矿井带式输送机节能控制技术研究.pdf

1272020 年第 7 期 矿井带式输送机节能控制技术研究 苗岳鹏 （潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，山西 长治 046102） 摘 要 针对常村煤矿带式输送机长距离、大运煤量造成矿井皮带磨损和电机功率损耗问题，通过分析带式输送机运转 阻力，得到带式输送机功率损耗因素，分析带式输送机上的煤炭重量、煤炭下泄流量和带式输送机的运转速度的关系，提 出采用 PLC 发出指令来控制变频器调控带式输送机，使其保持运行最佳状态，达到节能控制的目的。 关键词 带式输送机 运行阻力 变频器调控 中图分类号 TD634.1 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.07.048 Research on Control Technology of Mine Belt Conveyor Miao Yue-peng Changcun Coal Mine, Luan Environmental Energy Development Co., Ltd., Shanxi Changzhi 046102 Abstract Aiming at the problems of belt wear and motor power loss caused by long distance and large coal transportation of Changcun Coal Mine belt conveyor, the power loss factors of belt conveyor are obtained by analyzing the running resistance of belt conveyor. The relationship between coal weight, coal discharge and running speed of belt conveyor is analyzed. PLC is used to control the frequency converter adjustment control the belt conveyor to keep it running in the best state to achieve the purpose of energy saving control. Key words belt conveyer running resistance frequency converter control 收稿日期 2020-01-22 作者简介 苗岳鹏（1987-），山西长治人，2011 年 7 月毕业于山 西大同大学机械设计制造及自动化专业，现从事安全生产技术工作。 1 前言 矿山企业生产系统中带式输送机 [1] 是必不可少 的组成部分。在带式输送机运行过程中经常会出现 过载和空载 [2-4] 的情况，此时皮带依旧以恒定的速 度转动。 常村煤矿长运输距离、 大煤炭运量的现状， 不但会增加设备的磨损度，损失过多的电能 [5]，还 会造成矿井吨煤成本的增加。因此矿井带式输送机 节能控制技术对提升矿井效益起到至关重要的作用。 2 皮带运行系统分析 潞安集团常村煤矿所采 3煤层位于山西组的 中、下部，为全井田可采的稳定煤层，煤层平均厚 度为 5.95m，埋藏深度为 428.2479.5m 之间。矿井 现有 23 部主要带式输送机，而常规的恒速控制方 式已经不能达到矿井设备节能降耗的目标。 矿井主要运输方式是以驱动滚筒带动皮带运行 （图 1），故对带式输送机功率损耗因素进行分析 变得较为关键。基于此，对带式输送机运行阻力 F 进行分析，主要包括皮带与托辊摩擦的阻力和托辊 自身转动的阻力。 1. 机头；2. 机尾；3. 皮带张紧装置；4. 上行托辊；5. 下行托辊 图 1 带式输送机示意图 1 cos n sxpt i FL f g mmmmα  ⋅⋅  ∑ （1） 式中 F- 带式输送机的运行阻力，N； L- 皮带长度，m； f- 摩擦阻力，N； g- 重力加速度，N/kg； ms- 上行带式输送机下方托辊重量，kg； α- 带式输送机倾角，； mx- 下行带式输送机下方托辊重量，kg； ms- 皮带重量，kg； 1282020 年第 7 期 mt- 带式输送机上方煤炭重量，kg。 因此，降低带式输送机的运行阻力所做的功， 对带式输送机节能控制起到关键作用。考虑到托辊 直径、间距、皮带宽度为定值，则对带式输送机的 运转速度和煤炭下泄流量控制变得尤为重要。 （1）当控制煤炭下泄流量为 600t/h，则相应的 单位面积上带式输送机上的煤炭重量和带式输送机 的运转速度的关系如图 2 所示。 图 2 煤炭重量和运转速度关系（煤炭下泄流量 600t/h） （2）当单位面积带式输送机上的煤炭重量为 6010-3t/m2，则相应的煤炭下泄流量和带式输送机 的运转速度的关系如图 3 所示。 