機掘巷道帶式輸送機智能監(jiān)控系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

馬明星

（晉能控股煤業(yè)集團虎龍溝煤業(yè)公司，山西 朔州 038300）

1 2107 巷掘進(jìn)概況

2107巷位于井田東盤區(qū)，巷道東部為實煤區(qū)南部與盤區(qū)東軌道大巷相接，西部鄰近81505工作面采空區(qū)，北部鄰近塔山煤礦二盤區(qū)。

2107巷設(shè)計長度為1 500 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，掘進(jìn)煤層為石炭系3號與5號合并煤層，煤層平均厚度為13.2 m，平均傾角為3°，煤層穩(wěn)定性差且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巷道采用綜合機械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)400 m[1-2]。

2107巷采用EBZ200型掘進(jìn)機掘進(jìn)，采用SSJ-800型帶式輸送機運煤，由于巷道內(nèi)安裝的帶式輸送機自動化水平低，設(shè)備各種保護(hù)裝置控制效果差等，導(dǎo)致巷道在前期掘進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在輸送帶鋼芯斷裂，無法及時進(jìn)行監(jiān)測從而發(fā)生撕帶事故；輸送機電機高溫、托輥磨損嚴(yán)重等導(dǎo)致輸送機電機燒毀、跑偏等事故；統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2107巷掘進(jìn)前期共計發(fā)生6起輸送機事故，其中4起撕帶事故，一起電機燒毀事故和一起因托輥磨損輸送帶跑偏斷帶事故，經(jīng)濟損失達(dá)26萬元，而且嚴(yán)重制約著巷道安全高效掘進(jìn)[3-4]。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

為了提高2107巷帶式輸送機自動化控制水平，降低帶式輸送機故障率，機掘一隊決定對帶式輸送機安裝一套智能化控制系統(tǒng)。

2.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）帶式輸送機檢測系統(tǒng)主要包括鋼絲繩芯輸送帶損傷監(jiān)測系統(tǒng)、關(guān)鍵部位故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)、輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)、煤流監(jiān)測系統(tǒng)等四大板塊，如圖1所示。

圖1 帶式輸送機智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）絲繩芯輸送帶損傷監(jiān)測系統(tǒng)可對輸送帶接頭位移情況、鋼芯斷絲情況、輸送帶磨損情況以及輸送帶疲勞損傷情況進(jìn)行實時監(jiān)測，便于檢修人員及時進(jìn)行更換輸送帶。

3）關(guān)鍵部位故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)主要用于輸送機電機溫度、機油、軸承變現(xiàn)情況、托輥缺失、變形情況以及滾筒卷帶情況進(jìn)行監(jiān)測。

4）煤流監(jiān)測系統(tǒng)主要用于煤流視覺監(jiān)測和輸送機帶速監(jiān)測，控制輸送機轉(zhuǎn)速達(dá)到控制煤流速度的目的。

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

1）通過系統(tǒng)準(zhǔn)確實時監(jiān)測輸送帶內(nèi)部鋼芯損傷情況，以及輸送帶機械接頭是否出現(xiàn)斷裂、輸送帶表面是否有裂紋、磨損等，并進(jìn)行實時報警以及確定輸送帶故障位置，從而降低了輸送帶斷帶、磨損撕裂等故障率。

2）當(dāng)輸送機運行過程中該系統(tǒng)可輸送機電機運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測，避免電機出現(xiàn)超溫、電流沖擊等故障，以及對滾筒位置偏移、托輥損壞進(jìn)行監(jiān)測，提高輸送機運行穩(wěn)定性。

3）該系統(tǒng)可對輸送帶運輸?shù)奈锪线M(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)運輸煤矸中存在金屬異物時可及時對輸送機斷電閉鎖，防止異物撕裂輸送帶。

4）該系統(tǒng)可實時對輸送機運輸煤量進(jìn)行監(jiān)測，并通過煤量大小適當(dāng)控制輸送帶運行速度，從而實現(xiàn)輸送機智能控制的目的。

