膠帶機(jī)無人值守技術(shù)在煤炭生產(chǎn)中的應(yīng)用

于海龍(國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

為滿足煤礦高產(chǎn)高效發(fā)展需求，礦用膠帶機(jī)作為煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，需要進(jìn)一步研究并引進(jìn)新技術(shù)，逐步向智能化、低耗能、高效率方向發(fā)展。目前各煤礦企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)了集中控制、遠(yuǎn)程起停功能，礦用膠帶機(jī)保護(hù)動(dòng)作情況、數(shù)據(jù)參數(shù)及故障等相關(guān)信息都已經(jīng)上傳到了各礦井調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)了部分功能的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。膠帶機(jī)的卸料點(diǎn)等關(guān)鍵部位均裝有監(jiān)控，初步具備無人值守的基本功能[1]。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，目前礦井仍在卸載點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)部、張緊部、轉(zhuǎn)載點(diǎn)及機(jī)尾等關(guān)鍵部位配有崗位人員，沿線設(shè)專人巡檢，負(fù)責(zé)對(duì)膠帶機(jī)各設(shè)備及沿線運(yùn)行狀況進(jìn)行巡查，開展異常、緊急狀況時(shí)停機(jī)、故障處理、清掃設(shè)備衛(wèi)生等工作。

1 采用自動(dòng)化智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)無人值守

為滿足高產(chǎn)高效煤礦發(fā)展需求，礦用膠帶機(jī)作為煤炭運(yùn)輸?shù)难屎硪溃枰M(jìn)一步研究并引進(jìn)新技術(shù)，逐步向智能化、低耗能、高效率快速安裝回撤方向發(fā)展。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低事故發(fā)生率，煤礦用膠帶機(jī)需應(yīng)用先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及溫度、振動(dòng)等工礦監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)控裝置，向更高的自動(dòng)化、智能化控制方向發(fā)展，替代現(xiàn)有崗位人員，真正實(shí)現(xiàn)無人值守功能。基于此，文章提出視頻識(shí)別技術(shù)替代現(xiàn)有人員視覺功能，引進(jìn)設(shè)備在線點(diǎn)檢系統(tǒng)替代現(xiàn)有人員的觸覺和感知功能，引進(jìn)膠帶防縱撕新設(shè)備，確保膠帶機(jī)防縱撕保護(hù)可靠等9 項(xiàng)減人、替人技術(shù)，希望能夠加快膠帶機(jī)無人值守的進(jìn)程。

1.1 無線傳輸在線點(diǎn)檢技術(shù)

通過對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)膠帶機(jī)數(shù)據(jù)采集研究，引進(jìn)實(shí)施無線傳輸?shù)脑诰€點(diǎn)檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的溫度、振動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳，取代原有的人工點(diǎn)檢，系統(tǒng)采用深圳翌日有限責(zé)任公司生產(chǎn)的GWP100 溫度傳感器和GWZD100/20 振動(dòng)溫度傳感器，結(jié)合自身開發(fā)的采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸系統(tǒng)電機(jī)、減速器、滾筒等關(guān)鍵部件的振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用無線分站上傳至調(diào)度監(jiān)控主機(jī)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)生異常時(shí)，點(diǎn)檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)，并可通過調(diào)度監(jiān)控主機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)安排檢修巡檢人員處理故障[2]。

1.2 AI 智能視頻識(shí)別技術(shù)

通過對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)膠帶機(jī)視頻監(jiān)控研究，人員的作用主要是觀察帶面及接頭完好、是否跑偏、落料點(diǎn)是否有大塊煤或異物卡阻，造成撕帶、停機(jī)。為了替代人的視覺功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做出反應(yīng)，可以在膠帶機(jī)的卸載點(diǎn)、搭接落料點(diǎn)和張緊儲(chǔ)帶倉、機(jī)頭除鐵器、機(jī)尾滾筒處等重要部位安裝高清攝像機(jī)，采集被監(jiān)視部位的高清視頻圖像及異常報(bào)警信號(hào)等信息，利用工業(yè)環(huán)網(wǎng)將畫面實(shí)時(shí)傳至地面監(jiān)控主機(jī)[3-4]。再利用計(jì)算機(jī)和智能分析平臺(tái)分析視頻圖像和設(shè)備數(shù)據(jù)異常情況，及時(shí)推送值班人員報(bào)警或直接停機(jī)信息。目前智能識(shí)別技術(shù)主要是實(shí)驗(yàn)性地應(yīng)用在膠帶機(jī)關(guān)鍵部分保護(hù)功能上取得了不錯(cuò)的效果。例如在膠帶機(jī)的卸載點(diǎn)處安裝智能攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻功能的堆煤保護(hù)，原理主要是利用高清攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集圖像，在后臺(tái)對(duì)圖像分析處理，如圖1 所示。設(shè)置物料的堆積上限，當(dāng)卸載點(diǎn)因大塊或異物卡堵、下方膠帶機(jī)異常停止運(yùn)轉(zhuǎn)等原因造成堆煤并超過設(shè)置上限時(shí)，可報(bào)警、停車。這種技術(shù)除了在堆煤保護(hù)方面可以利用外，在輸送帶跑偏、輸送帶運(yùn)輸鐵器、大塊矸石等異物、輸送帶撕裂、轉(zhuǎn)載點(diǎn)卡堵和除鐵器吸附鐵器方面也可以有效利用。礦井要根據(jù)自身的實(shí)際情況，在充分利用普通攝像機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)有膠帶機(jī)保護(hù)條件下，結(jié)合智能視頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，可以替代現(xiàn)有膠帶機(jī)關(guān)鍵部位固定崗位和沿線巡視人員的視覺功能。

