帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的研究與應(yīng)用

陳伏虎

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030024）

引言

帶式輸送機(jī)作為礦山生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其承擔(dān)著工作面絕大部分的運(yùn)輸任務(wù)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于工作面的環(huán)境相對惡劣，帶式輸送機(jī)常會(huì)發(fā)生斷帶、跑偏、火災(zāi)、縱向撕裂等事故，制約了工作面輸送效率，同時(shí)還嚴(yán)重影響著工作面運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｒ虼耍瑢?shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)的安全監(jiān)控運(yùn)行尤為重要[1]。目前，帶式輸送機(jī)的傳統(tǒng)安全監(jiān)控方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、監(jiān)控范圍有限、維修難度大等問題，因此，本文在實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)故障類型的準(zhǔn)確定位、快速維修以及提升效率的基礎(chǔ)上，完善帶式輸送機(jī)的自動(dòng)巡檢功能，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的需求分析

本文以龍王溝煤礦為例進(jìn)行研究，該煤礦的年生產(chǎn)能力為10 Mt。工作面所配置帶式輸送機(jī)的長度約為1 338 m，所應(yīng)用工作面的最大傾角為16°，采用三電機(jī)對其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。該煤礦所配置帶式輸送機(jī)的詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1 帶式輸送機(jī)詳細(xì)參數(shù)

目前，該工作面采用三班制的生產(chǎn)模式。其中，早班為帶式輸送機(jī)的檢修時(shí)間，其余時(shí)間為正常生產(chǎn)時(shí)間。結(jié)合當(dāng)前龍王溝煤礦自動(dòng)化煤礦的建設(shè)目標(biāo)，帶式輸送機(jī)作為主要運(yùn)輸方式，保證其安全、高效的運(yùn)行尤為重要，因此，對于其日常生產(chǎn)中常見的故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢功能，達(dá)到設(shè)備“少人化”甚至“無人化”運(yùn)行的意義重大[2]。在此基礎(chǔ)上，本文以龍王溝煤礦帶式輸送機(jī)為例，完成了自動(dòng)巡檢裝置的設(shè)計(jì)。

2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的總體設(shè)計(jì)

對于帶式輸送機(jī)的巡檢功能而言，可采用的方式包括傳統(tǒng)人工巡檢方式、人工與監(jiān)控相結(jié)合以及自動(dòng)巡檢方式。其中，對于傳統(tǒng)人工巡檢方式而言，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)需安排配置32名工作人員，且每位工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，效率較低，無法準(zhǔn)確快速的排除所有故障類型；而對于人工與監(jiān)控相結(jié)合的巡檢方式，雖然運(yùn)用監(jiān)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(jiān)視范圍有限，且監(jiān)控設(shè)備布線較多、能耗較大，其對應(yīng)的綜合效率低，仍需要人工巡檢的支撐。

所謂自動(dòng)巡檢功能，是基于自動(dòng)巡檢裝置對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行沿途采集，且能夠通過控制器對數(shù)據(jù)的分析而判斷故障是否存在，最終實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位并做出自動(dòng)換向、停機(jī)、校正等操作，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。一般情況下，基于自動(dòng)巡檢裝置的工作面僅需配置4名工作人員。自動(dòng)巡檢裝置的布置情況如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置工作面布置示意圖

帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢功能的實(shí)現(xiàn)主要通過無線通訊系統(tǒng)、自動(dòng)巡檢裝置本體、控制顯示器以及各類傳感器等來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)龍王溝煤礦綜采工作面的實(shí)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(dòng)巡檢裝置，并采用單側(cè)布置的方式將其布置于帶式輸送機(jī)的一側(cè)，具體布置方式如圖2所示。

圖2 自動(dòng)巡檢裝置的單側(cè)布置方式（mm）

3 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)巡檢裝置機(jī)械部分的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能的不同，可將自動(dòng)巡檢裝置劃分為平臺、搭載設(shè)備、行走機(jī)構(gòu)以及充電閉鎖裝置等。

自動(dòng)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(nèi)容。結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在平臺上為其附加移動(dòng)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(dòng)巡檢裝置可適應(yīng)較為復(fù)雜工作面底板的爬坡能力，在平臺基礎(chǔ)上配置步進(jìn)電機(jī)來為平臺前后兩組驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的參數(shù)如表2所示。

