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摘要：本文首先介绍了矿山运输系统的自动化控制的基本情况，然后结合某矿探讨了可编程序控制 PLC 及可控起动传输 CST 在井下矿山某矿长距离胶带机输送系统的实际应用，具有较强的意义和价值，供参考。
关键词：运输系统；矿山；自动化控制
中图分类号： TD2文献标识码：A 文章编号：
1、矿山运输系统的自动化控制的基本情况
( 1) 胶带机自动化连续运输系统
随着我国大型冶金露天矿山开采 深度的不断增加, 采矿场的空间变得越来越深、越来越小。为了解决我国冶金矿山运输落后的这一难题, 许多大型露天矿山逐渐采用了胶带机的 自动化连续运输方式。 我国河北石人淘铁矿已建成配有1500×2100 颚式破碎机的固定破碎站和三段钢芯胶带输送机排土系统;大孤山铁矿建成两套旋回破碎机半固定式破碎站、钢芯胶带机的运矿和排岩系统；所用设备均属世界先进水平, 而且自动化程度高,保护措施齐 全 , 具有可靠性、可維修性。这些矿通过试生产运行与正式运行, 已基本达到了设计要求, 取得了较好的经济效果。
( 2) 有轨运输自动控制系统
电机车的自动控制技术和全程自动监控技术的应用则是推动矿车运输系统向自动化发展的两个重要方面。而我国作为有轨运输系统的主要装备目前仍采用20世纪60年代成型的 电机车进行牵引。车辆的日常生产调度则采用电话 、吹哨、信号灯等进行车辆的 调度。设备落后, 工艺复杂, 设备效率低, 工人劳动强度大,再加上工人工作环境恶劣, 导致矿山运输工序的更新发展速度远远落后于提升工序、采掘工序和充填工序的发展速度。Codelco 公司意识到这种问题好, 通过自动化改造, 利用大巴士将工人运至工地, 多节电动车组仍然保留, 并安装了 ATP(列车自动保护系 统), 以便 紧急 疏 散时使用。目前正式列车无人驾驶自动运行, 在 CCTV 的监视下, 通过控制室对列车实施遥控, 才需要人为的干预。
( 3) 机械制动自动控制
我国矿山运输现在设计采用电气 制动和机械制动两种。电气制动容易损害电气元件, 且速、有效地停稳车辆。机械制动则采用手轮操作, 不但制动速度远远不能满足紧急快速制动的要求, 而且制动力也有一定的限制, 因此机械制动常用于停车制动。铁道部科学院通过调研, 决定采用制动力、制动速度、制动效果都比较显著的空气制动。即在原车上加装一套空压机、储气罐、制动执行机 构等 , 从而保证了车辆制动的迅速、有效。该机构应该具备结构电能消耗较高, 特别是在紧急快速制动时对电气损害严重, 制动力矩不足, 也不能及 时、迅简单、操作方便、安装便捷、体积小巧、维修快捷等特点。现在正在试运行阶段, 显示出来良好的效果。总之, 自动化运输是矿山企业生存与发展的基础之一 ,简化运输流程、提高运输效率、降低生产成本是不断创新运输方式的根本动力。
2、可编程序控制 PLC 及可控起动传输 CST 在井下矿山某矿长距离胶带机输送系统的实际应用
( 1) 工程概况
某铁矿具有工业价值的铁矿含矿带共 5 个, 即从下往上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ矿 带 。 进行了储量计算的矿体共 71个, 其中大型矿体 3 个( Ⅱ1- 4、Ⅱ1- 3 铁矿体及Ⅰ3 铜矿体) ,中型 7 个, 其余为小型矿体。为了实现高效开采, 根据国内外先进经验, 采用高分段大间距无底柱分段崩落法。采用胶带斜井、斜坡道及盲 竖井联合开拓方 案 , 在矿体南侧、肥味河南岸靠近选矿厂设运矿胶带主斜井, 井口标高 728.5m, 倾 角14°,井底标高 320m, 包括井底平直段在内长1847m, 采用 B=1200mm 的高强度钢芯胶带运输机运送矿石, 矿石运到溜井车场卸矿, 经溜井下放 到设于 344m 标高 破碎硐室, 经粗碎后用斜井胶带运输机运至地表选厂转运矿仓。
( 2) 、设计要求
