長距離運輸帶式輸送機巡檢系統研究

馬晨博

（山西汾西宜興煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

隨著煤炭采掘深度、范圍等不斷擴展，帶式輸送機鋪設長度、負載等均顯著增大[1]。帶式輸送機是煤礦井下主要的運輸設備，同時使用環境惡劣、組成部件多、運輸原煤具有可燃性以及鋪設長度大等影響，導致設備在使用期間容易出現各類故障、事故，不僅影響原煤正常運輸而且存在一定的安全風險[2-5]。如西南地區某煤礦帶式輸送機故障引燃輸送帶下方堆積煤矸，引起井下火災，導致多人傷亡。實現帶式輸送機運行過程中縱向撕裂、破斷、跑偏、打滑等故障監測、排查等，對提高帶式輸送機運行效率及可靠性有顯著促進意義[6]。現階段煤礦多是安排專人對帶式輸送機進行定期循環，由于井下帶式輸送機鋪設長度在幾公里到幾十公里不等，巡檢面臨工程量大、勞動強度高等問題，同時巡檢期間容易出現漏檢、誤檢情況[7]。為此，設計一種帶式輸送機巡檢系統，通過搭載各種巡檢設備、功能模塊，實現帶式輸送機使用環境、使用情況以及環境參數等巡檢，達到增強帶式輸送機運行安全保障能力目的。

1 巡檢機器人系統結構

1.1 巡檢機器人系統整體結構

煤礦井下環境惡劣，存在有潮濕、電磁輻射、粉塵、爆炸性等各種不利因素，因此設計的巡檢機器人系統應能滿足井下惡劣環境使用需要。具體構建的巡檢機器人系統結構如圖1 所示，巡檢機器人系統包括有巡檢機器人、軌道及通信系統等構成，巡檢機器人主要用以獲取帶式輸送機運行參數、沿線環境等，軌道則為巡檢機器人移動提供通道，通信系統則實現巡檢結果傳輸[8]。巡檢機器人通過巷道構建的無線Wi-Fi 通信網絡將巡檢數據傳輸給基站，后通過網絡交換機、工業以太網等將數據傳輸給監控后臺系統。后臺系統對數據進行綜合分析，并通過顯示屏實時顯示巡檢結果、井下帶式輸送機運行畫面等[9]。

圖1 巡檢機器人系統整體結構

1.2 硬件結構

1.2.1 巡檢軌道

煤礦井下巷道普遍狹小，巡檢若采用沿著巷道底板移動的履帶式或者輪式方式則會占用大量空間，同時巷道底板不平整，也會影響巡檢裝置移動。因此，文中通過軌道為巡檢裝置提供前后移動通道，將巡檢機器人本體置于軌道上。通過鋪設軌道可充分利用巷道內有效空間，且巡檢不受頂板不平整、運輸以及行人等影響，具體巡檢軌道在巷道內鋪設情況如圖2 所示。

圖2 軌道鋪設位置示意圖

軌道材質為高強度鋁合金導軌，強度高且不容易銹蝕，可滿足井下高濕度、高粉塵等使用需要。間隔3～5 m 布置一個軌道支架，用以實現軌道懸吊。由于鋪設的軌道質量輕、強度高，可根據井下環境需要隨意布置，提高巡檢機器人巡檢范圍及適應性。

1.2.2 巡檢機器人

巡檢機器人包括有支撐系統、本體等，支撐系統主要通過卡輪固定到軌道系統上，實現往返移動；本體包括有電源、攝像頭、主控模塊、檢測傳感器以及巡檢單元等，具體結構組成如圖3 所示。

圖3 巡檢機器人結構

巡檢機器人本體搭載有溫度、煙霧、溫度、氣體（CH4、CO、CO2）等傳感器，并配備紅外成像儀、可見光攝像機等對帶式輸送機運行畫面、表面溫度等巡檢，攝像機分辨率可達到1 900×1 000。巡檢的主要內容包括有：運行參數、托輥狀態、煙霧及溫度感知、煤流監測以及環境監測等，并通過巡檢系統后臺將巡檢參數進行綜合分析。

1.2.3 通信網絡

通信網絡將現場巡檢圖像、傳感器監測參數以及聲音等傳輸給上位機，是確保巡檢工作高效開展的重要環節。巡檢機器人本身就具備有信號發射裝置，將沿運輸巷鋪設的千兆光纖收發器、光纜等作為通信主設備，巡檢系統與遠程監控系統間通過工業以太網傳輸。無線通信基站主要設備配備情況如表1 所示。

表1 無線基站參數

通信采用的無線基站額定功率為24 W、采用Wi-Fi2.4G 通信，在井下惡劣環境下有效通信長度可達到150～200 m，安全防護等級優于IP54；無線基站間采用光纖通信，可確保基站信號穩定、高質量傳輸。

2 現場應用效果

將上文所示巡檢機器人系統應用到山西某礦3603 運輸巷帶式輸送機巡檢中，巷道內鋪設的帶式輸送長度為4 550 m，額定運輸量為3 600 t/h，是煤礦井下主要運輸設備。具體巡檢機器人系統搭載有攝像機、傳感器等可實現環境各有害氣體含量、帶式輸送機表面溫度等檢測，并通過無線通信方式將數據傳輸給監控上位機，通過上位機內置軟件分析、顯示巡檢結果。具體巡檢機器人系統現場巡檢畫面如圖4 所示，巡檢機器人系統可實現沿線環境監測、輸送帶上異物識別以及托管溫度測定等。

圖4 巡檢機器人現場巡檢情況

現場應用后，在3603 運輸巷內布置的巡檢機器人系統運行平穩，可實現24 h 不間斷巡檢；1 套巡檢機器人系統可代替10 人的巡檢任務。通過巡檢機器人系統應用，大幅降低帶式輸送機巡檢成本，同時可快速識別帶式輸送機故障、高溫位置，有助于增強帶式輸送機運行安全保障能力及運輸效率。

3 結語

采用巡檢機器人系統代替傳統的人工對煤礦井下長距離帶式輸送機進行巡檢，在降低巡檢人員勞動強度、提升巡檢效率等方面均表現出顯著優勢。巡檢機器人可實現24 h 不間斷巡檢，通過紅外成像儀、傳感器等實現帶式輸送機表面溫度、運行環境參數等檢測，對巡檢發現的異常區進行預警，避免長距離帶式輸送機出現運輸事故。