井下带式输送机煤流控制系统现状及发展趋势.pdf

第 4 1 卷 第 3期 2 0 1 5年 3月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 1 NO ． 3 M a r ．2 Ol 5 ’ ’ ’⋯ 分析研究 _． ⋯ ． ◆ 1 ． Il’ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 3 0 0 3 2 0 3 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 0 8 王金华． 井下带式输送机煤流控制系统现状及发展趋势[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 3 3 2 3 4 ． 井下带式输送机煤流控制系统现状及发展趋势 王 金 华 中国煤炭科工集 团有限公司 ， 北京 1 0 0 0 1 3 摘 要 分析 了井 下带式输 送机 煤流控 制 系统现 状及 其 存在 的 传 感 器不 可 靠、 自动 化控 制 程度 低 、 运 行 能 耗 高等 问题 ， 提 出了井下带式输送机煤流控制 系统的技术发展 方向。 关 键词 煤矿 ；带式输 送机 ； 煤 流控 制 ；自动 化 ；节 能 中图分类 号 T D6 3 4 ． 1 文献 标志 码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 - 0 2 1 2 1 5 5 3 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 2 1 2 ． 1 5 5 3 ． 0 0 8 ． h t ml Cu r r e nt s i t u a t i o n a nd d e v e l o p me nt t r e nd o f c o a l f l o w c o n t r o l s y s t e m o f be l t c o n v e y o r W ANG J i n h u a C h i n a C o a l Te c h n o l o g y a n d En g i n e e r i n g Gr o u p Co r p o r a t i o n ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3，Ch i n a Abs t r a c t The pa p e r a n a l y z e d c u r r e nt s i t u a t i o n o f c oa l f l o w c on t r o l s y s t e m o f u nd e r gr o u nd be l t c o nv e y o r a n d i t s p r o bl e ms of un r e l i a bl e s e ns o r s ， l ow de gr e e of a u t o mat i o n c o nt r o l a nd hi gh e n e r g y c o ns ump t i o n， a n d pu t f o r wa r d t e c hn ol og y d e v e l op m e nt di r e c t i o n of c o a l f l o w c o nt r ol s y s t e m o f be l t conveyor- Ke y wo r d s c o a l m i ne；be l t c on v e yo r ；c o a l f l o w c on t r ol ；a ut o m a t i o n；e ne r g y c o ns e r v a t i on 0 引言 煤 矿 带式输 送机 输送 能力 大 、 输 送距 离长 ， 是煤 流运输 的 首选方 式 。从 工 作 面 巷 道 至地 面煤 仓 ， 不 同功 率 、 不 同驱 动方 式 的带 式输 送 机 直 接 搭 接 或通 过中转煤仓组成煤流运输系统 ， 作业线路长， 是煤矿 井下 生产 系统 的一 个 关键 环 节 l l】 。煤 流 控 制 系统 对煤 流运 输系统 进行 集 中控制 ， 其运 行状 况 的好坏 ， 直接 影 响矿井 的正 常生产 。本 文对 带式 输送 机煤 流 控制系统现状进行 了分析研究 ， 并提出了煤流控制 系统 的技 术发 展方 向 。 1 带式输送机煤流控制系统现状分析 1 ． 