矿井综采工作面综采设备顺煤流启动技术研究

田亚峰

（晋能控股集团沁秀公司岳城煤矿，山西晋城 048000）

现在，煤矿工作面在启动运输设备时会从外至里按顺序一台台启动，即为逆煤流启动；
当停车运输设备时的顺序正好相反，即为顺煤流停车。使用上述运行方式的目的就是避免运输设备中会残留煤炭或由于后级设备出现问题而造成煤流无法持续运行进而影响前级设备。而且，还增加了设备空转的时间与能耗。由于刮板输送机对高压变频技术的使用，且高压变频技术的功率较大，逐渐完善了综采工作面的变频，逐渐将一网到底环网技术使用至综采工作面中，变频器通讯接口的优化与共享数据的功能，促进了按逻辑顺序来启动综采设备的可能成为现实[1]。皮带机、转载机、刮板机煤流检测技术在这几年慢慢被使用，并以此为基础来启动综采设备的顺煤流。

启动设备的步骤是：第一，主井的皮带机；
第二，顺槽的皮带机；
第三，破碎机；
第四，转载机；
第五，刮板输送机；
第六，采煤机。在启动前级设备并运行速度在额定速度时，就要给下级下达指令，然后在启动下级设备并使其运行，按照统计得知，自调度室将开机命令下达下去，自启动首级设备至正常采煤所需要的时间在40min以上，甚至大于1h，而且每个设备的启动主要由司机来执行，对上、下级设备实际的运行状况不能充分了解，主要凭借司机所总结的经验来对上级设备运行状况进行判断，在判断正常之后再将本设备启动，而且在将本设备启动之后，不管设备中煤流有没有存在，不管煤流负荷是大还是小，设备运行速度不变。很明显，此类运行与启动方式会有很长时间是空运转的，功耗就会被浪费了，严重将设备磨损。

2.1 煤流检测技术的应用

将煤流系统当作研究对象，所包含的煤流流径设备为装车/装船系统、地面上的堆场管理系统、选煤厂中的煤流输送系统、地面上的选煤厂输送皮带机、立井提升机主斜井皮带机运输机、皮带机、转载机、刮板机等；
表现出洗选环节、地面与井下的原煤运输环节、提升环节涉及的有关单体设备更加智能化与自动化，还有所有运输环节整体性与系统性观念，经过对数学建模的完善、硬件软件体系的可靠性，不但可以使物理设备更加系统与智能，还能够使运营管理能适应变革[2]。利用激光雷达来对传感器进行扫描，对煤层的轮廓进行扫面，能够对设备上煤层厚度、煤的通过量、有没有煤流等信息进行检测，图1就是详细的原理图。

图1 扫描仪安装及扫描示意图

煤在tr时间中从扫面仪上通过的量是：

在上述公式内，dr、α、dα、α0、δ、αf、Uk分别表示的是空载距离实际测量值、现在扫面的宽度、距离实际的测量值、开始的扫描角度、角度分辨率、最后的扫描角度、各个刮板对应的体积。

工业PC 与扫描仪构成了智能煤流系统的检测单元，主要对煤流断面进行扫描，还要计算检测出来的数据，随时将煤流高度的平均值获取，还利用以太网来把上述数据传出去。主要在线计算与扫描胶带机整个运输系统实际煤流状况，图2就是煤流平均高度的变化曲线图。

图2 煤流平均高度的变化曲线

煤流自空载至带载所发生的变化为：当来煤时，皮带上的煤量自少量至多量的时间内，能够清晰地看出煤流轮廓所发生的改变与煤层高度所发生的改变。

2.2 矿用变频技术的快速发展

在这20年中，变频技术发展速度非常快，并使用到了不少煤矿企业中，比方说，淮北矿务局、潞安矿务局、晋城煤业集团等。通过变频器来改造带式输送机上的驱动，将经济与社会效益提供给用户。

启动带式输送机系统：通过变频器来驱动带式输送机，采取变频器所具有的软起动功能来把皮带机与电机对应的软起动功能结合起来，利用电机所具有的慢起动来将皮带机带动起来，慢慢释放储存到皮带中的能量，使起动皮带机期间缩小张力，皮带几乎不会受到损害[3]。

多电机驱动皮带机的功能平衡的实现：通过变频器来驱动皮带机，通常会采取一拖一控制，在多电机进行驱动期间，会通过主从控制，来促进功率平衡的实现。

皮带带强的下降：变频器被用于驱动之后，因为变频器所启动的时间范围是1~3600s，并且可以调整，一般皮带机所启动的时间范围是60~200s，可以按照现场实际状况来设定，延长皮带机启动时间，大幅度下降皮带带强方面的要求，使初期的设备投资下降。

设备维护量的下降：变频器是集成了电子器件，变频器通过转换机械寿命，来延长寿命，使设备维护量大幅度下降。与此同时，其软起动能够促进带式输送机上的软启动在启动期间不冲击机械，也降低了检修机械部分的量。

