综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用_胡浩.pdf

1392023 年第 2 期胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用收稿日期 2022-07-22作者简介 胡浩（1989），男，河南平顶山人，2018 年毕业于河南理工大学机械设计制造与自动化专业，本科，助理工程师，现在平煤神马机械装备集团天工机械制造矿山运输部工程厂从事质量管控工作，研究方向：矿山设备。综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用胡 浩（平煤神马机械装备集团天工机械制造矿山运输部工程厂，河南 平顶山 467000）摘 要 为解决戊 8-22310 综采工作面刮板输送机功率过大、能耗高及与采煤机功率不匹配的问题，降低设备能耗及回采成本，对基于 S6-400PLC、变频器及 KXJ0.2-1120 集控箱的采煤机及刮板输送机协同调速系统进行研究，系统对刮板输送机负载率进行分析，通过变频器发出指令调节刮板输送机运输速度。现场应用后，工作面每季度有效生产时间增加 25%，单班产量提升 700 t，节省电费 25 万元。关键词 综采工作面；刮板输送机；采煤机；PLC；协同调速中图分类号 TD63 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.049Application of Cooperative Speed Regulation Technology of Shearer and Scraper Conveyor in Fully Mechanized Mining FaceHu Hao(Pingdingshan Coal Shenma Machinery Equipment Group,Tiangong Machinery Manufacturing Mine Transportation Ministry Engineering Factory,Henan Pingdingshan 467000)Abstract:In order to solve the problems of excessive power,high energy consumption and power mismatch between scraper conveyor and shearer in the Wu8-22310 fully mechanized mining face,and to reduce equipment energy consumption and mining cost,the cooperative speed regulation system of shearer and scraper conveyor based on S6-400PLC,frequency converter and KXJ0.2-1120 centralized control box is studied.The load rate of scraper conveyor is analyzed by the system,and the speed of the scraper conveyor is adjusted by issuing instructions through the frequency converter.After field application,the effective production time of the working face is increased by 25%every quarter,the per shift output is increased by 700 tons,and the electricity bill is saved by 250,000 yuan.Key words:fully mechanized mining face;scraper conveyor;shearer;PLC;cooperative speed regulation胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用综采工作面实现高产高效的关键在于液压支架、采煤机、刮板输送机的高效协同作业1-5，尤其是采煤及运输工序的配合，对煤炭能否及时运出至为关键。目前，煤矿综采工作面均使用大功率刮板输送机，一定程度上保证了煤炭的快速外运，但存在的普遍问题为设备工作效率低、能耗高。随着综采工作面自动化、智能化技术的发展，通过应用PLC 可编辑控制器及变频器，为采煤机及刮板输送机协同调速技术的研究奠定了坚实的基础。平煤六矿结合该矿戊 8-22310 综采工作面设备配置情况，根据采煤机落煤能力计算刮板输送机负载，继而调整其运输速度，使二者实现协同调速，一方面保证设备运输煤矸的能力，另一方面降低设备能耗及工作面回采成本。1 工作面概况戊 8-22310 工作面开采戊 8 煤层，煤层厚度3.64.2 m，平均厚度 4 m；煤层倾角 6 10，平均倾角 8。工作面开采范围内无大的断裂构造发育，煤层赋存较稳定。煤层直接顶及老顶为中粒砂岩，直接底、老底分别为泥岩、灰岩。工作面“三机”配备为：ZY8000/25/55型液压支架，其采高为3.25.4 m；MG900/2400-WD型采煤机，具备远程控制功能，截割、牵引功率大，且可调控牵引速度，具体技术参数见表 1；SGZ1000/31200 型刮板输送机，启1402023 年第 2 期动方式为变频启动，其电机功率大，额定运输功率高，应用变频器调节链条转速，具体技术参数见表2。矿井以往通过人工操作调整刮板运输机链速及采煤机牵引速度，为满足运煤需要，在未考虑落煤载荷的前提下，往往将刮板输送机链速调至过大，且运行过程中再次调速相对较慢，导致耗能较多。针对该问题，为实现刮板输送机速度与采煤机牵引速度适时匹配，降低设备能耗，计划通过分析采煤机落煤量反馈至变频器，之后发出指令调节刮板输送机链条速度，即实现基于采煤机割煤速度、落煤量调整刮板输送机负载、运速的协同调速技术，达到提高综采工作面设备运行效率的目的。