CN108829075B - 煤矿主运煤流运输线的协同控制方法 - Google Patents

煤矿主运煤流运输线的协同控制方法 Download PDF

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CN108829075B CN201811041145.0A CN201811041145A CN108829075B CN 108829075 B CN108829075 B CN 108829075B CN 201811041145 A CN201811041145 A CN 201811041145A CN 108829075 B CN108829075 B CN 108829075B
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Abstract

本发明涉及一种煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，包括如下步骤：根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息，确定受控的煤流区段和煤流线路；采集煤流区段内所有运输设备和储存设备的实时运行信息，判定各条煤流线路的核心启停条件；采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，当某条煤流线路具备核心启动条件时，判定该煤流线路内的各台运输设备是否具备顺煤流启动条件、以及各个运输设备的启动顺序；采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件，并实施控制操作。本发明可有效减少煤矿井下值守和维护人员的数量，降低煤矿的安全风险、能源成本和人力成本。

Description

煤矿主运煤流运输线的协同控制方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤矿主运煤流运输线的协同控制方法。
背景技术：
长期以来，由于管理水平和技术能力的限制，我国煤矿井下主运煤流运输线普遍存在人员配备冗余、能源消耗高企、设备运行低效等突出问题。
目前市场上针对主运煤流运输线的自动控制，主要采用以下方式：首先，由地面调度中心的煤流运输相关调度人员，根据生产计划，观察各运输设备和存储设备的工况状态，确定运输设备是否具备启停条件。然后，调度人员执行对运输设备的启停操作，具体而言，在具有远程集控能力的现场，可通过集控软件平台实施远程启停操作，在其他现场，需要通过电话告知井下的值守人员，再由其去相应的电控系统上启停相关设备。
这类方法存在的主要问题包括：主运煤流运输线的安全和高效运行主要依赖于地面调度人员和井下值守人员的技术能力、经验水平和工作状态；井下运输设备电控系统附近需配备值守人员，而这些人员数量较多且大部分时间处于闲置状态。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能实现无人值守、安全稳定、高效节能等目标的煤矿主运煤流运输线的协同控制方法。
为实现上述目的，本发明煤矿主运煤流运输线的协同控制方法的技术方案主要包括以下步骤：
a、根据煤矿主运煤流运输线(以下简称煤流线)的构成和布局信息，确定受控的煤流区段(以下简称区段)和煤流线路(以下简称线路)；
b、采集区段内的所有运输设备(胶带机/给煤机)和储存设备(煤仓)的实时运行信息，判定各条线路的核心启停条件；
c、采集区段内的所有运输设备的实时运行数据，当某条线路具备核心启动条件时，判定该线路内的各台胶带机是否具备顺煤流(以下简称顺启)启动条件，以及各个运输设备的启动顺序；
d、采集区段内的所有运输设备的实时运行数据，判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件，并实施控制操作。
进一步地，在步骤a中，所述煤流线是指煤矿主运煤流运输线，即从工作面顺槽皮带下游设备(胶带机或煤仓)开始、经采区、大巷、主井区域、直至地面的煤仓，输送原煤物料的所有途径路线。所述煤流线的构成和布局信息是指：组成煤流线的所有运输设备(胶带机、给煤机)和储存设备(煤仓)的列表；胶带机设备的主要运输参数，包括但不限于：长度、额定带速、额定输送能力；给煤机设备的主要运输参数，包括但不限于：额定输送能力；煤仓设备的主要运输参数，包括但不限于：高度/深度、空仓/满仓的仓位门限；各设备之间的上下游搭接关系，即各台胶带机的上游胶带机/给煤机列表和搭接位置，各个煤仓的上游胶带机列表。
煤矿主运煤流线可分为若干的煤流区段，每个区段包含若干条煤流线路。每个区段作为以不同的下游煤仓作为边界，各区段的协同控制完全独立。
