全矿井调速系统在哈拉沟煤矿的应用.pdf

第7期 作者简介 王振军 （1980-） ， 男， 助理工程师， 2006年毕业于内蒙古师范大学， 现任国家能源集团神东煤炭公司信息管理中心矿井部副经理， 主 要从事煤矿信息化、 自动化管理工作。 Tel 15849719072， E-mail 306053571 1引言 随着高产高效煤炭矿井的不断发展， 我国采用大 功率、 长距离胶带机运输的特大型矿井已成为主力， 主运输系统的能耗所占比例很高 ［1］。 如果胶带机长期 处于空载或者轻载运行， 都会造成电能的浪费， 运输 设备的损耗， 其节能降耗潜力巨大 ［2-3］。 目前， 煤矿胶 带机应用的变频系统主要是解决胶带机的软启动问 题 ［4-5］， 只是在煤量较少时可人工设定胶带机的运行 速度， 不能实现自动调速， 不能发挥变频系统性能潜 力和优势， 矿井自动调速系统显得非常必要 ［6-7］。 全矿井自动调速系统针对煤矿井下变频胶带机， 发挥变频器自身优点， 通过检测胶带机上的实时煤 量， 分析胶带机应调节的速度数值， 将速度值写入控 制系统， 实现对胶带机的自动调速， 合理分配负载 电机相应转速， 最大限度实现胶带机速度与煤量的 匹配 ［8-9］。 目前， 全矿井自动调速系统已经在神东煤炭公司 哈拉沟煤矿投入运行， 实现了主运变频胶带机、 连采 变频胶带机的自动调速， 其中主运变频胶带机自动调 速速度区间是40100， 连采变频胶带机自动调速 速度区间是75100 ［10-12］。 2全矿井自动调速系统 全矿井自动调速系统实现自动调整胶带机运行 速度， 其中准确检测、 判断、 计算得出胶带机来煤量数 据， 并与上、 下部胶带机的运行速度和输送能力相互 协调匹配成为技术重点。 煤量处理工作站接收井下采 集的视频数据完成识别处理； 煤量处理工作站与调速 控制工作站通讯， 控制器接收来自调速控制工作站给 定的调速速度设定值， 实现胶带机速度的调节， 同时 将胶带机实际速度反馈给调速系统。 其调速系统控制 结构如图1所示。 煤量处理工作站调速控制工作站动态调速画面 煤量结果显示 煤流 调速控制 返回 交换机交换机 现有运输系统 返回 返回 煤流 煤流 煤流 数字摄像仪数字摄像仪 数字摄像仪控制器胶带机 调速控制 图1调速系统控制结构 全矿井自动调速系统集成了哈拉沟煤矿胶带机 运输系统信息， 包括 胶带机煤量、 速度、 长度、 搭接关 系等内容。 同时， 监测摄像仪和视频分站通讯情况， 并 进行日志记录， 可以清楚地了解每个摄像仪状态， 及 时发现问题进行检查处理。 全矿井调速系统在哈拉沟煤矿的应用 王振军牛云鹏 （国家能源集团神东煤炭公司信息管理中心， 陕西榆林， 719315） 摘要 针对目前煤矿中胶带机满速运行带来的能耗损失严重问题， 实现了一种全矿井自动调速系 统。 在井下胶带机上安装数字摄像仪， 对视频图像进行监测， 经过识别算法分析计算出实时煤量数据， 实现运输系统的实时煤流监测； 依据实际煤量通过变频器实现对井下胶带机的自动调速控制。 在神东 煤炭公司哈拉沟煤矿实施和应用变频调速系统显示， 该设计达到节能降耗、 延长设备使用寿命的目的。 关键词 哈拉沟煤矿胶带机自动调速煤量变频器节能降耗 中图分类号 TD528文献标识码 B文章编号 2096-7691 （2020） 07-083-04 第18卷 第7期 VOL.18NO.7 2020年7月 Jul.2020 第7期 另外， 调速系统显示胶带机上来煤量的动态分布 情况， 结合每条胶带机实际运行速度， 进行实时煤流 展示， 其中， 煤流推进过程很好地模拟了整条胶带机 上煤流分布。 2.1煤量数据采集分析 摄像仪采用数字式摄像仪， 其安装在胶带机正上 方， 调整至合适角度， 辅以稳定的照明条件， 捕捉胶带 机煤量图像。 数字摄像仪在每条胶带机机头、 机尾和 落煤点进行固定安装， 实现对胶带机实时煤流全面监 测分析。 煤量数据采集以数字摄像仪作为信号源， 根据实 时监测胶带机煤流情况进行煤量识别， 识别方法包 括 数字信号预处理、 筛选、 图像分割、 图像运算等步 骤， 最终得出胶带机上较为准确的煤量数据 ［9］。 2.2全矿井自动调速系统控制 全矿井自动调速系统对胶带机的煤量进行分别 测量和监测， 结合运输系统相关信息建立运输系统模 型， 将采集到的图像信号进行运算处理， 结合实时胶 带机速度和煤流分布计算出预测速度， 同时将预测速 度和当前速度进行比对， 采用升速提前、 降速滞后的 执行机制， 将输出的控制速度信号传输给控制器， 从 而控制驱动电机加速或减速， 实现胶带机自动调速自 适应控制。 其控制流程如图2所示。 