新型帶式輸送機的開發與應用

岳永護

（西山煤電集團杜兒坪礦，太原030045）

0 引言

隨著科學技術的發展，礦井中越來越多的礦用設備實現了無人化運行和可視化遠程監控，整個礦井也開始逐漸朝著安全、智能、精準的趨勢發展[1-3]。雖然目前煤礦中使用的帶式輸送機已經能夠實現一定程度智能化的要求，但是要真正實現無人化值守仍需對相關關鍵技術進行研究與創新[4-5]。比如，遠程集中控制系統的應用盡管能使長達數千米的帶式輸送機在出現緊急情況時，在任意位置迅速便捷地啟停，但針對斷帶、跑偏、著火等緊急情況的識別仍需要現場人員，這樣便降低了整個礦井的生產效率，不利于高效化礦井的建設；又如，一般礦井所使用的鋼絲繩芯阻燃輸送帶性能較差，容易出現撕裂的事故，雖然設計有撕裂發生時的保護裝置，但是由于裝置的靈敏性、可靠性較差，常常發生漏報、誤報的問題，這樣使得礦井的安全生產得不到有效保障；再如，現階段煤礦中普遍使用的普通碳鋼托輥由于本身抗腐蝕能力較差，加之煤礦中環境惡劣，使得實際壽命遠遠小于設計壽命，另外，隨著托輥出現腐蝕，接觸面不平整，導致運行能耗和磨損加大，也容易誘發了皮帶過早斷裂，提高了帶式輸送機的運營成本和維護成本；此外，諸如變頻技術等的應用，雖然設計之初是為了降低能耗和便于啟動，但是實際使用中，需要人為操作來保證其平穩運行。

因此，急需針對現有礦用帶式輸送機出現的不足，提出一些解決方案，以此為未來帶式輸送機的無人化、智能化提供發展方向。

1 智能自動化集中控制和無人值守技術

在現有煤礦中，在地面的監控室可以實時接收到帶式輸送機發出的故障和設備信息，并依此來對帶式輸送機的運行進行調整，此外在輸送機的一些重要部位配備了攝像頭來進行實時監控，以達到一定程度的無人值守[6-7]。但是，由于接受的信息有限，為全面了解設備的運行狀態、保證生產安全，同時必要時采取一些處置措施，帶式輸送機的一些重要地點一般保持有人員進行看守。在不遠的將來實現無人值守，以智能系統全面監測、控制輸送機運行狀態是目前的一大研究方向。要實現真正的智能化，最為重要的一步是實現對帶式輸送機運行狀態的識別，采用視覺、聽覺、觸覺等3個方面的結合形成的監測系統可有效解決這一問題。

1.1 視覺功能

圖1 系統堆煤預警處理圖像

視覺功能指的是通過外部視覺觀察可以發現帶式輸送機是否存在影響輸送機正常運行的安全隱患或問題。現階段，視覺功能的實現主要通過現場人員檢查一些輸送機的關鍵部位與輸送帶的完好情況和運行情況、在運行過程中物料是否含有異物與能否順利運輸等情況來實現；未來新型的視覺系統將由一些安裝在重要部位的智能高清攝像機、傳輸系統、計算機后臺分析系統來組成，能夠實時監控、采集井下輸送機的運行視頻，并通過智能分析系統對設備和煤流的實時狀態進行判別。當前，具有人工智能的視覺功能已經取得了一定進展，并取得了一些應用成果。例如，為處理由于瞬時出煤量過大而導致的堆煤現象，系統通過在卸煤點安裝智能攝像機，監控輸送帶上的煤流情況，然后傳輸至地面的后臺處理軟件，軟件通過在圖像劃分網格，確定煤堆高度，當煤堆高度持續超過設定的閾值一段時間，即認為出現堆煤現象，從而報警并采取相應措施。圖1所示為運輸系統正常運行和堆煤時的處理圖像。

1.2 聽覺功能

在礦井環境中，視覺僅能識別一些特定情況，往往存在一些無法通過視頻監控直接觀察到的問題，比如皮帶打滑、托輥破壞等問題，因此也需要其他方面提供的信息來輔助檢查。當帶式輸送機發出一些振動、摩擦的聲音時，這可能說明托輥、皮帶、電動機等部件出現異常問題，因此通過此類聲音可以對相關故障進行判別。在聽覺功能方面，目前有關智能識別的研究主要針對于如何有效利用收音設備收集并自動識別故障發生時的異常響動與聲波頻率。這方面存在的最大難題在于，礦井生產環境十分復雜，存在較多雜音，如何有效過濾無關音頻，并對發生故障時所產生的聲波進行捕獲，成功地識別異常響動的特征。當系統能通過聲音判別有關故障，便能及時進行上報、處置。

1.3 觸覺功能

除了上述2種途徑，有時帶式輸送機的關鍵部位的溫度變化和特殊振動也是檢查是否發生故障的一個標志。當皮帶發生堆煤效應，會導致電動機功率增大，機頭部位的溫度升高，嚴重時甚至導致電動機燒毀。此外，由于潤滑等原因，也會造成局部振動加大、溫度升高。因此，通過溫度變化和機器振動來對帶式輸送機的運行情況進行檢測的方法也是切實可行的。現階段，很多礦井主要通過手持溫測儀對整個皮帶進行巡檢，點檢儀對機器的振動進行點檢，很明顯，這樣是十分耗時耗力的，而且不能對儀器進行及時檢定。未來，礦井中應該實現帶式輸送機上的重要位置布有若干個專門測點，以達到設備的實時測量。