( 2.1) 长距 离胶带机的运 转方式以工艺输送系统流程在中央控制室通过 PLC 和计算机控制 系统实现自动 运转操作。控制系统具备主要故障的检测和保护功能, 可实现机旁无人操作。为此, 长距离胶带机系统中设计了跑偏、打滑、堵塞、防撕裂及急停( 拉绳 ) 开 关、除水装置等附属装置。 在机头部设有落料挡板, 以防止物料坠落或卡入胶带与滚筒中损坏胶带。传动滚筒的动力来自驱动装置 ( 电动机与可控起动传输 CST装置) 。
( 2、2) 设计参数
胶带宽度：B=1200mm
运输能力：小时运输量 Q=1000t/h 处运输量：400 万 t/a运行速度：正常工作速度 V=4m/s 检修速度：V=0.5m/s输送方式： 向上输送( 尾部两处给料, 头部卸料)
倾斜角度：头部地表段 a=7 度 斜井段 a=14 度尾部受料段 a=0 度
尾部受料段 a=0 度
胶带机( 水平)( 头部滚筒到尾部滚筒) L=1796m 其 中地表部分 35.4m
提升高度 H=421.4m
头部凸弧半径 R=220m
尾部凹弧半径 R=220
胶带安全系数( CST 驱动系统) m=7.4+1.9
胶带类型及强度：钢绳芯胶带 带强 40000N/cm
头部双滚筒驱动, 功率分配比例：2：1
矿石主要参数：铁矿石松散密度：γ=2.13t/m3
铁矿石最大块度：220mm- 250mm
工作制度：330 天/年、3 班/天、8 小时/班
( 3) 长距离胶带机的基本结构特点
主要结构 ：长距离 胶带机是单向运行输送机械 。主要有驱动装置、传动滚筒组、改向滚筒组、( 上、下) 托辊组、拉紧装置、输送胶带、提升导料槽、固定导料槽、清扫器、各种保护装置及机头架、机尾架、高架支腿和中间架等主要部件组成。
驱动装置主要由高压电动机、联轴器、可控起动传输 CST装置、传动滚筒组等组成。其连接方式为电动机与 CST、CST与传动滚筒联接, 联轴器采用 CL 型齿式联轴器。该型齿式联轴器具有一定补偿两轴相对偏移的性能。
可控起动传输 ( CST) 是由湿式离合器装置和液压控制系统组成的一个多级齿轮减速器, 它是专门为以逐渐加速的加速度平滑起动运送大惯性载荷长距离皮带运输机而设计 的 。
CST 装置的输出轴扭矩是由液压控制系统控制的, 它随着离合器上所加的液压压力而变化。本长距离胶带机驱动装置是由 3 台电动机及 3 台 CST 装置组成。驱动功率为( 3×710kw) 。
( 5) 、可编程序控制 PLC 及可控起动传输 CST 在井下矿山某矿长距离胶带机输送 系统的实际应用效果自2006 年12 月16 日~2007 年12 月30 日输送量达 400 多万 吨； 从输送情况看, 用高速深槽式长距离胶带机输送铁矿石料,具有其它输送工具( 汽车) 不可比拟的特点：
( 5.1) 输送效率高；因深槽式高速胶带机输送速度达4m/s, 且输送强度较大, 一般可达 750~1000t/h。与汽车转运输送相比, 其输送效率明显提高, 且运行成本大大降低, 可满足大坝高强度混凝土浇筑用料要求。
( 5.2) 结构简单；用型钢、板材在制造厂组焊成图纸要求的组件和部件, 如机头架、尾架、高 架支腿、中间架、落矿挡板、溜槽、张紧台架等。然后在使用现场用螺栓连接或焊接成所需要的整体。采用可控起动传输装置, 胶带自动液压拉紧装置。简化了输送系统的结构, 安拆迅速、方便。操作简易且布置灵活。
( 5.3) 运行安全可靠； 采用 CST 的主要目的是为在起动过程加速阶段降低张力作用对胶带机带来不利影响, 通过控制起动上升曲线, 可减小胶带机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力, 从而得到一个满意的动态结果。除了满足张力与速率控制要求之外, 还能防止瞬间负载冲击带来的不利影响。任何情况下, 从驱将跟随主驱自动调整状态, 在不同的负荷下均 能保持一致的输出功率。由于可控驱动装置 CST 在高压腔管道上安装闭锁阀 , 在突然停电 时, 能保持高压腔压力, 使离合片保持结合, 以保证主电机的动力传递。提供可控停车,从而避免系统突然停电以满负荷运行胶带机的动力学破坏。
( 5.4) 布置灵活：胶带机系统可用于铁矿矿石料输送, 也可用于混凝土、砂石料输送。特别适用于因交通不畅且输送强度较大的施工场面。其占用场地小, 临建工程量小, 投资成本优于其它投资成本。
参考文献：
