煤矿带式输送机运输系统节能方案
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摘 要：面向煤矿带式输送机系统，设计带式输送机顺煤流启动控制系统，并结合带式输送机煤量实时检测，确定速度自动平滑调节的节能方案。通过现场改造工程实测，本系统可实现带式输送机运输系统顺煤流启动，并可根据煤流量大小自动调节带式输送机速度，节能和安全效益显著。
关键词：煤矿;带式输送机;节能;顺煤流启动;变频调速
当前在我国煤矿企业的生产过程中，带式输送机是主要运输设备，采用集控系统逆煤流启动、定速运行，存在带式输送机空载、轻载运行的问题，造成电能的浪费和设备磨损。
本文以某煤矿井下带式输送机运输系统改造为例，通过采集带式输送机上料流传感器信号，经智能控制系统计算分析运送物料运输情况，与变频器相配合，实现带式输送机机智能调速运行，实现“煤多快转，煤少慢转，无煤停车”和 “顺煤流起车”，降低带式输送机电耗，提高运输系统运行效率，实现井下运输系统无人值守。
1 带式输送机智能控制系统组成
带式输送机智能控制系统主要包括智能控制系统、智能控制箱、隔爆兼本质安全型变频器、带式输送机保护装置、料流传感器、视频监控智能报警系统等，并将各子系统监控数据汇集处理，实现系统自动运行、智能保护的功能。
1）智能控制系统，采用分布式控制结构，利用工业以太环网，在带式输送机控制分站之间建立通信，实现带式输送机运输系统的集中控制。
2）智能控制箱，内置可编程控制器PLC，采集变频器、传感器数据及外部命令，分析设备运行状态、物料状态、故障状态等，实现整个系统的智能节能运行。
3）带式输送机保护装置，可实现对相关设备（给煤机、破碎机）的联锁控制，具有各种保护和报警预告功能。
4）料流传感器，是控制系统的主要监测设备，本方案采用微波型料流传感器。运输系统启动时，可准确监控各带式输送机煤量，调整运输系统运行速度。
5）设备开停传感器，煤流系统内设备均配置设备开停传感器，准确反馈各设备是否运行，并与料流传感器配合，控制系统能准确掌握运输系统内设备运行状态。
6）视频监控智能报警系统，集成视频分析原理、网络技术和监测监控技术，监视和记录井下工作现场的安全生产情况，避免违规作业，及时发现事故隐患。
2 运输系统改造方案
某煤矿井下12#煤层现有5条带式输送机，分别为2#、3#、5#、7#、综采工作面带式输送机，将上述带式输送机全部进行智能化改造，井下煤炭运输流程如下：
综采工作面转载机→综采工作面带式输送机→7#带式输送机→5#带式输送机→3#带式输送机→2#带式输送机
2.1 改造前运输系统存在问题
①原有带式输送机为人工控制，操作分散，流程繁琐;②带式输送机为直接启动，起动电流和机械冲击较大，带式输送机震动、颠簸，产生洒煤、接头损坏等问题;③带式输送机运行功率因数较低，在0.4-0.6左右;④采用逆煤流启动方式，下游带式输送机长时间空载运行。
2.2 本系统改造方案
对现场带式输送机存在问题的总结，并与现场运行人员探讨解决方案，提出以下改造方案：
①现有带式输送机增加矿用集成式能效变频器，实现调速和软启软停功能。②在带式输送机机尾处安装料流传感器。③煤流系统内设备均配置设备开停传感器。④带式输送机机头增加矿用高清数字摄像机，将视频数据上传至智能控制系统。
2.3 控制运行方案
本次改造实现了带式输送机系统顺煤流起车功能、智能调速功能，并提升带式输送机运输系统控制水平，达到地面远程集中控制，运输系统无人值守。
（1）顺煤流起车。顺煤流起车是在整条线路带式输送机将物料卸空时应用。如果遇到检修或者故障停机时，请根据情况选择启动方式，控制系统具备顺煤流、逆煤流、手动等多种启动方式，满足用户使用需求。先启动综采工作面带式输送机，待综采工作面带式输送机启动后，再启动综采转载机、刮板输送机，待煤流运行到机尾料流传感器时，启动下游带式输送机。
（2）智能调速。由于带式输送机上的物料流量是连续的不规则的，为使控制系统弱化对煤量波动敏感性，本系统根据煤量变化值，设定速度调整的区间，在各个区间之间设置补偿量，减少调速的波动和频次，稳定平滑调整带速，有效避免变频器保护误动作或者机械冲击振动。当运输系统启动完成后，并且开启了节能调速功能，下游帶式输送机会根据上游料流传感器检测的煤量，调整带速。
3 运输系统改造节能评价
3.1 效果分析
通过改变带式输送机的运行速度来实现节能，通过现场实测，改造前后对比，带式输送机运输系统吨煤电耗2.7kwh/t减少至1.6kwh/t，减少电耗约为62%，年节能约为57万元，并减少带式输送机运行人员12人。
3.2 延长设备使用寿命
带式输送机节能运行后，因带式输送机整机的机械损耗降低，节省费用非常明显。
4 结论
带式输送机作为矿井主要运输设备，是建设绿色矿山的关键环节。本方案以建设高产高效矿井为目标，贯彻无人则安的理念，综合变频调速技术、煤量检测技术、智能控制技术、远程监控技术、物联网技术等，通过现场实际运行检验，实现带式输送机顺序启停，智能调速，全运输系统无人值守，并达到良好的节能效果，通过岗位替代和设备自动化升级从根本上提高煤矿安全。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.带式输送机工程设计规范：中国计划出版社，2008.
[2]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程：煤炭工业出版社，2016.
[3]煤矿带式输送机设计与制造关键技术研究及应用.中国矿业大学出版社，2013.
[4]带式输送机工程设计与应用.冶金工业出版社，2015.
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