开始 建立运输模型 预测煤量和周期 预测运行速度 判断预测速度是否 大于当前速度 升速 提前 执行 降速 滞后 执行 是否 图2调速系统控制流程 3全矿井自动调速系统实现的功能 3.1胶带机煤流分布动态监测 使用图像处理方法， 获取煤流相对值， 再进行运 算和分析。 通过各个落煤点视频信号， 结合胶带机速 度， 实时动态把握各胶带机负载煤量和分布情况。 3.2大块煤识别 通过图像处理及模式匹配， 实现胶带机上大块煤 的识别。 3.3胶带机超载预警 依据视频识别结果预测胶带机煤流总量， 结合之 前出现过的超载压死情况进行数据分析、 数据学习， 处理实时信息， 实现防止胶带机超载压死预警功能。 3.4胶带机智能调速控制 根据胶带机的上煤量以及到达的时间， 合理调整 转速， 提速超前， 降速滞后。 3.5系统自动生成调速策略， 自动实施安全预警和 调速 根据智能调速系统内部控制算法， 依据胶带机的 上煤量和煤流达到时间， 结合其它影响参数， 自动将 胶带机相应调整速度信息， 下发给现有胶带机运输系 统中的每条胶带机控制器， 用于调节胶带机速度， 整 个过程无需人为参与。 在系统失效或者信号缺失的情 况下， 控制器系统将自动进入到默认运行状态。 4全矿井自动调速系统在哈拉沟煤矿的应用 4.1实施情况 哈拉沟煤矿全矿井自动调速系统， 应用数字摄像 机实时检测胶带机煤量， 通过智能调速控制系统实现 全矿井胶带机自动调速控制。 实现了井下4条变频胶 带机的自动调速， 包括 104胶带机、 103胶带机、 连采 一队1部胶带机、 连采二队1部胶带机。 该系统于2016年1月份开始在哈拉沟煤矿进行 全面实施， 目前调速系统已运行4a， 期间系统运行稳 定、 可靠， 系统相关设备均运转正常， 胶带机降速明 显， 达到了预期的效果。 4.2系统运行情况 全矿井自动调速系统项目已在哈拉沟煤矿实施 完成， 成功对103变频主运胶带机、 104变频主运胶 带机、 连采一队1部胶带机和连采二队1部胶带机实 现了自动变频调速， 系统运行稳定， 调速效果显著， 平均降速明显。 实际检测煤量识别结果如图3、 图4 所示。 煤流宽度 67 煤流状态 正常 摄像头8正常 状态代码 2， 2， 8796880 图像处理时间 7ms 图3综采胶带机煤量识别 王振军等 全矿井调速系统在哈拉沟煤矿的应用84 第7期 煤流宽度 0 煤流状态 正常 摄像头2正常 状态代码 2， 2， 8807353 图像处理时间 16ms 图4连采胶带机煤量识别 图3为摄像头对应的综采胶带机机头画面检测 结果， 其煤量相对宽度为67， 图像处理时间为7ms； 图4是摄像头对应的连采机头画面检测结果， 其煤量 在0， 处理时间为16ms。 103胶带机是整个矿井的运输瓶颈， 全矿运输煤 流均需通过103胶带机。 针对103胶带机分析了6个 月的数据， 经过统计和分析 103胶带机每日电机加 权平均转速为94.75。 针对104胶带机分析了6个月的数据， 经过统计 和分析 104 胶带机每日电机加权平均转速为 43.06； 连采一队1部胶带机每日电机平均转速主要 集中在 8093， 加权平均转速为 86.57。 如图 5 所示。 100 95 90 85 80 75 70 速度 （） 50 40 30 20 10 0 煤量 （） 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 24 00 时间 （h） （a） 2017年5月5日连采一队1部皮带转速 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 24 00 时间 （h） （b） 2017年5月5日l连采一队2部皮带机尾煤流宽度百分比 均转速82 图5连采胶带机调速数据 在实际调速过程中， 根据各条胶带机煤量负载实 际情况的不同， 系统将依据煤量数据分析计算给出适 合的调速变化区间， 在合理的调速范围内， 实现了降 速降耗、 降速增效的目的。 4.3运行能效分析 全矿井自动调速系统在哈拉沟煤矿运行以来， 一 直以降速增效、 降速降损为目的， 通过系统实际运行， 并结合全矿井主运输系统现状， 在合理的范围内实现 了较好的节能降耗效果。 在哈拉沟煤矿主运输系统各胶带机搭接环境下， 103胶带机调速后主要运行区间为89100， 104 胶带机调速后主要运行区间为4045， 连采一队1 部胶带机调速后主要运行区间为8093， 连采二 队1部胶带机调速后主要运行区间为7593。 在调速区间下， 能够对调速的4条胶带机时间加 权， 平均转速为74， 降速幅度为26， 见表1。 