圖1 智能視頻堆煤監(jiān)測(cè)

1.3 礦用輸送帶縱向撕裂識(shí)別及鋼絲繩芯無損檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)

通過對(duì)各礦井主運(yùn)輸膠帶機(jī)保護(hù)的使用調(diào)研，尋找選用更新更好地保護(hù)設(shè)備，預(yù)防撕帶、斷帶等故障。目前膠帶機(jī)在用的防縱撕保護(hù)普遍為稱重式、翻板式、拉線式、翻板和拉線組合式、超聲波檢測(cè)或電磁感應(yīng)式等。以上保護(hù)在可靠性、靈敏性和準(zhǔn)確性方面存在一定缺陷，保護(hù)的有效性和廣泛應(yīng)用受到限制。采用“礦用輸送帶縱向撕裂識(shí)別裝置”，其設(shè)備工作原理是利用光感攝像機(jī)拍攝系統(tǒng)激光發(fā)射器在輸送帶表面形成的輪廓線圖像，上傳到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，利用研發(fā)的分析系統(tǒng)對(duì)拍攝圖像中的激光輪廓線變化情況進(jìn)行綜合判斷，得出目前在用膠帶機(jī)的帶面存在損傷、縱撕、鼓包和表面脫膠問題，根據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)判斷是否采取停機(jī)、報(bào)警處理措施[5]。同時(shí)固定的膠帶機(jī)普遍使用鋼絲繩芯帶面，帶面內(nèi)鋼絲繩芯的變化情況是比較難判斷的故障，可選取鋼絲繩芯輸送帶無損檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)運(yùn)行中膠帶機(jī)帶面出現(xiàn)鋼絲繩斷裂、抽動(dòng)、銹蝕嚴(yán)重等現(xiàn)象，判斷是否需要報(bào)警或停機(jī)處理，同時(shí)檢修人員也可以對(duì)帶面的異常部位圖像局部放大觀看與保存，對(duì)歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

1.4 智能除鐵技術(shù)

通過對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)膠帶機(jī)除鐵器使用研究，實(shí)施“金屬探測(cè)儀+除鐵器”模式的智能除鐵。為了保障膠帶機(jī)生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，在礦井主運(yùn)輸膠帶機(jī)的除鐵器前方安裝金屬探測(cè)儀，金屬探測(cè)儀與除鐵器聯(lián)動(dòng)，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，金屬探測(cè)儀可以設(shè)置不同的報(bào)警模式。設(shè)置金屬探測(cè)儀，設(shè)置探測(cè)到金屬報(bào)警但不閉鎖膠帶機(jī)停機(jī)，此類金屬通過永磁除鐵器剔除；設(shè)置大塊金屬報(bào)警且閉鎖膠帶機(jī)停機(jī)，崗位人員進(jìn)行剔除。不同報(bào)警模式保證了探測(cè)儀在鋼絲繩芯膠帶機(jī)上的檢測(cè)效果，利用不同的信號(hào)識(shí)別出小塊金屬通過除鐵器聯(lián)動(dòng)進(jìn)行剔除，識(shí)別出大塊金屬、長桿狀金屬，并對(duì)金屬位置進(jìn)行初步定位，人工快速找到并剔除，減少停機(jī)時(shí)間[6]。

1.5 自動(dòng)潤滑技術(shù)

通過在主運(yùn)輸膠帶機(jī)滾筒、電機(jī)等主要設(shè)備上安裝集中自動(dòng)潤滑裝置，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備注油點(diǎn)精確計(jì)量供油，通過顯示器修改潤滑點(diǎn)的給油量、給油時(shí)間，自動(dòng)完成設(shè)備集中注油全過程，過程信息可通過網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)潤滑系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理的目標(biāo)。

1.6 膠帶機(jī)巷道巡檢機(jī)器人技術(shù)

智能巡檢機(jī)器人利用最先進(jìn)可靠的取像裝置及無線充電技術(shù)、無線數(shù)傳技術(shù)，對(duì)巷道內(nèi)各類故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及診斷。隨著礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)無人值守的不斷推進(jìn)，人工巡檢頻率低、間隔長等問題也隨之暴露出來。同時(shí)，隨著AI、人臉識(shí)別、5G 技術(shù)的發(fā)展，智能巡檢機(jī)器人不斷更新升級(jí)。基于5G 技術(shù)的智能膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人(如圖2 所示)，可以更好地代替人的眼睛、耳朵和手，使用高速計(jì)算機(jī)處理器代替人的大腦判斷，實(shí)現(xiàn)無間斷的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警。值班人員可以在區(qū)隊(duì)值班室通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)完成巡檢機(jī)器人自動(dòng)和手動(dòng)模式切換。巡檢機(jī)器人的巡檢結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，值班人員根據(jù)報(bào)警內(nèi)容記錄并作為次日的檢修工作。在實(shí)際的使用過程中，智能巡檢機(jī)器人能夠完全代替巡檢工巡檢。包括無線充電、無線通訊實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的圖像、聲音、溫度、煙霧、氣體等數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析，判斷是否存在設(shè)備故障，并及時(shí)進(jìn)行故障定位，從而減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，減少生產(chǎn)過程中的非正常停機(jī)時(shí)間。

