煤礦帶式輸送機中智能化關鍵技術的應用

房偉

（棗莊礦業集團有限公司，棗莊 277000）

帶式輸送機是利用傳送帶作為承載與牽引構件，以運動輸送帶承載物料并連續輸送物料的設備，廣泛應用于冶金、煤炭、礦山、建材等領域。近年來，工業規模逐漸擴大，科學技術不斷更新迭代，使得帶式輸送機向著高速度、多電機驅動、智能化的方向發展。面對惡劣的煤礦生產環境，考慮帶式輸送機系統較為復雜，需合理應用智能化技術，保證帶式輸送機的可靠性與安全性，從而滿足煤礦生產運輸需求。

1 煤礦帶式輸送機的工作原理

帶式輸送機利用摩擦力傳輸物料，可實現大傾角和連續化運輸，整體設備效率高，無須人員操作，可自主完成運輸任務。該設備包括聯軸器、傳動滾筒、改向滾筒等部分，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機結構

該帶式輸送機利用電機來驅動減速機、聯軸器，借助設備和輸送帶間的摩擦提供持續向前的牽引力，由托輥承托，使用輸送帶循環運輸物資。具體操作時，裝載端負責填裝物料，由傳輸帶向卸載端傳輸物料，實現物料的連續傳遞[1]。日常運行時，滾筒上承受輸送帶施加的緊張力F1，壓緊輸送帶、滾筒。停止運輸后，保持輸送帶兩側的拉力F0相等，如圖2（a）所示。當輸送帶正常運行時，滾筒與膠帶間的摩擦力使一側的拉力增大為F1，另一側的拉力減小為F2，如圖2（b）所示。

圖2 輸送帶受力

輸送帶的有效拉力F的計算公式為

輸送帶停止運行時的拉力F0的計算公式為

將式（1）帶入式（2）可得F1和F2的計算公式，即為

輸送帶的有效拉力F的計算公式還可以表示為

式中：P為傳動功率；v為帶速。滾筒接觸弧的摩擦力之和即為有效拉力，摩擦力在一定條件下產生最大值，運輸阻力超出最大值后會造成輸送帶打滑，出現安全隱患。

2 煤礦帶式輸送機的應用現狀

煤礦帶式輸送機在運輸過程中進行帶狀循環運動，利用滾珠與驅動裝置的摩擦力控制傳送速度，保證煤炭能夠從一端向另一端勻速運輸，減少人工作業，提升煤炭運輸性能[2]。但是，帶式輸送機線路長、數量多，容易出現跑偏、水煤、斷帶等問題。

第一，驅動復雜，降低效率。煤炭生產過程中，以帶式輸送機為主要運輸設備，多采取電動機與減速機配合的方式進行動力傳輸，在主驅動滾筒與減速機中間安裝液力耦合器，增加了傳動環節，導致傳動效率降低。特別是過載、重載的情況下緊急停車后重啟困難，原煤運輸時，異步電動機負載率約為85%，通常不會滿載運行，導致電費超標，浪費較多。

第二，安全隱患，制約生產。煤礦采掘面環境較為惡劣，為事故發生埋下隱患。帶式輸送機運行過程中，若機器尾部滾筒黏煤較多，會增加其直徑，易出現輸送帶跑偏的情況，而且由于變坡點受力不均，煤炭容易掉落。如果滾筒沾水，將會觸動輸送帶打滑保護，進而出現緊急停車，導致淤煤、煤被帶入煤倉或漏煤眼等問題，產生涌倉現象，發生人員傷亡。然而，煤炭運輸中缺乏針對輸送帶跑偏、淤煤等問題的防治措施。

第三，管控落后，反應緩慢。在帶式輸送機管控過程中，盡管使用信息技術實現了遠程在線操作與監控功能，但無法為管理決策提供更多數據。例如，電動機是主要驅動裝置，必須保證其安全運轉，但由于信息化管理粗放，電動機故障頻發，制約了煤炭生產。因此，需要對帶式輸送機做好數據管理，為生產決策提供高效、科學的數據支持。

面對煤炭帶式輸送機存在的問題，應當明確技術創新是設備升級的核心驅動力。在智能技術迅猛發展的背景下，應將更多數字化技術應用于帶式輸送機，提高其運行效率和穩定性[3]。例如，在帶式輸送機上安裝傳感器，配合數據分析技術，實時監控設備的工作狀態，及時發現裝置異常數據，分析潛在故障，避免直接停機。

3 智能化關鍵技術在煤礦帶式輸送機中的應用

3.1 機器人檢測技術的應用

煤礦環境惡劣復雜，帶式輸送機容易出現故障，必須使用機器人進行巡檢，取代人工檢測，及時反饋設備缺陷，減少故障影響。巡檢機器人的硬件及系統設計必須考慮煤礦的特殊環境，機器人應機動靈活、結構緊湊，可適應狹小、復雜的工作地形與空間，并滿足煤礦防爆標準。機器人通過多功能模塊組合，實現環境異常自主監測、診斷帶式輸送機故障以及數據采集和傳輸功能[4]。為全面監測帶式輸送機運輸路線，準確判斷環境及設備的情況，需優化機器人檢測系統。優化后的機器人檢測系統如圖3 所示。

圖3 機器人檢測系統

在機器人系統中，各模塊需協同作業，由巡檢機構來牽引裝置，使其移動至傳輸機上，由供能系統供電。同時，搭載溫濕度、有害氣體等傳感器以及紅外熱像儀、聲圖采集器等，以采集運輸機、巷道故障的參數。為確保檢測高效、全面，需在移動機構上設置若干機器人，避免單一機器人因檢測時間過長而無法及時傳遞信息。機器人采集數據后，借助通信系統傳輸數據，實現集中管控，完成數據顯示、智能診斷、故障預警等操作[5]。