确定受控的煤流线路的方法是指如何根据煤流线的构成和布局信息划分煤流线路，即：构建煤流线区域内直接搭接的、能承担连续煤流输送任务的、以煤仓为最下游终点的若干运输和储存设备的集合。煤流线路的特性在于：包含若干胶带机，最下游设备为煤仓，最上游设备为煤仓或胶带机(通常为采区胶带机，不受控)，称为煤仓线路或采区线路；所有胶带机和煤仓直接搭接、煤仓的下游胶带机不超过1台、上游胶带机不超过1台(煤仓的多台上游胶带机属于不同线路)。
确定受控的区段的方法是指如何根据煤流线的构成和布局信息划分煤流区段，即：构建拥有共同的最下游煤仓的全部线路的集合。
进一步地，在步骤b中，所述运输设备和储存设备的实时运行信息是指实施本方法的系统从胶带机/给煤机/煤仓相关的监测装置或系统采集的实时数据，包括但不限于：胶带机/给煤机的实时运行(已启动/已停止/正在启动/正在停止/正在急停)状态、健康(正常/异常)状态、胶带机/给煤机的实时报警或故障状态、胶带机的实时载荷分布、煤仓的实时仓位。
判定各条线路的核心启停条件的方法是指对于受控的某条线路，如何根据其两端设备的实时运行信息，判定该线路是否满足启动/停止条件，具体包括：
1、对于煤仓线路，根据其两端煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设线路下游煤仓B1和上游煤仓B2的仓位分别为PB1和PB2，线路的仓位顺差为：FBPB1B2＝PB2－PB1，线路的仓位逆差为：UBPB1B2＝PB1－PB2，线路的核心启停条件为：
Figure BDA0001792125870000031
2、对于采区线路，根据其上游胶带机的运行状态和下游煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设线路下游煤仓B1的仓位为PB1，线路的核心启停条件为：
Figure BDA0001792125870000032
进一步地，在步骤c中，所述判定该线路内的各台胶带机是否具备顺煤流启动条件的方法是指当某条线路具备核心启动条件时，对于其包含的各台胶带机，如何根据其上游设备的类型及实时运行信息，判定其是否具备后于其上游设备启动的条件，具体包括：
1、若胶带机C1的上游设备为煤仓，则C1不具备顺煤流启动条件；
2、若胶带机C1的上游设备为胶带机C2，当C2上的实时载荷分布信息决定了C1必须先于C2启动(此处的算法不在本发明所述范围内)，则C1不具备顺煤流启动条件。
所述确定各条线路内运输设备的启动顺序的方法是指在当某条线路具备核心启动条件时，如何确定其包含的各个设备的启动顺序，具体包括：首先，从线路最下游开始，依次选取不具备顺煤流启动条件的胶带机(包括煤仓线路中的最上游胶带机)，接着，选取最上游煤仓(对于煤仓线路)或采区胶带机(对于采区线路)，最后，从线路最上游开始，依次选取具备顺煤流启动条件的胶带机。
进一步地，在步骤d中，所述判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件的方法是指如何判定区段内各胶带机/给煤机在何种条件下必须执行启动、停止、急停动作，具体包括：假设运输设备X的在线路L中的下游设备为Xdn、上游设备为Xup，在启动顺序上先于X启动的设备为Xpre、后于X启动的设备为Xsuc，设备X在线路L中的启动条件为：
Figure BDA0001792125870000041
设备X在线路L中的停止条件为：
Figure BDA0001792125870000051
设备X在线路L中的急停条件为：
线路L中存在健康状态为异常的设备，且该设备位于设备X的下游。
假设设备X所在的全部线路集合为LX，设备X的协同启动条件为：
Figure BDA0001792125870000052
设备X的协同停止条件为：
Figure BDA0001792125870000053
设备X的协同急停条件为(满足任一)：
Figure BDA0001792125870000054
所述实施控制操作是指由实施本方法的系统向胶带机/给煤机相关的电控系统下发控制命令，可下发命令包括但不限于：胶带机/给煤机的启动、停止、急停命令。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
1、无人值守：本发明能够实现在无人工干预的情况下，根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息、以及运输设备和储存设备的实时运行信息，分析胶带机、给煤机等运输设备的启动、停止、急停的条件，并实施控制操作；
2、安全稳定：本发明能够实现在煤流线设备出现运行异常状态时，及时的对其他相关运输设备实施急停控制操作，降低堆煤等事故的发生概率，同时，实施本方法的自动化系统能稳定运行，避免因地面调度员工作状态起伏引起的煤流线运行性能的变化；
