煤礦井下大功率皮帶輸送機安全監控系統研究

王海瑞

（汾西礦業（集團）有限責任公司中盛煤業分公司，山西 靈石 031309）

引言

皮帶輸送機是通過驅動滾筒與輸送皮帶間的摩擦力帶動皮帶移動，從而實現采掘作業面煤炭、矸石等外運[1-2]。帶式輸送機是煤礦井下最為重要的運輸設備，若運行過程中出現故障會導致煤炭運輸中斷，給煤礦正常生產帶來影響[3]。根據《煤礦安全規程》相關規定，皮帶輸送機沿線需要布置防跑偏、防打滑、防縱向撕裂、防堆煤等各種安全保護設施，同時應具備張力調節、急停閉鎖、超溫曬水等功能[4-5]。現階段眾多研究學者對皮帶輸送機監控系統展開研究，但是現場應用過程中存在自動化程度低、功能不完備、可靠性不強以及故障定位不精準等問題[6]。為此，文中在以往研究成果基礎上，結合礦井大功率皮帶輸送機現場實際情況，提出一種皮帶輸送機安全監控系統，該監控系統集成有輸送機運行狀態監測、故障診斷、自動控制等功能，可在一定程度上提升皮帶輸送機運行自動化控制水平以及安全保障能力。

1 31102 綜采工作面工程概況

山西某礦使用的31102 綜采工作面運輸巷帶式輸送機型號為TSD80，輸送機皮帶鋪設長度1 590 m，皮帶寬度1 500 mm，額定運輸能力2 000 t/h，額定運行速度5.0 m/s，皮帶輸送機運行采用2 臺功率均為1 600 kW 電機驅動，電機均布置在輸送機機頭位置。皮帶通過驅動滾筒、托輥以及改向滾筒等綜合作用實現張緊，皮帶輸送機運行通過電機帶動驅動滾筒實現。TSD80 皮帶輸送機結構如圖1 所示。

圖1 TSD80 皮帶輸送機結構示意圖

31102 綜采工作面運輸系統包括有4 臺皮帶輸送機，通過皮帶輸送機搭接實現煤炭外運。為了確保皮帶輸送機運行可靠性并實現運行故障監測，可采用安全監控系統對皮帶輸送機沿線運行參數進行監測，并配合變頻器、PLC、外圍I/O 設備以及張緊裝置等對皮帶輸送機運行，從而避免斷帶、跑偏、超速、撕裂以及高溫等故障發生。

2 安全監控系統整體結構

提出的安全監控系統可實現對皮帶輸送機運行參數的監測及自動控制，具體監測參數包括有運行速度、張緊力、滾筒振動，電機振動、溫度以及電流，減速器振動、溫度等信號；皮帶輸送機遠程控制包括有軟啟動控制、急停控制以及張緊控制等。具體設計的安全監控系統結構如圖2 所示。

圖2 安全監控系統結構

系統結構包括有上位機、下位機（布置在機頭、機尾處）、處理器模塊以及信號采集裝置等。上位機置于地面并通過CAN 總線方式與處理器模塊進行通信，處理器模塊置于井下巷道內，核心為STM32 芯片，負責井下信息（包括沿線管理模塊、語音報警模塊、配電模塊等信息）處理、通信。機頭下位機用以對煙霧、運行速度、溫度等監測，并通過控制變頻器實現對皮帶輸送機軟啟動；機尾下位機主要負責撕裂、跑偏等傳感器監測分析。

2.1 監控系統下位機

監控系統下位機分布在機頭、機尾，機頭下位機用以實現監測皮帶輸送機運行工況參數并對沿線的急停、灑水裝置以及變頻器等運行進行控制,機頭下位機結構包括有電源轉換電路、通信電路、急停開關電路、繼電控制電路以及信號采集電路等。機尾下位機主要用以皮帶輸送機運行參數監測，僅需要將各類傳感器接入到下位機即可。

2.2 監測傳感器

皮帶輸送機沿線布置的各類傳感器是實現安全監控的基礎，傳感器安裝數量、位置以及安裝方式等均會給監測結果帶來影響。為此，文中基于以往研究成果并結合礦井皮帶輸送機現場監控需要，具體確定各類安全監測傳感器型號、安裝位置以及布置方式。

速度傳感器對皮帶輸送機皮帶速度監測，并通過與設定的速度閾值比對，實現皮帶超速運行或者打滑等故障分析。采用的速度傳感器型號為GSC6-SC，安裝點位于皮帶回程處并與皮帶、滾筒等緊密連接。溫度傳感器用以對摩擦起熱、滾筒、電機等溫度監測，選用的溫度傳感器型號為KGW200H，布置在輸送機機架上，紅外探頭與驅動貫通間隔控制在200 mm。煙霧傳感器用以對煤炭、電纜等燃燒情況監測，采用的煙霧傳感器型號為GQL0.1，安裝位置為驅動滾筒下風側。跑偏傳送器用以對皮帶位置監測，避免出現縱向撕裂、異常磨損等情況，選用的跑偏傳感器型號為GEJ-15，安裝位置為機頭、機尾以及輸送機中部兩側位置。

2.3 監控系統運行流程

安全監控系統通電后，首先進行初始化處理，并分配皮帶輸送機沿線各類安全監控傳感器地址，對沿線循環安全監測設備是否出現故障進行判定。當發現皮帶輸送機可滿足啟動需要且張緊力達到要求時，通過機頭下位機向變頻器發出指令，從而實現皮帶輸送機軟啟動。在皮帶輸送機運行過程中，安全監控系統會持續對皮帶輸送機運行參數進行檢測，并對比傳感器檢測值與預先設定的安全閾值，根據檢測結果執行報警、灑水以及緊急停機等控制程序。

3 安全監控系統上位機

安全監控系統控制界面如圖3 所示，監控界面上可實時顯示供電電流、電壓以及沿線各類安全檢測傳感器檢測結果。通過主控制界面，即可實時掌握帶式輸送機運行情況。

圖3 安全監控系統控制界面

為了便于地面監控中心及時掌握皮帶輸送機運行情況，在控制軟件中布置有運行工況查詢界面、報警系統界面，地面監控人員通過“查詢報警”即可進入到報警系統，系統內有報警程度、時間以及類型等各類參數。在報警系統中預先設定各類報警值，一旦部分監測參數超過設定值，報警系統即會自動顯示故障信息并標注故障位置，從而發現故障并排除。

4 結語

皮帶輸送機是煤礦井下運輸的主要設備，皮帶輸送機運行可靠性以及技術水平等直接影響煤炭外運效率。隨著煤礦開采范圍、開采強度等不斷增加，皮帶輸送機鋪設范圍、負載等均明顯增加。采用先進的監控技術實現對皮帶輸送機運行監測，對提高煤炭運輸系統生產效率具有重要作用。

本文針對山西某礦井下實際情況，提出一種皮帶輸送機安全監控系統，并對監控系統結構、傳感器布置以及控制軟件等部分進行詳細闡述。在該礦現場應用后，提出的安全監控系統可實現皮帶輸送機運行參數監控，同時系統在可靠性、監測精度等方面均表現出明顯優勢。