3 智能控制系統(tǒng)工作原理

3.1 輸送帶損傷監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

1）利用該系統(tǒng)中的磁加載模塊首先對輸送機鋼芯進(jìn)行磁化，磁加載模塊共計兩個，安裝在輸送帶上下位置并對稱布置，該模塊通過弱磁技術(shù)對內(nèi)部鋼芯進(jìn)行磁化，該技術(shù)相比X射線無損檢測技術(shù)輻射小，電磁干擾小等優(yōu)點。

2）磁加載模塊通過信號線與損傷檢測模塊連接，磁加載模塊檢測的鋼芯損傷部位后及時將信號傳送至檢測模塊內(nèi)，檢測模塊進(jìn)行信號降噪處理并提取特征值。

3）檢測模塊將降噪處理后的信號通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送地面監(jiān)控系統(tǒng)中，利用監(jiān)控系統(tǒng)專用軟件將信號以圖像形式顯示在顯示器上，直觀反映輸送帶鋼芯損傷情況以及損傷位置。

3.2 關(guān)鍵部位故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)工作原理

關(guān)鍵部位故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)主要利用綜合紅外熱成像技術(shù)、圖像識別技術(shù)對輸送機電機、滾筒以及托輥等關(guān)鍵部門進(jìn)行實時監(jiān)測[5]。

1）首先利用該系統(tǒng)中紅外線熱成像儀獲取電機、滾筒、托輥等關(guān)鍵部位設(shè)備的成像圖，然后采用系統(tǒng)中自帶的專用軟件對成像儀獲取的紅外線圖像進(jìn)行處理，從而得到電機、滾筒、托輥運行期間的紅外溫度場圖像。

2）根據(jù)紅外圖溫度特征，當(dāng)獲取電機、滾筒或托輥等關(guān)鍵設(shè)備溫度超過50℃時，系統(tǒng)及時發(fā)出警報，并進(jìn)行聯(lián)鎖控制作用對輸送機進(jìn)行斷電處理。

3.3 煤流監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

1）在帶式輸送機上方每隔100 m安裝一部防爆照相機，當(dāng)輸送機在運輸煤矸石時防爆照相機實時獲取煤流圖像，然后利用合三維視覺以及多幀統(tǒng)計分析手段準(zhǔn)確計算出斷面橫截面積內(nèi)煤流量及一定時間內(nèi)總煤流量。

2）當(dāng)檢測到輸送帶上煤流量低于設(shè)計值時，系統(tǒng)通過PLC控制器及時控制輸送機變頻器，降低輸送帶運行速度，從而達(dá)到降低輸送機能耗目的；當(dāng)輸送帶煤流量較大時，及時增加輸送帶運行速度，防止堆煤、過載等故障。

3.4 輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)主要包括金屬探測器、控制器、聯(lián)鎖開關(guān)等部分組成，檢測系統(tǒng)安裝在距機頭10 m處，當(dāng)運輸?shù)拿毫髦写嬖诮饘佼愇飼r，金屬探測器監(jiān)測后及時將信號傳送至控制器，控制器通過傅里葉描述子獲取異物特征參數(shù)，并對異物狀態(tài)進(jìn)行判定，然后通過控制器控制作用對輸送機電機進(jìn)行斷電。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效果

當(dāng)2107巷掘進(jìn)至400 m處時對SSJ-800型帶式輸送機安裝了一套智能監(jiān)控系統(tǒng)，截止2020年7月24日巷道已掘進(jìn)到位，通過5個月實際應(yīng)用效果來看，帶式輸送機安裝該系統(tǒng)后解決了傳統(tǒng)帶式輸送機撕帶、電機燒毀、托輥磨損等技術(shù)難題，提高了帶式輸送機運行整體穩(wěn)定性，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，2107巷帶式輸送機安裝該系統(tǒng)后故障率降低了8%，設(shè)備維系費用降低了20余萬元，取得了顯著應(yīng)用成效。