3、高效节能：本发明能够实时分析煤流线的运行工况，在保证安全的前提下，最大程度的实现以顺煤流方式启动煤流线设备，减少空载运行时间，同时，提高设备单次有效运行的时长，避免频繁启停引起的电气冲击和机械磨损；
4、实现上述效果可有效减少煤矿井下值守和维护人员的数量，降低煤矿的安全风险、能源成本和人力成本。
附图说明：
图1为本发明的煤矿主运煤流运输线的协同控制方法的流程图；
图2为本发明的煤流线设备布局侧视图；
图3为本发明的煤流线设备布局俯视图；
图4为本发明的煤仓线路启动顺序示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，一种煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，包括如下步骤：
a、根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息，确定受控的煤流区段和煤流线路，构建煤矿主运煤流运输线区域内直接搭接的、能承担连续煤流输送任务的、以煤仓为最下游终点的若干运输设备和储存设备的集合，根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息划分煤流区段，构建拥有共同的最下游煤仓的全部线路的集合；
b、采集煤流区段内所有运输设备和储存设备的实时运行信息，判定各条煤流线路的核心启停条件，所述判定各条煤流线路的核心启停条件的方法是对于受控的某条煤流线路，根据其两端设备的实时运行信息，判定该线路是否满足启动/停止条件，具体包括：
(1)对于存储设备煤仓线路，根据其两端煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设煤仓线路下游煤仓B1和上游煤仓B2的仓位分别为PB1和PB2，煤仓线路的仓位顺差为：FBPB1B2＝PB2－PB1，煤仓线路的仓位逆差为：UBPB1B2＝PB1－PB2，
煤仓线路的核心启动条件为满足以下任一：FBPB1B2＞LMT_ST_FBPB1B2，且煤仓线路健康状态为正常；PB1＜LMT_ST_PB1且PB2＞LMT_ST_PB2，且煤仓线路健康状态为正常；
煤仓线路的核心停止条件为满足以下任一：UBPB1B2＞LMT_SP_UBPB1B2；PB1＞LMT_SP_PB1；PB2＜LMT_SP_PB2；煤仓线路健康状态为异常；
(2)对于运输设备采区线路，根据其上游胶带机的运行状态和下游煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设采区线路下游煤仓B1的仓位为PB1，
采区线路的核心启动条件为满足以下全部：采区胶带机所在的电控系统给出采区运输线启动的信号；PB1＜LMT_ST_PB1；采区线路健康状态为正常；
采区线路的核心停止条件为满足以下任一：采区胶带机的运行状态由已启动切换为正在停止；PB1＞LMT_SP_PB1；采区线路健康状态为异常；
c、采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，当某条煤流线路具备核心启动条件时，判定该煤流线路内的各台运输设备是否具备顺煤流启动条件、以及各个运输设备的启动顺序，所述判定该煤流线路内的各台运输设备是否具备顺煤流启动条件的方法是当某条煤流线路具备核心启动条件时，对于其包含的各台胶带机，根据其上游设备的类型及实时运行信息，判定其是否具备后于其上游设备启动的条件，具体包括：
(1)若胶带机C1的上游设备为煤仓，则C1不具备顺煤流启动条件；
(2)若胶带机C1的上游设备为胶带机C2，当C2上的实时载荷分布信息决定了C1必须先于C2启动，则C1不具备顺煤流启动条件；
d、采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件，并实施控制操作，所述判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件的方法是判定煤流区段内各运输设备在何种条件下必须执行启动、停止、急停动作，具体包括：
假设运输设备X的在煤流线路L中的下游设备为Xdn、上游设备为Xup，在启动顺序上先于X启动的设备为Xpre、后于X启动的设备为Xsuc；
(1)设备X在煤流线路L中的启动条件为：
若Xpre不存在，X不具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；
若Xpre存在，X不具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；Xpre的运行状态为已启动；