图 3 煤炭下泄流量和运转速度关系 （3）当带式输送机运转速度为 2.5m/s 时，则 相应的单位面积上带式输送机上的煤炭重量和煤炭 下泄流量的关系如图 4 所示。 图 4 煤炭重量和煤炭下泄流量关系 综上所述，煤炭的下泄流量和带式输送机的运 转速度都会影响带式输送机上煤炭重量。若单位面 积上带式输送机上的煤炭重量过大，则需要克服运 行阻力所做的功越大，相应的功率损耗越大，带式 输送机各部分磨损增大。 3 节能控制技术 基于上述分析，带式输送机在运行过程中，如 何调控运转速度和煤炭下泄流量是节能控制技术的 关键。在带式输送机控制系统中，皮带作为被执行 对象，通过 PLC 控制器控制变频器和电动机等执 行对象，实现对带式输送机启停控制和运行速度的 调节。 在现场实践中，常村煤矿提出采用变频器来实 现对带式输送机运转速度的调控，统计分析其运转 速度、煤炭下泄流量，从而基于 PLC 发出指令来控 制变频器调控带式输送机，使其保持运行最佳状态， 达到节能控制的目的。带式输送机主要的控制系统 如图 5 所示。 图 5 带式输送机主要的控制系统 4 结论 针对常村煤矿井下带式输送机面临长距离和大 运煤量的问题，分析其运行阻力情况，从而得到带 式输送机功率损耗因素主要包括带式输送机的运 转速度以及煤炭下泄流量。通过 PLC 发出指令来控 制变频器调控带式输送机，使其保持最佳运行状态， 达到带式输送机节能控制的目的。 【参考文献】 ［1］ 李红军 . 带式输送机驱动滚筒的优化研究 [J]. 机 械管理开发，2019，34（09）72-73155. ［2］ 张荣，贾清华，李丽，等 . 智能永磁直驱系统在 煤矿井下带式输送机上的应用 [J]. 中国煤炭， 2018，44（08）99-102. （下转第 131 页） 1312020 年第 7 期 按照以往异步电机驱动装置的使用情况，其整 体的运行效率大概是 80。相比之下永磁同步变频 直驱电机在负载为 20120 的情况下，运行效率 约 94。大南湖一矿本次采用的 5 台同步直驱电机 总功率 356022502180kW。通过实际测试， 直驱电机的节能效率在 15 ～ 20 之间，那么即 便按照最低节能效率 15 计算，设备每天运行时 间约 21h，平均每年运行 330d，则本次安装的 PVD 智控系统可以电费 6867 元 /d，即 226.611 万元 /a。 设备负载率与效率和功率因数关系对比图如图 3、 图 4 所示。 图 3 设备负载率 - 效率对比图 图 4 设备负载率 - 功率因数对比图 4.3 降低设备维护和运行成本 永磁变频电机采用直驱方式，节省了传动设备， 大大减少了输送机维护工作量。按照以往的统计数 据，不论是选用“变频器 - 减速机 - 异步动机”、“ 异步电机 -CST”还是“异步电机 - 减速机 - 耦合器” 驱动结构，其设备的运行维护都要消耗大量的人力 物力。在采用 PVD 智控系统之后，每年大约节省 人工成本和材料成本约 12 万元。 4.4 提高输送机检修效率 安装 PVD 智控系统后，变频电机配合变频器 可使带式输送机长时间低怠速运行，方便验带和检 修工作，大大提高了输送机检修、使用效率。 5 结论 大南湖一矿将 PVD 智控系统应用于运输大巷 的 DTL120/180/2250 固定带式输送机和工作面的 DSJ120/150/3560 可伸缩式带式输送机上的实际 经验证明，PVD 智控系统采用的核心技术变频技 术、 永磁直驱、 智控技术已经非常成熟；其核心设备 同步变频电机、变频器以及智控装置的性能和品质 也相当可靠。因此，本工程在新技术、新装备应用 上取得了成功。 PVD 智控技术取得了良好的应用效果，节省了 大量人力和材料成本，降低了安装和维护的难度， 提高了运行和使用效率，具有较好的经济效益。本 系统的应用提高了运输系统的科技含量，为今后矿 井煤流系统进一步的自动化乃至智能化打下了良好 的基础。 【参考文献】 ［1］ 滕吉文，乔勇虎，宋鹏汉 . 我国煤炭需求、探查 潜力与高效利用分析 [J]. 地球物理学报，2016， 59（12）4633-4653. ［2］ 孙丽芝 . 基于产业集群的煤炭循环经济发展模式 [J]. 机械管理开发，2008（02）118-119121. ［3］ 朱国雄 . 浅谈加强煤矿机电运输安全管理工作 [J]. 大陆桥视野（12）58. ［4］ 张景公 . 优化运输系统提高工作面有效作业时间 [J]. 煤炭技术，2008（03）46-47. ［5］ 田志远 . 煤矿辅助提升运输系统优化及应用 [J]. 能源技术与管理，2014（03）121-123. （上接第 128 页） ［3］ 郗存根，刘冰，刘宁 . 煤矿连续输煤控制系统的 设 计 和 实 现 [J]. 煤 炭 技 术，2017，36（11） 244-246. ［4］ 李守广，高宝安，牛允刚 . 减少带式输送机空载 运行改造与应用 [J]. 山东煤炭科技，2017（03） 125-126. ［5］ 史永岗 . 带式输送机运输煤量自动匹配及节能技 术的研究 [J]. 机械管理开发，2019，34（11） 190-191247.