表2 HSTM86-154-4-6.2步進(jìn)電機(jī)參數(shù)

鑒于傳統(tǒng)電纜供電存在電路安全、電纜易磨損以及驅(qū)動(dòng)負(fù)荷較大的問題，該自動(dòng)巡檢裝置采用高能動(dòng)力電池的低功耗供電方式。為保證供電的穩(wěn)定性，配置了充電閉鎖裝置，以對電池電壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并可對電池電量和巡檢裝置的位置進(jìn)行綜合判斷。當(dāng)電池電量低于預(yù)設(shè)值時(shí)，自動(dòng)巡檢裝置會(huì)回到充電區(qū)域完成自動(dòng)充電操作。

3.2 自動(dòng)巡檢裝置的數(shù)據(jù)采集功能

采集的數(shù)據(jù)是自動(dòng)巡檢裝置準(zhǔn)確判定故障的主要依據(jù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括設(shè)備末端的各類傳感器、攝像頭和數(shù)據(jù)處理器等。本項(xiàng)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(shù)據(jù)傳輸至PLC控制器，對帶式輸送機(jī)的故障類型進(jìn)行判斷并定位，最終做出相應(yīng)的控制動(dòng)作。

可實(shí)現(xiàn)無線通信功能的技術(shù)包括PHS、WiFi、3G、4G等。相對于其他無線通訊技術(shù)而言，4G通信技術(shù)具有大帶寬、高傳輸速率、大覆蓋范圍以及IP地址全面的優(yōu)勢。綜合考慮自動(dòng)巡檢裝置的通信需求和工作面惡劣的工作環(huán)境，本項(xiàng)目采用4G通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

3.3 檢修纜車的配套

利用自動(dòng)巡檢裝置可對帶式輸送機(jī)故障進(jìn)行判斷并定位，采用檢修纜車將輸送機(jī)維修時(shí)必要的設(shè)備、人員送至故障點(diǎn)進(jìn)行排故操作。結(jié)合龍王溝煤礦的實(shí)際情況，為其配置檢修纜車的參數(shù)為：纜車運(yùn)輸距離為1 287 m，纜車最大運(yùn)輸速度為1 m/s，檢修纜車配套有10個(gè)座椅，每個(gè)座椅之間的距離為8 m，并配套有張緊裝置，采用單輪驅(qū)動(dòng)方式。

4 自動(dòng)巡檢裝置的應(yīng)用效果

自動(dòng)巡檢裝置安裝完成后，將其應(yīng)用于龍王溝煤礦的實(shí)際生產(chǎn)工作面，開啟對帶式輸送機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)巡檢。為保證巡檢裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，在開展下一周期巡檢任務(wù)時(shí)，對裝置的巡航能力、信號傳輸以及巡航時(shí)間等信息進(jìn)行記錄和判斷[5]。為體現(xiàn)自動(dòng)巡檢裝置的優(yōu)勢，安排人工對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡檢。對比結(jié)果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，傳統(tǒng)人工巡檢方式需要配置32名工作人員，而在自動(dòng)巡檢方式下僅需配置16名工作人員即可完成巡檢任務(wù)。人均按照0.8萬元/月的工資計(jì)算，每年可節(jié)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(tǒng)人工巡檢方式運(yùn)輸耗時(shí)為2.4 h，巡檢耗時(shí)為2.4 h；自動(dòng)巡檢方式的運(yùn)輸耗時(shí)為0.73 h，巡檢耗時(shí)為1.5 h。總體而言，采用自動(dòng)巡檢可使巡檢效率提升37.5%，運(yùn)輸效率可提升69.6%。

5 結(jié)語

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，保證其安全、高效運(yùn)行對于提升工作面的生產(chǎn)效率具有重要意義。此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢裝置，可對帶式輸送機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中的故障進(jìn)行全面、精準(zhǔn)定位，為帶式輸送機(jī)的排故奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。此外，檢修纜車的配套使自動(dòng)巡檢裝置的排故效率大大提高。自動(dòng)巡檢裝置的應(yīng)用不僅極大節(jié)約了人工成本，而且極大地提升了巡檢效率和運(yùn)輸效率。