工作面刮板输送机与采煤机协同调速技术的实践

徐士龙 孟凡龙 高理鹏

（山东能源枣矿集团高煤公司，山东 济宁 277600）

1 工程概况

山东能源枣矿集团高庄煤业有限公司3上1112工作面设计长度1235 m，主要开采3上煤层，总体为一倾向北西宽缓的单斜构造，沿走向、倾向有波状起伏，工作面倾角为5°～18°，平均10°。3上1112 工 作 面 采 用MG900/2400-WD 交 流 电 牵引采煤机、ZY8000/25/50 型掩护式液压支架、SGZ1000/3×1000 型刮板输送机。

3上1112 工作面生产期间，对于采煤机牵引速度的调节主要是采用人工调节的模式，同时刮板输送机的行进速度也是基于采煤机牵引速度而采用的人工调节模式。从现场生产的实践来看，采煤机及刮板输送机工作的人工调节模式能基本满足设备正常的截煤及运输作业，但是仍然存在着设备运行速度调节滞后、设备运行能耗高、设备运行智能化程度低的问题，这与该煤矿智能工作面及智慧矿山的建设目标不符。针对这一情况，该煤矿基于节能降耗、提高智能化开采的目的，采用协同调速技术对采煤机和刮板输送机的行进速度进行智能化调节[1-6]，在不影响采煤机截割作业的前提下实现对刮板输送机运行速度的全自动调节，有效提高刮板输送机的运行效率。

2 刮板输送机与采煤机协同调速系统

2.1 刮板输送机与采煤机工作分析

MG900/2400-WD 型采煤机主要由截割部、牵引部、电气部和辅助装置组成，SGZ1000/3×1000型刮板输送机主要由中部槽、机头、机尾组成。在该工作面开采时，刮板输送机的功能有两种，第一是向外运输煤炭，第二是为采煤机割煤作业提供行进通道，从而完成采煤机的连续作业。刮板输送机及采煤机工作的协调过程如图1。

图1 刮板输送机及采煤机工作的协调过程示意图

工作面的煤炭开采量与采煤机开采速度的推进是息息相关的，工作面的第一要务是保障采煤机截割作业的安全和稳定，实现煤炭资源的最大利益开采。但是当前SGZ1000/3×1000 型刮板输送机的运行主要是采用人工调节以最大程度适应采煤机的截割作业。为预防采煤机割煤停滞问题的发生，对于刮板输送机的运行功率明显高于采煤截割作业功率必须进行优化调整。

2.2 速度协同系统结构

2.2.1 协调调速原理

从刮板输送机与采煤机工作分析可知，协调调速系统的应用是在保证采煤机截割作业的需要及刮板输送机运输煤炭物料需要的大前提下进行的，此时在该前提下通过调整刮板输送机的运行速度，最大程度匹配采煤机的工作，实现刮板输送机节能降耗的目的。速度协同系统协调调速的控制模式如图2。

图2 刮板输送机速度协同系统协调调速控制模式示意图

采煤机截割作业过程设定为恒速运行模式状态下，此时采煤机在t1时间连续截割作业，刮板输送机负载不断增加，刮板输送机运行速度不断增大；当采煤机截割作业时刻达t2后，此时刮板输送机负载高达该设备额定载荷的80%，刮板输送机的负载、刮板输送机运行速度、采煤机截割作业速度三者达到平衡状态，刮板输送机保持恒速运行模式；当采煤机截割作业时刻达到t3时，刮板输送机的负载高达该设备额定载荷的85%，此时应该调高刮板输送机的运行速度，减小设备上运输的煤炭物料的量，从而降低设备的负载；当采煤机截割作业时刻达t4时，刮板输送机的载荷下降到设备额定载荷的50%，即可调低刮板输送机的运行速度，让其保持正常运行速度。

2.2.2 协调调速系统结构

刮板输送机与采煤机协同调速系统结构如图3，主要包括采煤机速度监控系统、巷道远程协同调速系统、刮板机机载调速系统三大部分，主要有PLC 控制器、集控箱，互感器、变频器、无线以太网等零部件。调速系统可监测刮板输送机载荷以及采煤机速度，并通过变频器调整刮板输送机运行速度。PLC 控制器采用西门子S7-300 型，是该协调调速系统的核心，分别用来处理采煤机工作的参数信息和刮板输送机工作的参数信息。集控箱型号为KXJ0.5-1140，能有效简化协调调速系统的通信传输。

图3 刮板输送机与采煤机协同调速系统结构示意图

3 工程应用及效果

从2021 年4 月起，刮板输送机与采煤机协同调速系统在高煤公司3上1112 工作面的开采现场进行了安装调试，并投入到了应用当中。现场实践应用效果表明，刮板输送机与采煤机协同调速系统应用后，采煤机和刮板运输机整体工作正常，刮板运输机的运行速度能较好地匹配采煤机的截割作业，3上1112 工作面生产的连续性较好，协同调速系统的应用达到了设计目的。

从2021 年4 月至7 月，3上1112 工作面一共正常生产65 d。对比之前相同时间段，设备的开机率大幅度提高，采煤机的生产工作时间增加了22%，同时有效地降低了采煤设备的启动能耗。对比之前，3上1112 工作面每个圆班平均节约时间约30 min，该时间段可多生产煤炭约720 t，经济效益显著。

刮板输送机与采煤机协同调速系统应用后，开采设备节能降耗效果显著。用月度电能消耗量进行计算，对比之前开采设备的运行速度要低30%左右，电能消耗降低20%左右，每月至少可节省电费约5万元，经济效益显著。

4 结语

高煤公司3上1112 工作面刮板输送机的行进速度和采煤机的牵引速度全部采用人工调节模式。从工作现场情况来看，刮板输送机运行速度及能力明显高于采煤机截割煤作业能力，设备运行速度调节滞后，设备运行能耗高，设备运行智能化程度低。针对这一情况，设计了刮板输送机与采煤机协同调速系统，在对采煤机、刮板输送机载荷分析的基础上应用变频器对采煤机和刮板输送机的行进速度进行智能化调节。系统应用后采煤机和刮板运输机整体工作正常，刮板运输机的运行速度能较好地匹配采煤机的截割作业，3上1112 工作面生产的连续性较好，同时每个圆班可多生产煤炭约720 t，月节省电费约5 万元，经济效益显著。