帶式輸送機自動巡檢裝置的研究與應用

陳伏虎

（山西興新安全生產技術服務有限公司，山西 太原 030024）

引言

帶式輸送機作為礦山生產的主要運輸設備，其承擔著工作面絕大部分的運輸任務。在實際生產過程中，由于工作面的環境相對惡劣，帶式輸送機常會發生斷帶、跑偏、火災、縱向撕裂等事故，制約了工作面輸送效率，同時還嚴重影響著工作面運輸的安全性。因此，實現對帶式輸送機的安全監控運行尤為重要[1]。目前，帶式輸送機的傳統安全監控方式存在勞動強度大、效率低、監控范圍有限、維修難度大等問題，因此，本文在實現帶式輸送機故障類型的準確定位、快速維修以及提升效率的基礎上，完善帶式輸送機的自動巡檢功能，并對其應用效果進行驗證。

1 帶式輸送機自動巡檢裝置的需求分析

本文以龍王溝煤礦為例進行研究，該煤礦的年生產能力為10 Mt。工作面所配置帶式輸送機的長度約為1 338 m，所應用工作面的最大傾角為16°，采用三電機對其進行驅動控制。該煤礦所配置帶式輸送機的詳細參數如表1所示。

表1 帶式輸送機詳細參數

目前，該工作面采用三班制的生產模式。其中，早班為帶式輸送機的檢修時間，其余時間為正常生產時間。結合當前龍王溝煤礦自動化煤礦的建設目標，帶式輸送機作為主要運輸方式，保證其安全、高效的運行尤為重要，因此，對于其日常生產中常見的故障實現自動巡檢功能，達到設備“少人化”甚至“無人化”運行的意義重大[2]。在此基礎上，本文以龍王溝煤礦帶式輸送機為例，完成了自動巡檢裝置的設計。

2 帶式輸送機自動巡檢裝置的總體設計

對于帶式輸送機的巡檢功能而言，可采用的方式包括傳統人工巡檢方式、人工與監控相結合以及自動巡檢方式。其中，對于傳統人工巡檢方式而言，根據生產任務需安排配置32名工作人員，且每位工作人員的勞動強度較大，效率較低，無法準確快速的排除所有故障類型；而對于人工與監控相結合的巡檢方式，雖然運用監控的方式在某種意義上提升了巡檢效率，但是鑒于攝像頭的監視范圍有限，且監控設備布線較多、能耗較大，其對應的綜合效率低，仍需要人工巡檢的支撐。

所謂自動巡檢功能，是基于自動巡檢裝置對帶式輸送機的運行參數進行沿途采集，且能夠通過控制器對數據的分析而判斷故障是否存在，最終實現故障的準確定位并做出自動換向、停機、校正等操作，避免事故的進一步擴大[3]。一般情況下，基于自動巡檢裝置的工作面僅需配置4名工作人員。自動巡檢裝置的布置情況如圖1所示。

圖1 帶式輸送機自動巡檢裝置工作面布置示意圖

帶式輸送機自動巡檢功能的實現主要通過無線通訊系統、自動巡檢裝置本體、控制顯示器以及各類傳感器等來實現。根據龍王溝煤礦綜采工作面的實際情況，為其配置了長度為1 000 mm，寬度為315 mm，高度為556 mm的自動巡檢裝置，并采用單側布置的方式將其布置于帶式輸送機的一側，具體布置方式如圖2所示。

圖2 自動巡檢裝置的單側布置方式（mm）

3 帶式輸送機自動巡檢裝置的結構設計

3.1 自動巡檢裝置機械部分的設計

根據功能的不同，可將自動巡檢裝置劃分為平臺、搭載設備、行走機構以及充電閉鎖裝置等。

自動巡檢裝置平臺采用厚度為6 mm的鋼板焊接而成，其主要巡檢輸送帶跑偏、打滑、斷帶、異響以及煙霧等內容。結合相關標準要求，在平臺上為其附加移動圖像、聲音、煙霧檢測、溫度探測以及通信等功能[4]。

為確保自動巡檢裝置可適應較為復雜工作面底板的爬坡能力，在平臺基礎上配置步進電機來為平臺前后兩組驅動輪提供驅動力。本方案選用型號為HSTM86-154-4-6.2的兩相大力矩混合式步進電機，該電機的參數如表2所示。

表2 HSTM86-154-4-6.2步進電機參數

鑒于傳統電纜供電存在電路安全、電纜易磨損以及驅動負荷較大的問題，該自動巡檢裝置采用高能動力電池的低功耗供電方式。為保證供電的穩定性，配置了充電閉鎖裝置，以對電池電壓、溫度等參數進行監測，并可對電池電量和巡檢裝置的位置進行綜合判斷。當電池電量低于預設值時，自動巡檢裝置會回到充電區域完成自動充電操作。

3.2 自動巡檢裝置的數據采集功能

采集的數據是自動巡檢裝置準確判定故障的主要依據，數據采集系統主要包括設備末端的各類傳感器、攝像頭和數據處理器等。本項目選用S7-200系列PLC為核心控制器，通過無線通訊方式將所采集的數據傳輸至PLC控制器，對帶式輸送機的故障類型進行判斷并定位，最終做出相應的控制動作。

可實現無線通信功能的技術包括PHS、WiFi、3G、4G等。相對于其他無線通訊技術而言，4G通信技術具有大帶寬、高傳輸速率、大覆蓋范圍以及IP地址全面的優勢。綜合考慮自動巡檢裝置的通信需求和工作面惡劣的工作環境，本項目采用4G通信技術來實現數據的傳輸。

3.3 檢修纜車的配套

利用自動巡檢裝置可對帶式輸送機故障進行判斷并定位，采用檢修纜車將輸送機維修時必要的設備、人員送至故障點進行排故操作。結合龍王溝煤礦的實際情況，為其配置檢修纜車的參數為：纜車運輸距離為1 287 m，纜車最大運輸速度為1 m/s，檢修纜車配套有10個座椅，每個座椅之間的距離為8 m，并配套有張緊裝置，采用單輪驅動方式。

4 自動巡檢裝置的應用效果

自動巡檢裝置安裝完成后，將其應用于龍王溝煤礦的實際生產工作面，開啟對帶式輸送機運行的自動巡檢。為保證巡檢裝置的穩定運行，在開展下一周期巡檢任務時，對裝置的巡航能力、信號傳輸以及巡航時間等信息進行記錄和判斷[5]。為體現自動巡檢裝置的優勢，安排人工對帶式輸送機的運行狀態進行巡檢。對比結果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，傳統人工巡檢方式需要配置32名工作人員，而在自動巡檢方式下僅需配置16名工作人員即可完成巡檢任務。人均按照0.8萬元/月的工資計算，每年可節約人工成本約153.6萬元。

2）綜采工作面的直線長度為1.3 km，傳統人工巡檢方式運輸耗時為2.4 h，巡檢耗時為2.4 h；自動巡檢方式的運輸耗時為0.73 h，巡檢耗時為1.5 h?？傮w而言，采用自動巡檢可使巡檢效率提升37.5%，運輸效率可提升69.6%。

5 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設備，保證其安全、高效運行對于提升工作面的生產效率具有重要意義。此次設計的自動巡檢裝置，可對帶式輸送機實際生產中的故障進行全面、精準定位，為帶式輸送機的排故奠定扎實的基礎。此外，檢修纜車的配套使自動巡檢裝置的排故效率大大提高。自動巡檢裝置的應用不僅極大節約了人工成本，而且極大地提升了巡檢效率和運輸效率。