1 控 制技 术 近年 来 ， 随着 自动 化技 术 、 工业 以太 网 技 术 、 工 业 电视技 术 在煤矿 的应 用 ， 我 国煤 流 自动化 控 制 技 术 取得 了较 大发 展 ， 各 高 产 高效 矿 井 实 现 了对整 个 煤流运 输 系统 的地 面 远程 集 控 。每 条 带 式输 送 机设有 监 控主机 ， 主机 控 制 范 围包 括 带 式 输 送 机 高 低压 配 电设 备 、 带 式 输送 机 软 启 动 设 备 如 C S T 软 启动器 、 变 频调 速 系统 、 液压制 动 闸 、 带 式输 送机保 护 系统 、 带 式输 送 机 张 紧装 置 及 给 煤 机 控 制 箱 。监 控 主机实 时采集 上 述 各 种设 备 的运 行 状 态 及 参数 ， 控制设 备 启停 。带式 输送 机监 控 主机通 过矿 用工 业 交换 机接 入环 型 以太 网 ， 将 带 式 输送 机 运 行 信 息 上 传 至地 面操作 站 ， 操作 人 员 根 据 生 产情 况 在 地 面 操 作站 对各 带式 输送 机进行 集 中控制 。为保证 远程 控 制 的安 全性 ， 一般 在 井 下带 式 输 送 机 转 载 点设 置 l丁 业 电视 ， 实现 对井 下煤 流运输 的视 频监 控 。 1 ． 2 变频软 启动技 术 随着 电力 电子 技术 、 控 制 技 术 和 电力 器 件 制作 工 艺 的进步 ， 变频 器技 术发 展迅 速 ， 矿 用变 频器 在带 收稿 日期 2 O 1 4 0 9 0 1 ； 修回 日期 2 0 1 4 1 2 1 6； 责任编辑 胡娴 。 作者简 介 王金华 1 9 5 7 一 ， 男 ， 河北衡水人 ， 研究员 ， 博士 ， 主要从事煤炭技术的研究 亡 作 。 2 0 1 5年第 3期 王金华 井下带式输送机煤流控制系统现状及发展趋势 3 3 式 输送 机 驱动 方 面 的 应 用 已很 成 熟 。变频 器 的加 、 减速 曲线 可 以在较 宽范 围 内设 定 ， 能 满 足 控 制 带 式 输送 机加 速度 和减 速 度 的要 求 。变频 调 速系 统 的机 械特性 基 本 与 电动 机 的 固有 特 性 相 同 ， 使 用 开 环 系 统控制带式输送机 的驱动可 以满足技术要求 。变频 调速 系统 精度 高 ， 易 于实现 启 、 制动速 度 曲线 的 自动 跟踪 ， 能 够提 供可 控 、 理想 的启 、 制动 性 能 ， 其启 动 系 数可 以控 制 在 1 ． 5 ～ 1 ． 1 ， 启 动 加 速 度 可 以控 制 在 0 ～O ． 0 5 m／ s ， 适用 于长 距离 、 线路 复 杂 的带式 输 送 机l 5 ； 可 以控 制 输 送 机 按 设 定 的“ S ” 曲线 启 动 和 制 动 ， 满足 整机 动 态稳 定 性及 可 靠 性 要 求 。变 频 调 速 驱 动装 置还 可 以满足 低速 验带 要求 。当用 多台变 频 调 速 电动机 驱动 一 台 带 式输 送 机 时 ， 由于 电动 机 的 机械特性差异， 会导致各电动机负载功率不均， 可通 过变频器调整各电动机的特性使之尽量接近。 1 ． 3 带式 输送 机控 制保 护传 感 器 煤 矿 安全规 程 第 三 百七 十 三条 规 定 ， 煤 矿 使 用的滚筒驱动带式输送机必须安设跑偏、 滚筒温度、 张力、 撕裂 、 堆煤 、 紧急停车、 打滑、 烟雾等各项保护。 随着传 感技 术 和 电子 技 术 的发 展 ， 跑 偏 、 滚 筒 温 度 、 张力、 紧急停车、 打滑、 烟雾等传感器技术成熟 ， 撕裂 传 感器 等还 不 能有效 、 可 靠 、 稳定 工作 。 通 过 每隔一 定 距离 于胶 带 内预先 埋设 一个 导 电 体或导磁体， 当胶带发生纵 向撕裂事故时切断 传感 线 圈 回路 ， 可及 时检 测 出撕裂 事故 ， 这 种方 法 自动化 程度高， 但是成本也很高， 因而推广受到限制。 目前 撕 裂检 测 大多采 用 间接 检测 的方 法 。在胶 带下 方安 装报警装置 ， 当胶带撕裂后 ， 胶带上的物料从裂 口处 落到防撕裂报警装置 的接料盘上 ， 通过压力传 感器 或 其他 的感应 形式 感 知 到 胶 带 已 被撕 裂 后 ， 发 出报 警 信 号并 控制 电动 机停 机 。 由于带式 输送 机运 转 时 胶 带 张力很 大 ， 即使 胶 带 撕 裂 后 也 不 一 定 造成 物料 洒落 ， 所以此类检测方法 的可靠性 较低 。由于锚杆 等铁 器卡 住胶 带是 造 成 胶 带 撕 裂 的 主要 原 因 ， 所 以 煤 矿生 产 企业 在前 端 加 设 除 铁 器 防 止胶 带 撕 裂 ， 但 加 设 除铁 器不 能完 全 避 免 胶 带 撕 裂 ， 撕 裂 检 测 技 术 需 进 一步 研究 。 2 带式输 送 机煤流 控 制 系统存 在 的主 要 问题 1 关键传感器不可靠 。