备由原逆煤流启动改为顺煤流启动及增加了停机频率，通过机巷表计对比，电能节约可达30%以上。 按沿沟矿对近4年统计每台设备单耗计算， 取平均值0.218 万度台/月，年合计用电量约为0.218×6 台×12 个月=15.696万度，按综合电价0.79 元/ 度计算：15.696×0.79=12.4 万元。 则年节约电费：12.4×0.3=3.72 万元。

（3）设备损耗收益粗算：改造后设备空运行时间可减少30%，按皮带机每台设备价值约18 万元，刮板输送机每台设备价值约10 万元，6 台设备合计约76 万元；年节省设备损耗费用76×0.3=22.8 万元/年。

机巷运输系统集中自动化控制改造后，与原系统相比预计4年可节约费用为307.68 万元， 除去支付北京昌盛传动技术有限公司投资82.66 万元费用外，沿沟矿四年可节约费用225.02 万元。

4.2 社会效果

通过该项目的实施，企业用工大量减少，若沿沟矿生产的五个采面全部投入采区机巷集中自动化控制系统后，五个采区将直接减少一线作业人员50 人，将大幅度缓解目前煤矿招工难、用工多的突出问题；特别是满足了《煤矿井下单班作业人数限员规定（试行）》通知的要求，实现了煤矿井下人少则安、无人为安的安全理念和自动化减人、机械化换人的目标。

5 结语

机巷集中自动控制系统，通过沿沟矿近一年的使用，基本达到了无故障运行，且安装、使用方便，安全可靠性高，并得出如下结论：

1）本项目采用EPC 模式运作，企业投资做到了零风险。

2）机巷运输系统集中自动化控制改造后，与原系统相比预计4年可节约费用为307.68 万元，除去投资82.66 万元费用外， 四年可节约225.02 万元。

3）通过该项目的实施，企业用工大量减少。 原系统每天需要18 人， 采区机巷集中自动化控制系统实施后每天只需要6 人，大幅度减少了井下一线人员数量，切合《煤矿井下单班作业人数限员规定（试行）》的通知要求，实现煤矿井下人少则安、无人为安的安全理念和自动化减人、机械化换人的目标。