煤礦運輸系統順煤流啟動節能技術思考

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摘要：為進一步降低帶式輸送機運輸系統的能耗，節約工作面生產成本，從實現多電機帶式輸送機功率平衡和順煤流啟動或停機兩個層面展開研究，重點對實現基于PLC控制的順煤流確定節能控制方式進行研究，完成控制策略和PLC控制流程的設計，并對所設計系統的節能效果進行驗證。結果表明，通過應用該系統，企業經濟效益和社會效益顯著提高。

關鍵詞：帶式輸送機;功率平衡;順煤流;節能;運輸效率

引言

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設備，其承擔著煤炭、矸石等物料的運輸任務。隨著工作面生產能力的增加，帶式輸送機朝著長距離、大功率和高運速的方向發展，設備耗能也相應增加。通過對帶式輸送機進行變頻啟動設計改造，已經實現帶式輸送機在滿足實際運輸需求的基礎上減少電能消耗。目前，帶式輸送機主要采用逆煤流方式對現場設備進行依次啟動，帶式輸送機為首要啟動設備[1]。據統計，待所有設備完全啟動并開始運行后，帶式輸送機已經空載運行20min，造成電能的嚴重損耗。另外，帶式輸送機多電機功率不平衡也會影響正常運行。因此，本文針對性提出對煤礦運輸系統采取順煤流節能啟動方式和多電機功率平衡設計。

1多電機帶式輸送機的功率平衡設計

為了適應工作面大運量、高運速的運輸需求，傳統單電機驅動的帶式輸送機已經不能夠滿足實際生產需求，目前工作面主要采用多電機帶式輸送機。多電機帶式輸送機盡管在設計初期各參數設置均能滿足實際生產需求，但是，由于裝置的制造和安裝會導致各項參數出現誤差，進而導致電機功率不平衡的問題出現[2]。為解決多電機帶式輸送機功率不平衡的問題，目前可采用的方式包括有轉矩—轉速控制法、電流控制功率平衡法以及電流—轉速多機功率平衡法等。由于轉矩-轉速控制法中涉及的轉矩檢測裝置無法適用于綜采工作面，電流控制功率平衡法無法對大功率電機進行功率平衡控制，因此，本工程基于電流-轉速多機功率平衡法，實現對帶式輸送機功率平衡的控制。帶式輸送機采用三電機驅動，電機額定功率為250kW，額定轉速為1480r/min。對液力耦合驅動裝置的功率平衡控制器設計，實現三電機驅動的功率平衡是減少電機損耗的主要措施之一[3]。結合帶式輸送機的基本結構，多電機功率平衡控制的主要對象為調速型液力耦合驅動裝置或變頻驅動裝置。當控制對象為調速型液力耦合驅動裝置時，電機與液力耦合裝置的輸出一致。一般情況下，三電機驅動的帶式輸送機電機的功率分配為1∶1∶1，對應的功率平衡模塊控制器結構如圖1所示。

2帶式輸送機順煤流節能控制設計

對帶式輸送機的順煤流啟動方式進行設計，減少帶式輸送機的空轉時間，減少不必要的能耗。本工程所研究帶式輸送機的具體參數，如下頁表1所示。

2.1現狀分析

以新景礦為例，工作面運輸系統采用逆煤流方式進行啟動，即首先對現場的各級帶式輸送機依次啟動，最后啟動給煤機[4]。該啟動方式的優勢在于保證煤炭到達系統時各級設備已經開啟運行，不會出現堆煤、堵煤的問題。但是，實際應用過程中，逆煤流啟動方式存在如下缺點：1）現場共配有三級帶式輸送機，待給煤機完全啟動后，各級帶式輸送機空轉時間分別為16min、9min和4min，從很大程度上增加了無謂的損耗。2）傳統逆煤流啟動方式在設備出現故障時并不能夠完成自主停機，從而導致堆煤現象出現，影響運輸的安全性。

2.2順煤流啟動技術研究

為解決逆煤流啟動所帶來的設備空轉導致的電能浪費，采用順煤流啟動方式，具體啟動順序如圖2所示。由圖2可知，所謂的順煤流啟動為從離給煤機最近的帶式輸送機開始啟動。但是順煤流啟動方式容易造成堆煤事故的發生。為避免因順煤流啟動而導致的堆煤事故發生，在每條帶式輸送機機尾滾筒處安裝煤流傳感器，檢測是否有原煤流過帶式輸送機。順煤流啟動還有一個關鍵問題為：1號帶式輸送啟動后，間隔t時間啟動2號帶式輸送機，以此類推。在控制策略中，對t時間的確定與1號帶式輸送機的長度、運輸速度以及2號帶式輸送機完全啟動所需時間相關。參數t的確定如式（1）所示：式中：L為前一階段帶式輸送機的長度；v為前一階段帶式輸送機的運行速度；ti為本階段帶式輸送機完全啟動所需的時間。對應的帶式輸送機停機也采用順煤流方式控制，要求帶式輸送機停機后輸送帶上不堆煤，從而保證在下一階段啟動后能夠實現空載啟動。同樣，順煤流停機對應2號帶式輸送機在L/v時間后開始停機。同時，為了避免順煤流啟動方式或停機方式引起的故障，在控制策略中必須加入有效的保護措施，通過最大程度地自動識別故障，以保證帶式輸送機的安全[5]。順煤流控制流程如圖3所示。

2.3節能效果分析

從經濟效益和社會效益兩個方面驗證采用基于PLC的順煤流控制方式的節能效果。

2.3.1經濟效益

實踐表明，系統采用基于PLC的順煤流啟動方式，對應的帶式輸送機每天平均空載時間降低0.5h，則對應的一條帶式輸送機所節約的電能為：0.5h×300d×250kW×3臺電機=112500kW?h。工業用電按照1元/kW?h計算，每條帶式輸送機采用順煤流啟動方式每年可節約電費為11.25萬元。采用PLC為主的自動化控制方式，很大程度上減小了現場作業人員的勞動強度。現場工作面所配置工作人員的數量可減少9人，每位作業人員的基本工資按照3.6萬元/年計算，直接節省的人員成本為3.6萬元/年×9人=32.4萬元。

2.3.2社會效益

采用基于PLC的順煤流控制方式對帶式輸送機的啟動和停機進行控制，在節省人員成本的同時也降低了作業人員在現場的安全隱患，減少了設備的故障發生率，從而保證現場的運輸任務順利完成。同時，新設計的順煤流控制方式是集計算機技術、自動化技術和監控技術為一體的綜合控制技術，具有高可靠性、操作簡單的優勢。

3結論

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，在工作面生產能力顯著提升的同時對帶式輸送機的運輸能力也提出更高的要求。帶式輸送機為工作面的主要耗能設備之一，為進一步降低帶式輸送機的能耗，節約工作面生產成本，本文從實現帶式輸送機的電機功率平衡控制和順煤流啟動控制兩個方面進行分析，并重點對順煤流啟動控制方式進行研究，得出如下結論：1）基于順煤流控制方式，每條帶式輸送機每年可節約電費約11.25萬元，可直接節省的人員成本費用為32.4萬元。2）基于順煤流控制方式，可直接減少設備的故障發生率，提升現場的運輸效率，具有顯著的社會效益。

作者：劉玉軍 單位：山西華陽集團新能股份有限公司新景礦