【1】党建印，武景良.露天矿山运输系统应急管理研究[J].采矿技术，2012（6）
【2】谢振华， 李晓超.露天矿山运输路面复合抑尘剂的研究[J].北京科技大学学报，2012（11）
关键词：运输系统；矿山；自动化控制
中图分类号： TD2文献标识码：A 文章编号：
1、矿山运输系统的自动化控制的基本情况
( 1) 胶带机自动化连续运输系统
随着我国大型冶金露天矿山开采 深度的不断增加, 采矿场的空间变得越来越深、越来越小。为了解决我国冶金矿山运输落后的这一难题, 许多大型露天矿山逐渐采用了胶带机的 自动化连续运输方式。 我国河北石人淘铁矿已建成配有1500×2100 颚式破碎机的固定破碎站和三段钢芯胶带输送机排土系统;大孤山铁矿建成两套旋回破碎机半固定式破碎站、钢芯胶带机的运矿和排岩系统；所用设备均属世界先进水平, 而且自动化程度高,保护措施齐 全 , 具有可靠性、可維修性。这些矿通过试生产运行与正式运行, 已基本达到了设计要求, 取得了较好的经济效果。
( 2) 有轨运输自动控制系统
电机车的自动控制技术和全程自动监控技术的应用则是推动矿车运输系统向自动化发展的两个重要方面。而我国作为有轨运输系统的主要装备目前仍采用20世纪60年代成型的 电机车进行牵引。车辆的日常生产调度则采用电话 、吹哨、信号灯等进行车辆的 调度。设备落后, 工艺复杂, 设备效率低, 工人劳动强度大,再加上工人工作环境恶劣, 导致矿山运输工序的更新发展速度远远落后于提升工序、采掘工序和充填工序的发展速度。Codelco 公司意识到这种问题好, 通过自动化改造, 利用大巴士将工人运至工地, 多节电动车组仍然保留, 并安装了 ATP(列车自动保护系 统), 以便 紧急 疏 散时使用。目前正式列车无人驾驶自动运行, 在 CCTV 的监视下, 通过控制室对列车实施遥控, 才需要人为的干预。
( 3) 机械制动自动控制
我国矿山运输现在设计采用电气 制动和机械制动两种。电气制动容易损害电气元件, 且速、有效地停稳车辆。机械制动则采用手轮操作, 不但制动速度远远不能满足紧急快速制动的要求, 而且制动力也有一定的限制, 因此机械制动常用于停车制动。铁道部科学院通过调研, 决定采用制动力、制动速度、制动效果都比较显著的空气制动。即在原车上加装一套空压机、储气罐、制动执行机 构等 , 从而保证了车辆制动的迅速、有效。该机构应该具备结构电能消耗较高, 特别是在紧急快速制动时对电气损害严重, 制动力矩不足, 也不能及 时、迅简单、操作方便、安装便捷、体积小巧、维修快捷等特点。现在正在试运行阶段, 显示出来良好的效果。总之, 自动化运输是矿山企业生存与发展的基础之一 ,简化运输流程、提高运输效率、降低生产成本是不断创新运输方式的根本动力。
2、可编程序控制 PLC 及可控起动传输 CST 在井下矿山某矿长距离胶带机输送系统的实际应用
( 1) 工程概况
某铁矿具有工业价值的铁矿含矿带共 5 个, 即从下往上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ矿 带 。 进行了储量计算的矿体共 71个, 其中大型矿体 3 个( Ⅱ1- 4、Ⅱ1- 3 铁矿体及Ⅰ3 铜矿体) ,中型 7 个, 其余为小型矿体。为了实现高效开采, 根据国内外先进经验, 采用高分段大间距无底柱分段崩落法。采用胶带斜井、斜坡道及盲 竖井联合开拓方 案 , 在矿体南侧、肥味河南岸靠近选矿厂设运矿胶带主斜井, 井口标高 728.5m, 倾 角14°,井底标高 320m, 包括井底平直段在内长1847m, 采用 B=1200mm 的高强度钢芯胶带运输机运送矿石, 矿石运到溜井车场卸矿, 经溜井下放 到设于 344m 标高 破碎硐室, 经粗碎后用斜井胶带运输机运至地表选厂转运矿仓。
( 2) 、设计要求
( 2.1) 长距 离胶带机的运 转方式以工艺输送系统流程在中央控制室通过 PLC 和计算机控制 系统实现自动 运转操作。控制系统具备主要故障的检测和保护功能, 可实现机旁无人操作。为此, 长距离胶带机系统中设计了跑偏、打滑、堵塞、防撕裂及急停( 拉绳 ) 开 关、除水装置等附属装置。 在机头部设有落料挡板, 以防止物料坠落或卡入胶带与滚筒中损坏胶带。传动滚筒的动力来自驱动装置 ( 电动机与可控起动传输 CST装置) 。