对于长距离带式输送 机， 广泛采用钢绳芯输送来提高其拉伸强度 ， 但其纵 向抗撕裂的能力却没有得到提高 ， 仅为橡胶本身的 强 度 ， 因而 容 易造成 纵 向撕裂 。因此 ， 实 际带式 输送 机运行时需司机或检修人员人工监测 ， 劳动强度高。 2 下 运带 式输 送机 自动 化 控制 程 度低 。各 设 备只是简单地顺序启停 ， 没有根据负载工况合理调 整 运行参 数 。下 运带 式输送 机 由于 给料不 合理 导致 物 料洒落 严 重 ， 从 而导 致停 车 ， 生产不 连续 。这 也是 下运带式输送机机电设备损耗高的一个原 因。煤炭 生 产过程 中使 用 的设 备来 自众 多厂 商 ， 包 括大 量 的 、 来 自不 同 国家 的引 进设 备 ， 由于 目前 没 有 一 个严 格 统一的国际标准 ， 这些设备及其控制 系统采用的都 是本国的煤炭行业标准或者企业标准 ， 通信协议不 一 致 ， 需要用专门的网关进行转换 ， 造成系统结构复 杂 ， 各 系统 之 间集 成 困难 ， 通信 效率 低 。 3 带式输 送 机运行 能 耗 高 。 目前 带式 输 送 机 的主 电动 机普遍 使 用 高 压 三相 异 步 电动 机 ， 装 机 容 量 比实 际所 需 的容量 要 大 ， 存 在“ 大 马拉 小车” 现象 。 由于煤矿生产的不连续性 ， 电动机长期处于低负荷 运行状 态 ， 损耗 较高 ， 效 率低 。虽然 对 大功率 电动 机 逐步推 广 使用 了变 频 器 控 制 ， 但 变频 器 仅 作 为 软 启 动使用， 未充分发挥其调速节能作用。 3技 术发 展 方 向 3 ． 1 关键 传 感 器突破 基于 机器 视觉 的输 送带 纵 向撕 裂 检测方 法是 近 几年 发展 起来 的检 测 技 术 ， 通 过 识 别 输送 机 胶 带 表 面图像来判断纵向撕裂故障 。此类检测方法对环境 要求 高 ， 而煤 矿 现 场 环 境 恶 劣 ， 所 以还 需 进 一 步 研 究 。利用 超声 波检 测输 送带 撕裂 是通 过在输 送 机胶 带～ 侧 向另一 侧传 送超 声波 来实 现 的 。输送 机胶 带 的纵 向撕裂引起胶带声 阻抗的变化， 使超声波在胶 带中的传输完全被反射 到空气 中， 阻止超声波从胶 带 的一侧 传 到另一 侧 。如果 接 收侧接 收不 到超 声波 或该 超声 波 衰减很 大 就认 为胶 带发生 撕裂 。 3 ． 2故 障诊 断技 术 无人 、 少人控制是煤矿 自动化生产发展的方 向。 随 着煤 矿生 产 自动化 水 平 的不 断 发 展 ， 大 型机 电设 备越 来越 多 ， 单机 功率 越来 越大 ， 发生 故 障的概 率也 越 来越 大 。而对 这些 大型机 电设 备及 工况 环境 又缺 乏 必要 的检 测手段 ， 一旦发 生事 故 ， 如 无人 干预 将极 易导致事故扩大 ， 发生灾难性的后果 。目前 ，故 障 诊 断方法 基 本上 还是 基于单 一类 型 的传感 器来 实现 的 。如对 电动机 、 滚 筒 等旋 转 类 设 备 的 故 障判 别 主 要 通过分 析 振动信 号来 实 现 。而此类 故 障诊断 方法 只对带式输送机的某 一部位进行探测， 反映的也仅 是系统运行中的部分现象 ，因此对传感器 的精度要 求很高 ， 在传感器的布局和标准谱提取方面必须做 第 4 1 卷 第 3期 2 0 1 5年 3月 工矿 自 动 化 I n dus t r y an d M i ne Au t oma t i o n Vo 1 ． 4 1 NO ． 3 M a r ．2 01 5 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 3 0 0 3 4 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 0 9 朱 德福 ． 改进 三棱 柱体 剖分 算法研 究 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 O 1 5 ， 4 1 3 3 4 3 7 ． 改进三棱柱体剖分算法研究 朱德福 太原 理工 大学 矿业 工程 学 院 ，山西 太原0 3 O 0 2 4 摘要 针对 现有 矿 山储 量 计算 方法计 算结 果精度 低 以及 边界 条件适 应 能力差 的 问题 ， 提 出 了改进 三棱 柱 体剖 分 算法 结合 改进 三棱柱 顶 面、 底 面及三 角形切 割 截 面 ， 按 不 同规 则将 三棱柱 体剖 分 为不 同的三 角锥 ； 根 据边 界控 制条件 得 到储 量 范围 ， 结合 地质 统计 学， 计算控 制 范 围 内所有 改进 三棱柱 体 的体积 及储 量 。 