若Xpre存在，X具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；Xpre的运行状态为已启动或正在启动；Xpre上的料流已到达头部区域；
(2)设备X在煤流线路L中的停止条件为：
若Xup不存在，设备在煤流线路L中的停止条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心停止条件；
若Xup存在，设备在煤流线路L中的停止条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心停止条件；若Xdn的运行状态为已启动，Xup的运行状态为已停止；若Xdn的运行状态为已启动且X的运行状态为已启动或正在启动，X上无载荷；
(3)设备X在煤流线路L中的急停条件为：
煤流线路L中存在健康状态为异常的设备，且该设备位于设备X的下游，假设设备X所在的全部煤流线路集合为LX；
设备X的协同启动条件为满足以下全部：在煤流线路集合LX中的任一成员中，设备X具备启动条件；在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X不具备停止或急停条件；设备X的状态正常；
设备X的协同停止条件为满足以下全部：在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X具备停止条件；在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X不具备急停条件；设备X的状态正常；
设备X的协同急停条件为满足以下任一：在煤流线路集合LX中的任一成员中，设备X具备急停条件；设备X的状态异常。
图2、图3为本发明实施例的煤流线设备布局图，展示了区段的划分。同一区段内的胶带机使用相同的颜色来标记，该区域共包含区段B1B2、区段B2B3、区段B3B4B5B7C101、区段B5B6、区段B7B8B9。
每个区段包含若干条煤仓线路或采区线路，如区段B3B4B5B7C101包含了煤仓线路B3B4、煤仓线路B3B5、煤仓线路B3B7、以及采区线路B3C101。
图4为本发明实施例的煤仓线路启动顺序示意图，展示了煤仓线路中各设备是否具备顺煤流启动条件，以及启动顺序。在煤流线路B1B2中，因胶带机C3在头部区域有载荷，故C2不具备顺启条件，此外，因胶带机C4的上游设备为煤仓，故C4不具备顺启条件。该煤流线路的启动顺序为：C2(不具备顺启条件)、C4(不具备顺启条件)、B2(上游煤仓)、C3(具备顺启条件)、C1(具备顺启条件)。
进一步，可以确定线路B1B2中的各个运输设备的启动、停止和急停条件为：
Figure BDA0001792125870000101
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息，确定受控的煤流区段和煤流线路；
b、采集煤流区段内所有运输设备和储存设备的实时运行信息，判定各条煤流线路的核心启停条件，所述判定各条煤流线路的核心启停条件的方法是对于受控的某条煤流线路，根据其两端设备的实时运行信息，判定该线路是否满足启动/停止条件，具体包括：
(1)对于煤仓线路，线路的最上游设备为煤仓，根据其两端煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设煤仓线路下游煤仓B1和上游煤仓B2的仓位分别为PB1和PB2，煤仓线路的仓位顺差为：FBPB1B2＝PB2－PB1，煤仓线路的仓位逆差为：UBPB1B2＝PB1－PB2，
煤仓线路的核心启动条件为满足以下任一：FBPB1B2＞LMT_ST_FBPB1B2，且煤仓线路健康状态为正常；PB1＜LMT_ST_PB1且PB2＞LMT_ST_PB2，且煤仓线路健康状态为正常；
煤仓线路的核心停止条件为满足以下任一：UBPB1B2＞LMT_SP_UBPB1B2；PB1＞LMT_SP_PB1；PB2＜LMT_SP_PB2；煤仓线路健康状态为异常；
(2)对于采区线路，线路的最上游设备为胶带机，根据其上游胶带机的运行状态和下游煤仓仓位状态判定其是否满足启动/停止条件，假设采区线路下游煤仓B1的仓位为PB1，
采区线路的核心启动条件为满足以下全部：采区胶带机所在的电控系统给出采区运输线启动的信号；PB1＜LMT_ST_PB1；采区线路健康状态为正常；
采区线路的核心停止条件为满足以下任一：采区胶带机的运行状态由已启动切换为正在停止；PB1＞LMT_SP_PB1；采区线路健康状态为异常；
其中，LMT_ST_FBPB1B2：判定煤仓B1、B2的仓位顺差过大的预设门限；
LMT_ST_PB1：判定煤仓B1处于允许装载煤流的轻仓状态的预设门限；
LMT_ST_PB2：判定煤仓B2处于允许卸载煤流的重仓状态的预设门限；