( 2、2) 设计参数
胶带宽度：B=1200mm
运输能力：小时运输量 Q=1000t/h 处运输量：400 万 t/a运行速度：正常工作速度 V=4m/s 检修速度：V=0.5m/s输送方式： 向上输送( 尾部两处给料, 头部卸料)
倾斜角度：头部地表段 a=7 度 斜井段 a=14 度尾部受料段 a=0 度
尾部受料段 a=0 度
胶带机( 水平)( 头部滚筒到尾部滚筒) L=1796m 其 中地表部分 35.4m
提升高度 H=421.4m
头部凸弧半径 R=220m
尾部凹弧半径 R=220
胶带安全系数( CST 驱动系统) m=7.4+1.9
胶带类型及强度：钢绳芯胶带 带强 40000N/cm
头部双滚筒驱动, 功率分配比例：2：1
矿石主要参数：铁矿石松散密度：γ=2.13t/m3
铁矿石最大块度：220mm- 250mm
工作制度：330 天/年、3 班/天、8 小时/班
( 3) 长距离胶带机的基本结构特点
主要结构 ：长距离 胶带机是单向运行输送机械 。主要有驱动装置、传动滚筒组、改向滚筒组、( 上、下) 托辊组、拉紧装置、输送胶带、提升导料槽、固定导料槽、清扫器、各种保护装置及机头架、机尾架、高架支腿和中间架等主要部件组成。
驱动装置主要由高压电动机、联轴器、可控起动传输 CST装置、传动滚筒组等组成。其连接方式为电动机与 CST、CST与传动滚筒联接, 联轴器采用 CL 型齿式联轴器。该型齿式联轴器具有一定补偿两轴相对偏移的性能。
可控起动传输 ( CST) 是由湿式离合器装置和液压控制系统组成的一个多级齿轮减速器, 它是专门为以逐渐加速的加速度平滑起动运送大惯性载荷长距离皮带运输机而设计 的 。
CST 装置的输出轴扭矩是由液压控制系统控制的, 它随着离合器上所加的液压压力而变化。本长距离胶带机驱动装置是由 3 台电动机及 3 台 CST 装置组成。驱动功率为( 3×710kw) 。
( 5) 、可编程序控制 PLC 及可控起动传输 CST 在井下矿山某矿长距离胶带机输送 系统的实际应用效果自2006 年12 月16 日~2007 年12 月30 日输送量达 400 多万 吨； 从输送情况看, 用高速深槽式长距离胶带机输送铁矿石料,具有其它输送工具( 汽车) 不可比拟的特点：
( 5.1) 输送效率高；因深槽式高速胶带机输送速度达4m/s, 且输送强度较大, 一般可达 750~1000t/h。与汽车转运输送相比, 其输送效率明显提高, 且运行成本大大降低, 可满足大坝高强度混凝土浇筑用料要求。
( 5.2) 结构简单；用型钢、板材在制造厂组焊成图纸要求的组件和部件, 如机头架、尾架、高 架支腿、中间架、落矿挡板、溜槽、张紧台架等。然后在使用现场用螺栓连接或焊接成所需要的整体。采用可控起动传输装置, 胶带自动液压拉紧装置。简化了输送系统的结构, 安拆迅速、方便。操作简易且布置灵活。
( 5.3) 运行安全可靠； 采用 CST 的主要目的是为在起动过程加速阶段降低张力作用对胶带机带来不利影响, 通过控制起动上升曲线, 可减小胶带机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力, 从而得到一个满意的动态结果。除了满足张力与速率控制要求之外, 还能防止瞬间负载冲击带来的不利影响。任何情况下, 从驱将跟随主驱自动调整状态, 在不同的负荷下均 能保持一致的输出功率。由于可控驱动装置 CST 在高压腔管道上安装闭锁阀 , 在突然停电 时, 能保持高压腔压力, 使离合片保持结合, 以保证主电机的动力传递。提供可控停车,从而避免系统突然停电以满负荷运行胶带机的动力学破坏。
( 5.4) 布置灵活：胶带机系统可用于铁矿矿石料输送, 也可用于混凝土、砂石料输送。特别适用于因交通不畅且输送强度较大的施工场面。其占用场地小, 临建工程量小, 投资成本优于其它投资成本。
参考文献：
【1】党建印，武景良.露天矿山运输系统应急管理研究[J].采矿技术，2012（6）
【2】谢振华， 李晓超.露天矿山运输路面复合抑尘剂的研究[J].北京科技大学学报，2012（11）