关键 词 三维 可视化 ；三棱柱 体 ； 剖 分算 法 ； 储 量 动 态监测 中图分类 号 TD 6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时 问 2 0 1 5 - 0 2 1 2 1 5 5 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 2 1 2 ． 1 5 5 3 ． 0 0 9 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 2 1 ； 修 回日期 2 0 1 4 1 1 - 2 1 ； 责任编辑 胡娴 基金项 目 “ 十二五” 国家科技支撑计划项 目 2 0 1 2 B AB 1 3 B 0 4 。 作者简介 朱德福 1 9 8 8 一 ， 男 ， 安徽淮北人 ， 硕士研 究生 ， 研究方 向为数字矿 山三维可视化 、 系统 工程 ， E - ma l t 8 7 3 0 8 3 3 6 q q ． c o rn。 大量 实验 才能 完成 。为 了解 决这 些 问题 ，有必 要研 究基于多传感器融 合的设备故障诊断方法 ， 同时采 用振动 、 温度 、 压力 、 油脂浊度等多种类型传感器来 全 面地探 测带 式输 送机 运行 中的多 种 现象 ，对多 源 的信息 和数 据进 行 检 测 、 关联 、 跟 踪探 测 、 状 态 估 计 等多级处理 ，精确 、 及时地判断 出系统 的状态 ，并 分析出状态 故障、 现象 征兆和原 因之 间的关 系 ， 达 到使设 备 安全 运行 的 目的 。 3 ． 3 节 能控制技 术 传 统带 式输送 机 大多采 用 “ 逆煤 流启 动 、 顺 煤流 停车 ” ， 这 就导 致在 正 式 出煤 前 ， 必然 有 部 分 带 式输 送机 处于 无效 的 空运 转 状 态 ， 导 致 耗 能 。优 化 带式 输送 机控 制流程 的 目标是 利用 有效 可靠 的煤 流检测 方法 ， 根据 煤 的实 际流转 路径 进行顺 煤 流启停 控制 ， 减少带式输送机 的空运转时间。 由于煤 炭 生 产 的不 连续 性 ， 带 式 输送 机 在 运行 过程 中 ， 输 送 带上 的 煤量 很 多 时 候 都 达不 到 设 计 标 准 ， 导致 带 式 输 送 机 电动 机 工 作 在 非 最 佳 工 况 点 。 同 时带式 输送 机运 输过 程 中有一 大部分 的功 耗是 用 于 克服 自身 阻力 ， 而机 械 阻力 随速度增 大 而增大 ， 因 此 通过 变频 器调 节速 度 ， 可 间接 调 节 带 式输 送 机 负 荷 ， 实 现“ 煤 多快 拉 、 煤 少 慢拉 ” ， 提 高 带 式输 送 机 的 效率。有条件的煤矿可结合转运缓冲煤仓 ， 实现煤 流 平稳 过渡 ， 避免 带 式 输送 机 出现 长 时 间 空转 或 运 量不 足状 况 。 4 结 语 国内传 统带 式输送 机煤 流控 制 系统侧 重 于对现 有 控制 系统 的集 成 和对 现 场 设 备 的 集 中控 制 ， 但 基 础 设备 控 制 层 未 能 采 集 远 程 监 控 时 所 需 的 足 够 信 息， 在进行远程控制时存在不安全因素 ， 这是国内传 统煤 流控 制系统 未 能发挥 更大 效益 的原 因所 在 。随 着新 型传感 器技 术 、 自动控 制技 术 、 驱动 技术 的应用 及 对关 键技 术 的创 新研 究 ， 带式 输 送 机 煤 流 控 制 系 统的运行性能 、 可靠性将会取得大的突破， 满足煤矿 高产 高效 的要求 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王金华． 中国煤矿 现代化 开采技术 装备 现状及 其展望 [ J ] ． 煤炭科 学技术 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 卜5 ． [ 2 ] 蒋卫 良， 韩东劲． 我 国煤矿带 式输送机 现状与发展趋 势 L J ] ． 煤 矿机电 ， 2 0 0 8 1 1 - 6 ． [ 3 ] 吕鹏 飞 ， 郭军． 我国煤矿 数字 化矿 山发展现状及关键 技 术探讨I- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 9 ， 3 5 9 1 6 2 O ． E a ] 胡穗延． 煤矿 自动化 和通信技 术现 状与发 展趋 势[ J ] ． 煤炭科学技术 ，2 0 0 7 ， 3 5 8 1 4 ． [ 5 ] 宋伟刚 ，战欣 ， 王元元． 大 型带式输送 机驱动装 置的 比 较研究[ J ] ． 工程设计学报 ， 2 0 0 4 ， l l 6 S O 1 - 3 1 1 ．