煤礦井下膠帶輸送機的無人值守控制系統研究

斯德江

（陽煤集團新景礦煤業有限責任公司，山西陽泉 045000）

0 引言

煤礦作為重要的能源，給全球的經濟增長和社會的發展做出了很大貢獻。從最開始手工礦井下挖煤，到簡單的使用機械，再到現在各種自動化機械和電氣設備的應用，使得煤礦井下的挖煤作業效率越來越高，也變得越來越安全。這些都受益于科學技術發展的結果。近些年來，我國的煤礦機械裝配在電氣化和自動化方面也取得了很大進步，但是與國外較為發達先進的國家相比，仍然存在著系統的運行穩定性不足、工作效率低下、零部件使用壽命短、維護成本高等問題，尤其是與智能化相結合的程度仍有很大的上升空間。膠帶運輸機由于具有經濟性和高效率性，在煤礦井下的應用非常廣泛。但是在當前的管理和受自動化程度的影響，需要將煤炭從工作面通過膠帶輸送機運送至井上，整個過程需要很多工作人員的配合來完成。因此，在操作方面比較復雜。通過智能通信技術和無線通信技術，實現可以遠程控制和在線監測以及操作的無人值守控制系統，是比較理想的解決方案。

1 無人值守控制系統簡介

在煤礦井下的輸送機中安裝相應的集散型控制系統，可以用傳感器來代替原來的輸送司機和清掃人員的工作，并通過通信技術進一步的深入融合，可以實現在指揮中心對整個煤礦井下的操作遠程控制，以達到井下輸送機無人現場值守的目的（圖1）。

在該系統中，通過攝像監視系統可以提高無人系統運行安全性。在沒有人的情況下，指揮中心不僅可以詳細確認煤礦井下的工作狀況，還可以根據實際運行情況進行系統調整。通過無線通信技術，實現檢修維護人員和指揮中心隨時聯系。當指揮中心中通過監視系統或者數據的反饋收集到設備出現故障的信號，將設備的故障信息告訴維護人員，以便維護人員能清楚掌握設備的故障模式，快速進行設備的維修工作。

2 無人值守控制系統各子系統簡介

為了滿足膠帶輸送機在無人值守時依然能順利工作，必須要具備以下6 個系統。

圖1 某煤礦井下的膠帶輸送機無人值守控制系統

（1）在線監測系統。為了實現對煤礦井下各種電氣設備工作運行狀態的實時確認，必須要對電機、減速器，膠帶機主動滾、被動滾和改向滾軸承的溫度進行監測，隨時掌握設備的運行溫度，一旦有異常情況導致溫度上升，可以第一時間發現。一般通過在軸承的滾內使用紅外測溫傳感器，對減速器油位和油溫進行監測。系統根據各處運行溫度的不同進行規格的設定，一旦監測到的傳感器溫度超過設定溫度時，系統就會發出報警，但不停機，將警報信息傳遞給地面的控制中心監控人員，由監控人員查看情況，根據實際狀態作出判斷。

（2）膠帶輸送機綜合保護系統。該保護系統能對綜合保護系統進行保護，另外還對堆煤保護實行安裝系統。由于卸載滾的溫度變化能反應出膠帶輸送機的運行狀態，因此，該系統的安裝位置在卸載滾的前下方。當膠帶輸送機有異常情況出現時，系統的溫度會上升超出規定值，并且，一旦出現短路時，可能會有煙霧出現，可以通過對超溫保護裝置和煙霧保護裝置的定期上井實驗。同樣，保護系統可以實現遠程的操作，實現遠程的復位、屏蔽、選擇自主停機功能。工作人員只需要在控制中心通過畫面進行監控操作，就可以實現這些操作。為了應對異常的突發情況，膠帶輸送機沿線急停實現急停開關的位置報送，開關自主停機選擇功能。

（3）供電系統。為了無人值守系統能持續有效進行工作，需要提供系統工作所需要的電源。供電系統也需要實現遠程監控，通過控制中心的操作，可以對系統內的開關、調速裝置、照明綜保、變壓器等實現遠程監控和數據的傳輸、設置、開停等。

（4）視頻監控系統。通過視頻監控，能對膠帶輸送機卸煤處進行實時監視。遠期考慮使用機器人巡檢檢查膠帶輸送機的機頭和機尾的關鍵部位，徹底實現管理的智能化和自動化。

（5）綜合管理中心。將膠帶機前面4 個系統集中到一個平臺集中管理，每一部膠帶機一個模塊，模塊間相互聯系，實現集中控制，并通過中心和地面的控制中心進行數據的傳輸和交換。