圖2 膠帶機(jī)巷道巡檢機(jī)器人技術(shù)

1.7 輸送帶激光縱向撕裂識(shí)別技術(shù)

通過在膠帶機(jī)與集運(yùn)膠帶機(jī)落料點(diǎn)前方上下帶面之間安裝扇形光源激光發(fā)生器，利用扇形激光光源掃描上帶面，激光光束在上帶面形成一條與帶面輪廓線完全相符的反射線。通過特種光感攝像機(jī)對(duì)激光反射線進(jìn)行拍攝，利用圖像實(shí)時(shí)算法對(duì)拍攝圖像中的輪廓線變化進(jìn)行判斷，出現(xiàn)異常后進(jìn)行報(bào)警，有效提高膠帶運(yùn)輸機(jī)縱撕保護(hù)的可靠性，連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)輸送帶完好。

1.8 設(shè)備油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過安裝油液在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，由循環(huán)泵按固定周期將齒輪油抽至分析裝置中，檢測(cè)油液的水分、黏度、鐵磁顆粒、非鐵磁顆粒等。該技術(shù)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢與導(dǎo)出、歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析、故障報(bào)警、智能診斷、維護(hù)措施等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部減速器或CST 齒輪油的油質(zhì)狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、預(yù)防設(shè)備因異常磨損造成的油質(zhì)污染故障。

1.9 膠帶機(jī)防火技術(shù)

通過在井下所有膠帶機(jī)沿線、膠帶機(jī)機(jī)頭橋架上通過分布式感溫光纖監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，將溫度信號(hào)傳輸至光纖分析儀并上傳至上位系統(tǒng)。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度異常時(shí)上位系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警提示，告知巡檢人員，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)膠帶機(jī)沿線溫度狀態(tài)，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。

2 加強(qiáng)無人值守管理工作

除了實(shí)施上述技術(shù)外，煤礦也要建立相應(yīng)的管理機(jī)制。

首先要明確各級(jí)管理人員和維護(hù)人員職責(zé)，根據(jù)膠帶機(jī)實(shí)際情況，合理設(shè)定巡視和檢修模式，并對(duì)巡視和檢修的相關(guān)人員制定詳細(xì)的考核標(biāo)準(zhǔn)，確保膠帶機(jī)安全巡視到位，檢修管理到位。

其次要加強(qiáng)膠帶機(jī)巡視人員上崗培訓(xùn)考核，確保巡視人員能夠準(zhǔn)確判斷膠帶機(jī)運(yùn)行功率、電壓、電流、振動(dòng)、溫度、油位、液壓系統(tǒng)壓力、皮帶張緊力等參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，在巡檢中能夠通過設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)聲音判斷膠帶機(jī)運(yùn)行是否正常，并能快速處理簡單故障，做到會(huì)看、會(huì)聽、會(huì)操作、會(huì)處理基本故障，在短時(shí)間之內(nèi)開啟膠帶機(jī)，恢復(fù)生產(chǎn)。

最后要制定本單位無人值守實(shí)施基本標(biāo)準(zhǔn)，有效貫徹實(shí)施。并且要培養(yǎng)煤礦自身的智能化建設(shè)維護(hù)人員，保障先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)得到有效運(yùn)行，發(fā)揮設(shè)備的效能。

3 結(jié)語

膠帶機(jī)值守技術(shù)針對(duì)膠帶機(jī)無人值守中的關(guān)鍵點(diǎn)，采取有效的技術(shù)手段和措施實(shí)施無人值守，實(shí)現(xiàn)了膠帶機(jī)卸載點(diǎn)、張緊處、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、縱撕保護(hù)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能視頻管理系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、鋼絲繩芯帶面無損檢測(cè)系統(tǒng)、輸送帶縱撕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化手段替代崗位工的聽覺、視覺、巡視、點(diǎn)檢等工作，貫徹落實(shí)了習(xí)總書記“人民至上，生命至上”的理念。實(shí)現(xiàn)無人值守后，可以針對(duì)性地對(duì)部分崗位進(jìn)行合并，推進(jìn)減員增效工作，積極培育一人多職、一職多能的“多面手”，實(shí)現(xiàn)人力資源的高效挖潛，促進(jìn)生產(chǎn)力的進(jìn)一步解放，有效提升煤礦智能化管理手段，改變了煤礦“增產(chǎn)靠增人”的傳統(tǒng)管理觀念，降低人工成本，實(shí)現(xiàn)無人則安。