2 輸送帶防縱撕技術

礦井的輔助運輸直接與礦井的產量有關，然而斷帶等問題卻在煤礦中時有發生。當煤礦發生此類事故，將導致工作面生產的煤炭無法及時運出，影響礦井的經濟效益。目前，煤礦常采用的防縱撕保護裝置有灑落稱重式、漏煤灑落翻板式、破損帶或異物刺穿拉線式等，這些方法均存在一些不足，經常可能發生漏報等問題[8-9]。現階段已有有關科研院所針對上述問題，開展了一些研究工作，并取得了不錯的效果。例如，某礦方通過利用安裝在皮帶上方的光感攝像機，對皮帶的表面狀態進行實時監測，將圖像傳輸至后臺的計算機處理系統，專用軟件能夠對圖像中的輪廓線進行智能分析，查找皮帶存在損傷的區域，如果存在異常，軟件將及時采取報警、停機等處理。圖2、圖3分別為現場檢測到的2個現象。

3 節能降耗新技術

3.1 新型輸送帶

常規皮帶為了保證能長期運行、不易損壞等性能，采用鋼絲繩芯作為皮帶的骨架，這樣在設計中會導致的突出問題是皮帶會出現加重的現象，從而使得輸送機的能耗加大，同時，皮帶容易出現撕裂現象。新型輸送帶為了解決這一問題，采用芳綸作為內芯，由于芳綸是有機材料，較鋼絲的密度更小，可大幅度減小輸送帶的質量（30%~60%）,同時又能保證具有常規輸送帶一樣甚至更好的性能。上灣礦區的一部分區域通過將輸送帶替換，實現了能耗的顯著降低（6%），提高了經濟效益。

圖2 未縱撕帶面

圖3 帶面修補部位起皮現象

3.2 視頻識別智能調速系統

從理論上來說，變頻調速是有利于節能的，這是由于通過變頻調速可以精準改變電動機的轉速，使得機器能在最優的能耗下穩定運行。在煤礦上，由于煤炭的產量受到地質和生產等多方面的影響，皮帶上的物料量容易出現波動，甚至空載。這也推動了變頻調速在煤礦領域的應用，然而事實上，這一技術的應用效果并不令人滿意。由于輸送帶上的物料量需要通過人工觀察的方法進行測量，然后依照實際情況進行遠程調速，這樣一方面，消耗了人力資源，提高了生產成本，另一方面，無法做到精準調速、實時調速。針對現有變頻調速技術，通過添加相應的智能識別技術，可有效解決這一問題。該智能識別系統由若干個高清攝像機、反饋系統和后臺處理系統組成，通過安放在落煤點的攝像機對實時出煤量進行監控，將數據匯集至后臺終端，在得到了礦井各地實時產量的基礎上，通過反饋系統對輸送機進行實施調整。2015年，哈拉溝煤礦通過使這一技術，取得了很好的效果，降低能耗幅度達到20%。

3.3 新型托輥

托輥是輸送機的一個主要承載部件，托輥的好壞不光會影響輸送機的運輸能力，也會間接影響到輸送機的運行效率。然而，由于煤礦條件較為復雜，經常出現托輥腐蝕，托輥的更換周期往往達不到規定值。對于較長的膠帶輸送機而言，維護管理成本十分高昂，且費時費力。因此，有必要開發新型托輥，提高其抗腐蝕能力，保證其能在煤礦環境中長期運轉。某科研企業通過技術研發，開發出一種新型不銹鋼托輥，其運行阻力小、使用壽命長。上灣煤礦通過替換這種托輥，實現了輸送機運行功率的降低，降低了托輥的檢修、更換頻率，提高了經濟效益。

4 結 語

本文從目前礦用帶式輸送機存在的相關問題出發，結合礦用設備安全、智能、精準的發展趨勢，闡述了有關智能自動化集中控制系統、智能調速系統、新型輸送帶、新型托輥等4種新技術，隨著這些技術的應用，一些煤礦的安全經濟效益得到顯著提升。隨著我國礦用輸送機的新技術不斷涌現并運用于更多礦井，高效運輸的帶式輸送機旁無人值守的場景將很快實現，這也將為礦井的安全高效生產提供保障。

[1]唐印偉,路延秋.礦用大型帶式輸送機控制系統優化設計研究[J].煤炭技術,2010,29(2):45-47.

[2]宋奕.煤礦用帶式輸送機設計計算與應用 [J].煤炭技術,2013(10):13-14.

[3]馬永輝,孫巖冰,王桂華.基于PLC的帶式輸送機智能保護系統設計[J].工礦自動化,2011,37(1):86-88.

[4]朱立平,蔣衛良.適用于我國煤礦帶式輸送機典型機型的研究[J].煤炭學報,2010(11):1916-1920.

[5]王偉.下運帶式輸送機液壓制動器性能研究[J].山東科技大學學報(自然科學版),2002,21(1):121-123.

[6]蔣守勇.大運距煤炭輸送系統設計及關鍵技術分析[D].濟南:山東大學,2016.

[7]吳娜,郭銀景.井下采區無人值守變電所綜合自動化系統設計[J].山東科技大學學報(自然科學版),2011,30(5):90-95.

[8]劉明.煤礦帶式輸送機節能方法研究[J].煤炭與化工,2015,38(5):23-25.

[9]吳蛟.節能輸送帶技術在帶式輸送機領域的應用[J].礦山機械,2015(6):59-61.