（6）與地面控制中心的及時聯絡，不僅能隨時監控井下設備電氣的工作狀態，重要的是要將監控的數據上傳給地面上控制中心，便于控制中心隨時掌握情況，以作綜合判斷。

3 無人值守控制系統應具備的硬件條件

由于無人值守系統牽涉的面比較廣，不僅需要各種軟件系統，還需要強大的硬件系統來支持。除此以外，控制中心的工作人員和煤礦井下的作業維修人員也都必須要具備良好的技術能力，同時，為了方便在出現異常情況下維護人員能及時到達第一現場，需要提供安全、便捷的交通工具，而煤礦井下又不同于地面上的交通運輸，環境比較復雜，需要綜合考慮各種因素。比如，有些煤礦的礦井是多水平，需要對交通工具車進行水平的配置，以免多條線上同時發生故障時而交通工具車不夠用的情況出現。維修人員也要根據實際情況來分布，比如某條線出現故障的概率一直比較高，就需要多配備一些工作人員，可以考慮兩條線工作時間不同來公用維護人員，減少人員的布置，提高企業濟效益。不過，如有必要，也需要對維護人員進行水平的布置。為了提高系統維護和故障排除的響應性，一般維修工具和一些零部件的備品都會直接保管在井下設備的附近。因此，需要設置專門的工具室存放這些工具。對于工具室的管理，做到保存有序，標識和工具要一一對應，便于維護人員拿取。另外，要做成工具清單管理，定期對工具進行盤點，確保工具有足夠的備品。各影像監視處，為了提高攝像的清晰度，要增加相應的照明，并且，攝像頭要定期去除表面灰層。攝像頭要多視角，采用遠距離監視，增大監視范圍，同時指揮中心的工作人員根據實際情況可以進行距離的調節。

另外，為了增強膠帶輸送機的運行穩定性，要對膠帶輸送機的日常進行管理。主要注意以下5 個方面的內容。

（1）膠帶的接頭要合格，防止膠帶跑偏、磨帶。對老舊的膠帶要及時更換。鋼絲繩芯膠帶要防止有鋼絲繩頭甩出。

（2）機架要安裝到位，以確保膠帶在軌道上運行。

（3）每天檢修時要進行實驗堆煤、跑偏保護、縱撕保護的確認。

（4）定期對電氣設備進行開蓋檢查和絕緣檢查，特別是動作部件，如真空接觸器、繼電器等。檢查線路是否壓接牢固。

（5）膠帶在運行時要防止大塊、雜物卡賭；膠帶在機頭、機尾發生撕帶；膠帶跑偏造成疊帶；卡拌、卡的質量不夠造成斷帶。

4 煤礦井下智能帶式輸送機發展方向

放眼未來，我國煤礦井下智能帶式輸送機主要發展方向如下：

（1）在輸送距離和輸送能力上將進一步提高。隨著煤礦企業規模的擴大化，必然要求輸送機要有足夠行程的輸送能力，并且輸送量要大。由于科技水平的上升，當前我國煤礦井下的帶式輸送機，寬度已經達到了1.6 m，輸送距離也已經超過了7 km，在科技力量的推動下，煤礦用帶式輸送機的輸送能力還將達到更高的水平。

（2）功能的多元化。從單純對物料進行傳輸，到配合其他設備共同作業使用和自行處理故障，智能帶式輸送機將具備越來越多的功能，以滿足煤礦生產企業的特殊作業環境和作業要求。

（3）核心元器件的功能越來越多樣化。在系統的自動化監測、計測和消防安全等方面的技術在我國還處于初期研究的階段。從國際上其他先進的發達國家技術發展現狀以及取得的成果來看，則也是我國未來在這方面發展的趨勢。

（4）智能化的程度將進一步提升。通過機電一體化技術和通信技術的進一步發展，在煤礦井下帶式輸送機中增加更多的智能化應用，以提高設備運行的效率和精度，從而降低設備故障的發生率。

（5）整機的可靠性將進一步提高。整機的協調性將進一步完善，出故障率進一步降低，因此，設備將變得越來越安全，整機壽命也會得到提高。

（6）采用4G 網絡通信，可以實現監控數據的高效及時發送，也可以實現井下和控制中心的視頻通話。一旦有緊急情況，也可以在第一時間內聯系上控制中心人員。隨著我國5G 技術的飛躍發展，未來必要是要實現5G 通信，以便更加高效進行數據的傳輸。

5 結束語

煤礦企業井下膠帶輸送機實現無人值守，是一個龐大的系統工程。在設備的匹配和兼容上需要提前確認，從硬件上提供保障。對于企業而言，需要進一步提高控制中心和井下維護人員的技術能力，以及他們之間協調作業的默契。無人值守系統各子系統的功能要隨時保證不能缺失，才能真正發揮無人值守控制系統的能力。企業需要加大這方面的研究投入，提升煤礦在開采過程中的自動化程度。