LMT_SP_UBPB1B2：判定煤仓B1、B2的仓位逆差过大的预设门限；
LMT_SP_PB1：判定煤仓B1处于不允许装载煤流的重仓状态的预设门限；
LMT_SP_PB2：判定煤仓B2处于不允许卸载煤流的轻仓状态的预设门限；
c、采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，当某条煤流线路具备核心启动条件时，判定该煤流线路内的各台运输设备是否具备顺煤流启动条件、以及各个运输设备的启动顺序，所述判定该煤流线路内的各台运输设备是否具备顺煤流启动条件的方法是当某条煤流线路具备核心启动条件时，对于其包含的各台胶带机，根据其上游设备的类型及实时运行信息，判定其是否具备后于其上游设备启动的条件，具体包括：
(1)若胶带机C1的上游设备为煤仓，则C1不具备顺煤流启动条件；
(2)若胶带机C1的上游设备为胶带机C2，当C2上的实时载荷分布信息决定了C1必须先于C2启动，则C1不具备顺煤流启动条件；
d、采集煤流区段内所有运输设备的实时运行数据，判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件，并实施控制操作，所述判定各个运输设备的协同启动、协同停止、协同急停条件的方法是判定煤流区段内各运输设备在何种条件下必须执行启动、停止、急停动作，具体包括：
假设运输设备X的在煤流线路L中的下游设备为Xdn、上游设备为Xup，在启动顺序上先于X启动的设备为Xpre、后于X启动的设备为Xsuc；
(1)设备X在煤流线路L中的启动条件为：
若Xpre不存在，X不具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；
若Xpre存在，X不具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；Xpre的运行状态为已启动；
若Xpre存在，X具备顺煤流启动条件，设备在煤流线路L中的启动条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心启动条件；Xpre的运行状态为已启动或正在启动；Xpre上的料流已到达头部区域；
(2)设备X在煤流线路L中的停止条件为：
若Xup不存在，设备在煤流线路L中的停止条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心停止条件；
若Xup存在，设备在煤流线路L中的停止条件为满足以下全部：煤流线路L具备核心停止条件；若Xdn的运行状态为已启动，Xup的运行状态为已停止；若Xdn的运行状态为已启动且X的运行状态为已启动或正在启动，X上无载荷；
(3)设备X在煤流线路L中的急停条件为：
煤流线路L中存在健康状态为异常的设备，且该设备位于设备X的下游，假设设备X所在的全部煤流线路集合为LX；
设备X的协同启动条件为满足以下全部：在煤流线路集合LX中的任一成员中，设备X具备启动条件；在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X不具备停止或急停条件；设备X的状态正常；
设备X的协同停止条件为满足以下全部：在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X具备停止条件；在煤流线路集合LX中的全部成员中，设备X不具备急停条件；设备X的状态正常；
设备X的协同急停条件为满足以下任一：在煤流线路集合LX中的任一成员中，设备X具备急停条件；设备X的状态异常。
2.根据权利要求1所述的煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，其特征在于：在步骤a中，所述确定受控的煤流线路的方法是根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息划分煤流线路，构建煤矿主运煤流运输线区域内直接搭接的、能承担连续煤流输送任务的、以煤仓为最下游终点的若干运输设备和储存设备的集合。
3.根据权利要求2所述的煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，其特征在于：所述煤流线路包含若干胶带机，最下游设备为煤仓，最上游设备为煤仓或胶带机；所有胶带机和煤仓直接搭接、煤仓的下游胶带机不超过1台、上游胶带机不超过1台。
4.根据权利要求1所述的煤矿主运煤流运输线的协同控制方法，其特征在于：在步骤a中，所述确定受控的煤流区段的方法是根据煤矿主运煤流运输线的构成和布局信息划分煤流区段，构建拥有共同的最下游煤仓的全部线路的集合。
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