节能:通过变频器来去驱动皮带机之后所呈现的节能效果表现在系统效率与功率因数上。

经过推广该技术，能够促进集中监测顺煤流得以实现。

3.1 顺煤流启动计划与实现手段

顺煤流启动计划:经过调研与论证该矿，可以将设备开机过程改成，第一，调度室将开机指令下达。第二，对每个输送设备有没有启动条件进行判断。第三，每个设备都有可以启动运行。第四，启动采煤机。第五，启动刮板机。第六，采煤机割煤。第七，煤流流至刮板机机头。第八，转载机启动。第九，破碎机启动。第十，顺槽皮带机启动。第十一、煤流流至顺槽皮带机的机头。第十二，主井皮带机启动。第十三，结束启动。

启动计划的实现手段:将煤流监测装置安装到皮带机、转载机、刮板输送机上的合适地方，还利用控制器，来启动控制输送设备，图3就是其具体的示意图。

图3 煤流监测及启动控制示意图

基于之前运输系统的逆煤流一键启动来实施改进，促进其逆、顺煤流能够对一键启动适应得以实现，将有煤监测点安全到皮带机上，数量是3个，除第一级皮带机之外，每个有煤监测点所监测到的数据会实时传输至PLC主控制器中，为了使皮带的逆、顺煤流的启动运行更加可靠与安全，就将互锁参数设置到有煤监测点中，避免其中一个监测点不起作用，前一级皮带没有开机而导致堆煤事故发生。

在未将启动顺煤流信号发出之前，要先检测全部辅助设备，全部辅助设备在正常之后，在对启动按钮进行按动，主控制器要检测全部有煤监测点，不管哪个监测点有煤被检测到时，就会将前级皮带启动；
不管哪个有煤监测点有故障发生，上级连同本级皮带就会逆煤流启动。别的皮带则转换成顺煤流启动。

将有煤监测点设置到皮带机中，且数量是3 个，这3个对应的作用为1#监测点在将有煤检测到时，就将启动指令发送给前级皮带；
2#监测点要对上级皮带有没有运行进行检测，若运行信号不存在，那么就停止本级皮带的运行；
3#监测点会对顺煤流开机初期，且前级皮带无运行时，3#监测点和2#监测点间有没有煤进行检测，若有煤，就停止本级皮带的运行，启动上级皮带，避免出现堆煤事故。

将互锁参数设置到3 个监测点中，既安全又可靠，堆煤事故不会发生，将设备开机效率提高，此项目有较为新颖的构思，较为独特的设计，自根源来将带式输送机使用较长时间启动、电能被浪费等问题进行解决。图4就是顺煤流启动流程图。

图4 顺煤流启动流程

3.2 理想效果

3.2.1 相比于固有逆煤流的启动效果

该项目所取得的成果能够将固有启动方式内的缺点进行解决，且固有启动方式为启动时是逆煤流、停止时是顺煤流。当顺煤流进行开机期间，不管有没有煤在皮带上，皮带上都不会出现堆煤，开机所用的时间比较短，空转时间、设备磨损下降，电能节省较多，并将生产效率提高[4]。

3.2.2 详细分析经济效益

直接经济效益的分析：在地面皮带集控系统对逆煤流皮带一键启动时，自开启皮带机至开启下运皮带所使用的时间大概是10min左右。1d的开机次数按照3次来进行计算（在交接班期间大约1h是不出煤的，处于停机状态），下运皮带的带速、带长、电机的功率分别是4m/s、1750m、4×560kW（由于该皮带是最后的一部，所以空载损耗是不存在的），第3部的皮带是主井皮带，其带速、带长、电机功率、空载损耗分别是4m/s、3350m、4×2240kW、4×250kW·h，电能1d 就能节省1160kW·h；
主井皮带的前1部皮带就是201皮带，其带速、带长、电机功率、空载损耗分别为4m/s、68.5m、560kW、50kW·h，电能1d可以节省95kW·h；
201皮带的前1部皮带就是214皮带，该皮带的带速、带长、电机功率、空载损耗分别是4m/s、190m、60kW×2、2×50kW·h，电能1d可以节省195kW·h。

主井、1、2号皮带：电能1d可以节省1450kW·h，那么1 年就能节省50.75×104kW·h，所节省电费大概在50.75万元/a左右。

间接经济效益的分析：通过逆煤流来将皮带启动时，自开启皮带机至开启下运皮带所使用的时间大概是10min左右；
当将顺煤流启动主运皮带系统时，1d的开机次数按1 次计算，开启皮带的时间1d 就能节省10min，根据工作面1h 可以生产1500t 原煤，那么1d 就能将原煤产量提高205t，那么1 个月就能提高7500t，1年就能提高90000t，依据1t 原煤400 元计算，那么1 年所提高的经济效益大概在3600万元左右。

若使用的启动计划是顺煤流启动，从理论上来说，是可以将能源消耗降低的，设备磨损下降。此顺煤流启动措施所使用的场所是一部以上的长距离带式输送机当作主运输系统不间断运输的洗选、矿山生产等，具有显著的经济效益，非常值得推广。

通过对该计划进行论证、理论计算与调研得知，该技术是可以实施的，可在给定调速参数、给定设备启动期间的常余量等方面实际验证依然不充足，在之后的实施期间，需按照故障判断、输出参数、输入参数等方面的实际状况来校正。

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