胶带机名称 103胶带机 104胶带机 连采一队1部胶带机 连采二队1部胶带机 4条胶带机时间加权 调速前运行速度 100 100 100 100 100 调速后运行速度 89100 4045 8093 7593 调速后运行速度平均值 90 40 85 80 74 平均降速 10 60 15 20 26 表1运行能效分析 85 第7期 相比较之前的运输系统， 全矿井自动调速系统根 据胶带机的上煤量自适应调整胶带机速度， 降速效果 显著， 平均降速明显， 实现节约设备电能消耗， 减少设 备损耗， 提高了煤矿生产效益。 5结束语 全矿井自动调速系统的实施和应用， 实现了胶带 机依据其检测实时煤量控制胶带机变频器达到自动 调速； 使得变频胶带机运输效率最大化， 为矿井安全 高效生产， 节能降耗， 降低设备磨损， 提升有效生产时 间做了进一步的努力。 在系统运行期间， 全矿井自动 调速系统运行稳定， 有效节约能源， 减少设备损耗。 （1） 该系统实施后， 调度员 （调度室） 可通过系统 工作站 （上位机） 对井下运输系统的实时煤量数据进 行监测， 可对全矿井胶带机运行数据进行监测， 同时 对变频胶带机进行实时的调速控制。 （2） 实现对胶带机的煤流量相关数据进行采集监 测， 提高调度人员对井下胶带机煤量的实时情况的掌 握， 合理安排生产， 提高生产效率。 （3） 实现了依据胶带机上的煤量与变频胶带机速 度的自动匹配， 从而达到自动调速； 有效降低了胶带 机的能耗及运输设备的磨损， 延长设备使用寿命。 参考文献 ［1］王海军.带式输送机机载煤量自动匹配控制及节能分析 ［J］ .煤炭 科学技术， 2013， 41 （S2） 246-249. ［2］许军.大距离胶带运输机动态调速效益分析 ［J］ .选煤技术， 2017， （3） 71-74， 86. ［3］孙汪萍.长距离带式输送机节能优化策略的研究 ［D］ .合肥 合肥 工业大学， 2015 1-5. ［4］ 杨岸. 矿井胶带机变频调速系统的设计 ［J］ . 工矿自动化， 2010 （1） 101-102. ［5］王浩然， 于文， 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Application of All-pit Speed Governing System at Halagou Coal Mine Wang Zhenjun，Niu Yunpeng （Ination Management Center，CHN Energy Shendong Coal Group Corporation，Yulin，Shaanxi，719315） AbstractAn all-pit automated speed governing system is applied to target the heavy energy consumption from full-speed running of the belt conveyors in coal mines. Data about coal volume mined are analyzed and calculated in real time by installing digital cameras on the underground belt conveyors to monitor the video，in order to monitor the real-time coal flow in the transmission system；based on the actual coal vol⁃ ume，the underground belt conveyors are under control for automated speed governing with the frequency con⁃ verter. The results from application of the frequency-conversion speed-governing system in Halagou Coal Mine，Shendong Coal show that the design achieves the goal of energy-saving，consumption-reducing and ex⁃ tension of equipment lifetime. Key WordsHalagou Coal Mine；Belt conveyor；Automated speed governing；Coal volume；Frequency con⁃ verter；Energy-saving and consumption-reducing（收稿日期 2020-06-07责任编辑 马小军） 王振军等 全矿井调速系统在哈拉沟煤矿的应用86