根據帶式傳輸機的特點，機器人的檢測路線長度不應超過3 km，最大運行坡度應小于20°，最大運動速度為1.5 m·s-1，續航能力應超過20 h，機器人本體質量應小于40 kg，且能夠適應特殊環境，具有防銹、防爆、防塵的性能。在機器人檢測系統中，以單片機為核心，以箱體結構作為機器人硬件搭載平臺。箱體設計成圓柱形，選用5 mm 厚的鋁合金制作而成，以增強表面強度。箱體面板上設置固定螺栓，與設備孔銜接，采取焊接、切割等方式連接各類機構，由系統驅動，沿輸送機進行檢測。同時，為避免牽引鋼絲繩脫落，減少鋼絲繩振動的影響，利用電氣系統控制鋼絲繩，防止出現欠速、過速、脫繩的情況。

3.2 實時監測診斷技術的應用

輸送帶作為帶式輸送機的核心部件，在運行過程中，由于尺寸、形狀各異的煤炭反復摩擦，再加上負荷量不斷變化，經常出現開裂、火災、接頭斷開的情況，直接影響煤炭開采效率，損毀機械設備，甚至威脅人員的人身安全。實時監測設備能夠遠程監控傳輸帶的情況，主要由控制器、輔助設備構成。其中，控制器包括報警模塊、控制器、管理模塊、配電控制裝置，設置在防爆配電柜中；輔助設備包括擴音電話、急停裝置、攝像頭及信號采集器。工控機利用控制器局域網（Controller Area Network，CAN）總線連接各模塊，借助Modbus-RTU 協議實現各單元回路的通信。整條設備沿線均鋪設信號傳輸與設備信息管理裝置，確保將信號及時傳遞給總控室。系統運行中，利用傳感器采集信號并加以分析，將分析結果傳輸至人機交互界面，以監測帶式輸送機的運輸環境及運行狀態。如果發現疑似故障，則將故障信號傳遞至控制器?？刂破髂軌驈男盘栔蟹蛛x出異常數據，完成故障識別，并自動顯示故障位置與報警狀態，給出維修方案。

第一，皮帶撕裂。系統檢測開關狀態變化，采集緩沖托輥的壓力數值，如果超出限值或防縱撕開關異常，表明可能有異物壓迫皮帶。當輸送機的皮帶被異物壓迫時，緩沖托輥承受較大的壓力；當系統檢測到壓力超出最大設定值后，將控制開關使輸送機停機。

第二，皮帶斷帶。在皮帶不同位置進行檢測，當傳感器檢測到帶速不同、帶速降低、拉緊力降低時，可結合運行邏輯判斷皮帶是否斷裂。若判定皮帶斷裂則自動停機，禁止物料運輸。

第三，皮帶打滑。如果系統檢測到皮帶帶速和滾筒線速存在不同步的情況，且驅動滾筒裝置的溫度不斷提高，則可以結合張緊拉力判斷皮帶是否打滑。

第四，火災識別?；馂陌l生時，溫度升高、煙霧彌漫。傳輸機由于使用鋼絲繩芯，具有一定的阻燃性，在溫度超過260 ℃時會產生煙氣，溫度達到320 ℃時才會著火，同時會產生大量一氧化碳。因此，當系統檢測到煙霧、溫度、毒害氣體異常時，可識別為火災，打開噴淋機進行滅火。

3.3 集中式多機協同控制技術的應用

煤礦主煤流系統中，不同帶式輸送機重疊關系復雜，由于帶式輸送機需要獨立運行，容易出現設備利用率低、干運轉的情況，需利用集中式多機協同技術，通過協同控制器、負荷傳感器等裝置，采集煤倉輸送量、運行狀態、煤位等數據，并利用以太網傳輸數據，控制不同區域的帶式輸送機，具體內容如下。

第一，采集生產工作面。在采煤工作面安裝煤量、煤質計量裝置，采集煤量、煤質等數據，結合程序邏輯來確定生產動態，預測煤位、煤流變化關系，將數據上傳至協同系統，優化煤流路徑。

第二，主運皮帶系統控制。將井下皮帶控制系統納入智能化平臺中，利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）采集數據，并將皮帶運行狀態數據傳輸至服務器，根據PLC 信號點數，顯示運輸系統給煤機、皮帶、煤倉等的布局關系，實現遠程啟動、信號預警與遠程停止功能。

第三，地面篩分系統。集中式協同控制系統將篩分系統、分煤器納入平臺，利用PLC 采集數據，并將信號傳輸至服務器，顯示振動篩、煤倉、皮帶的布局，實現遠程信號打點、啟停等操作。

第四，主井提升裝載系統。升級主井提升和裝載系統，利用PLC 采集數據，顯示整體主井提升、裝載信號，明確提升機、煤倉與裝卸載設備的情況，準確判斷煤倉，發送提升信號使主井提升機運行，并進行裝載稱重。

4 結語

煤礦帶式輸送機承擔著運輸原煤的任務，運行環境復雜，煙霧、粉塵等易對設備造成影響，進而阻礙煤礦開采進度。因此，煤礦帶式輸送機需合理應用機器人檢測技術、實時監測診斷技術、集中式多機協同控制技術，實時監測、控制環境，自動調整機器的運行速度與輸出功率，保證運行參數處于標準范圍，從而提升煤炭帶式輸送機運行的穩定性。