表 1 采煤机技术参数项目滚筒直径/mm截割深度/mm截割功率/kW牵引功率/kW牵引速度/（m/min）过煤高度/mm参数22408652900400017.5844表 2 刮板输送机技术参数项目启动方式链条类型电机功率/kW额定电压/V链速/（m/min）额定运输能力/（t/h）参数变频启动中双链3 1200330017838002 综采工作面协同调速系统构成及运行原理2.1 刮板输送机及采煤机配合工作流程采煤机由牵引装置、截割装置及控制系统等组成，在液压支架、刮板输送机之间的通道中往复进行割煤作业；刮板输送机由机头、链条、中部槽及机尾等组成。刮板输送机及采煤机配合工作流程图如图 1。图 1 刮板输送机及采煤机配合工作流程图采煤机割煤后，煤体直接落至刮板输送机，由刮板输送机将煤体转至工作面下顺槽转载机，通过下顺槽带式输送机运出。割煤过程中，采煤机沿工作面切眼方向进行横向运动，随移架沿回采方向进行纵向运动，其推进速度与工作面产量紧密相关。为切实保证采煤机割煤速度，提高工作面产量，保障运输系统稳定可靠，戊 8-22310 综采工作面通过设置，大幅度提高刮板输送机功率，提高链条转速，均明显高于采煤机割煤能力，保证了采煤机连续割煤及刮板输送机及时出煤，明显提高工作面出煤效率及矿井的生产效益。2.2 协同调速系统结构2.2.1 协同调速原理协同调速系统是通过刮板输送机负载率判断刮板输送机速度与采煤机速度是否匹配，从而不断调整、优化刮板输送机速度，一方面保证煤炭及时外运，另一方面降低设备能耗。协同调速控制原理图如图 2。常规将采煤机设置为恒速运转状态。刮板输送机随负载率、时间其运速变化共分四个阶段：（1）运速直线提升阶段：即在 t1t2时间段，在采煤机开始运行后，刮板输送机负载率、运速与时间成正比，直至负载率达到 80%；（2）恒速阶段：即在 t2t3时间段，刮板输送机负载率稳定在 80%85%，链条速度保持恒速，与采煤机运速保持平衡状态；（3）提速降载阶段：自 t3时刻起，刮板输送机负载率达到 85%后，需提高其运速，降低负载率；（4）常速运行阶段：至 t4时刻负载率降至 50%后，将刮板输送机运速恢复至常速状态。（a）刮板输送机负载（b）刮板输送机运速图 2 协同调速控制原理图2.2.2 协同调速系统结构（1）协同调速系统由巷道远程协同调速系统、刮板机机载调速系统组成，通过无线以太网建立通信联系。系统应用西门子 S6-400 系列 PLC 组件，1412023 年第 2 期胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用胡 浩：综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用对系统的运行起关键性作用。同时应用 KXJ0.2-1120 集控箱，使通信系统简单、直接、高效。（2）巷道远程协同调速系统由巷道控制器、Wince 协同调速监控平台及无线 MESH 交换网络管理平台组成，巷道控制器下设负载预测模块、协同控制模块、状态监测模块、数据传输、储存模块及网络通信模块，通过以上模块监控刮板输送机负载率、运速及采煤机速度，并通过网络通信模块将数据传输至刮板输送机调速系统。（3）刮板输送机调速系统由网络通信模块（刮板输送机机载控制器）、变频器及驱动电机等组成。刮板输送机调速系统网络通信模块接收信号后，继而通过变频器、驱动电机调整刮板输送机链速，最终实现协同调速的目的。协同调速系统结构图如图3。图 3 协同调速系统结构图3 工程应用效果自戊 8-22310 综采工作面应用刮板输送机与采煤机协同调速控制系统后，通过现场使用反馈，工程应用效果明显，既保证工作面的煤炭产量，又降低刮板输送机的电能消耗，实现工作面高产高效的目的。（1）工作面有效生产时间显著增加。2021 年4月6月，通过保障采煤机、刮板输送机开机时间，工作面正常生产时间为 75 d，较 13 月份生产时间增加 25%。（2）工作面单班生产效率明显提高。单班正规循环作业时间约为 75 min，当班产量 2100 t；现每循环作业节省时间约 25 min，则单班产量提升700 t。（3）刮板输送机电能消耗降低。系统通过刮板输送机负载率，不断调整、优化刮板输送机速度，正常工作状态其速度低于额定运速 25%，电耗降低约 25%，电费按 0.6 元/kWh 计算，每季度可节省电费 25 万元。4 结论（1）针对矿井综采工作面刮板输送机功率过大、能耗高及与采煤机功率不匹配的问题，平煤六矿结合戊 8-22310 工作面综采设备基本情况，提出基于 S6-400PLC、变频器及 KXJ0.2-1120 集控箱的采煤机及刮板输送机协同调速系统，系统通过分析刮板输送机负载率并将其反馈至变频器，之后发出指令调节刮板输送机链条速度，实现基于采煤机割煤速度、落煤量调整刮板输送机负载、运速的目的。该技术的应用，既保证综采工作面运煤需要，又降低了设备能耗，实现采煤机与刮板输送机的高效协同作业，提高了工作面生产效率，为工作面的高产高效奠定了坚实的基础。（2）现场应用后，工作面每季度有效生产时间增加 25%，单班产量提升 700 t，电耗降低约25%，每季度可节省电费 25 万元。该技术在现场的成功应用，为类似条件下煤矿综采工作面在“三机”匹配方面提供了一定的借鉴意义。【参考文献】1 庞义辉，王国法，任怀伟.智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术 J.煤炭科学技术，2019，47（03）：35-42.2 张俊杰.大采高超长工作面的应用研究 J.中国矿山工程，2021，50（03）：40-42.3 赵战伟.刮板输送机采煤机协同调速系统研究J.能源与环保，2019，41（10）：136-139.4 田伟平.刮板输送机-采煤机协同调速方案设计与仿真 J.自动化应用，2021（03）：135-137.5 程志原.MG700 型刮板输送机负载调速技术研究 J.机 械 管 理 开 发，2021，36（07）：239-240+277.