綜采工作面帶式輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)應用

宋聚濤

（山西焦煤山煤國際長春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

1 601工作面概況

山西焦煤山煤國際長春興煤業(yè)有限公司601工作面位于井田南盤區(qū)，南部為礦井南部礦界及中煤金海洋五家溝煤礦5214工作面采空區(qū)，西部為礦井西部礦界及山煤集團韓家洼煤礦，北部為設計南盤區(qū)西南部未開采區(qū)域。

601工作面布置1條回風巷、1條運輸巷以及1條切巷，工作面切巷長度為230 m，兩條順槽長度為1 682 m，工作面回采煤層為22號層，煤層平均厚度為9.5 m，平均傾角為2°，煤層特性如表1所示。

表1 601工作面回采的22號煤層特性

601工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝，工作面回采期間利用安裝在601運輸順槽內(nèi)的DTL型帶式輸送機進行煤矸運輸。截止目前工作面已回采520 m，工作面在前期回采過程中由于受地質(zhì)條件、煤矸量以及輸送機張緊等影響，工作面帶式輸送機頻繁出現(xiàn)撕帶事故，而原輸送機撕帶保護裝置防撕帶效果差，制約著帶式輸送機安全高效運輸[1-3]。

2 輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)硬件結構及安裝注意事項

為了提高帶式輸送機運行穩(wěn)定性，降低輸送機撕帶事故率，決定對601工作面帶式輸送機安裝一套縱向撕帶保護系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)結構

1）帶式輸送機縱向撕帶保護系統(tǒng)主要由主機、激光發(fā)射儀、服務器、PLC控制、攝像儀等部分組成。

2）由于輸送帶安裝后在托輥作用下呈凹槽狀，為了實現(xiàn)激光發(fā)射儀發(fā)射的激光能夠覆蓋輸送帶表面，在輸送帶下方左右側(cè)各布置一臺相同參數(shù)的激光發(fā)射儀；同時為了保證相機在拍攝時拍攝范圍內(nèi)僅有一條激光束，在輸送帶左右側(cè)以及底部各安裝一臺相機，如圖1所示。

圖1 輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)結構示意圖

3）帶式輸送機安裝的相機為140萬像素，相機每秒可獲取80幀畫面，曝光時間為0.5 μs，相機拍攝畫面分辨率為1 024×768，相機安裝距輸送帶為400 mm，可拍攝的畫面范圍為40 cm×30 cm；利用相機圖像設備技術以及PLC控制技術相結合，從而對輸送帶撕帶進行判別；一旦判斷輸送帶出現(xiàn)縱向撕裂或者輸送帶存在裂紋時，縱向撕裂保護系統(tǒng)會立即發(fā)出警報并閉鎖停機。

4）帶式輸送機在正常運行時未出現(xiàn)撕帶時系統(tǒng)收集的激光束為平滑曲線，當輸送帶出現(xiàn)撕帶、打滑、撕邊時，激光束為不連續(xù)光束，此時系統(tǒng)根據(jù)光束變化情況進行相應保護動作。

2.2 系統(tǒng)安裝注意事項

輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)中激光儀安裝位置、激光束投射角直接影響著激光束清晰度，從而影響著相機獲取圖像清晰度等，所以在安裝激光儀時必須保證合理的投射角和投射距離[4]。

1）投射角：通過現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)，激光儀安裝時投射角度越大，激光束在輸送帶外輪廓上散射現(xiàn)象越明顯，且激光束輪廓線越寬，所以為了保證激光束清晰度，激光儀安裝時投射角度應控制在30°～45°范圍內(nèi)。

2）投射距離：投射距離直接影響著激光束寬度及清晰度，投射距離越遠激光束越寬但是響度模糊，投射距離越近光束清晰度高但是光束越窄，所以通過實驗將激光光束投射距離控制在500～800 mm范圍內(nèi)即可。

3 輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)工作原理及應用效果分析

輸送機縱向撕裂保護系統(tǒng)通過軟件控制作用實現(xiàn)圖像收集處理、圖像分割以及報警、事故控制等動作[5]。

3.1 圖像處理原理

由于帶式輸送機安裝位置光線昏暗、粉塵濃度大、存在淋水等問題，導致攝像機獲取的圖像清晰度低、噪聲大等，從而影響著系統(tǒng)保護動作，所以收集圖像后需對圖像進行預處理，提高圖像畫質(zhì)，首先采用中值濾波對圖像進行噪聲處理，確保圖像更加光滑平順，然后采用直方圖均衡法使畫質(zhì)更加明顯、清晰，確保輸送帶出現(xiàn)裂隙后畫面與正常畫面具有明顯的對比性。

3.2 圖像分割處理原理

帶式輸送機一旦出現(xiàn)撕帶后拍攝圖像與未撕帶圖像對比，畫面有顯著的灰度差異，從灰度差異可判斷輸送帶撕裂情況，為了提高圖像畫面質(zhì)感，采用最小誤差法對圖像進行分割處理，該方法具有噪聲抑制能力強以及圖像分割能力強等優(yōu)點，拍攝的圖像通過圖像分割后能夠直觀顯示出輸送帶裂痕形態(tài)，從而便于系統(tǒng)進行準確分析判斷。

3.3 事故診斷原理

輸送帶一旦出現(xiàn)撕帶后輸送帶會出現(xiàn)縱向拉伸，激光束會出現(xiàn)長寬及面積錯開，通過圖像識別算法判定光束錯開尺寸超過設定值時，判定輸送帶出現(xiàn)縱向撕裂現(xiàn)象，若錯開尺寸在設定值范圍內(nèi)，則判定輸送帶處于完好狀態(tài)。

3.4 報警控制原理

一旦帶式輸送機出現(xiàn)撕帶故障后，主機系統(tǒng)及時判斷結果，便于操作檢修人員及時對故障進行處理，通過警報器發(fā)出警報，然后撕帶保護系統(tǒng)通過PLC控制器聯(lián)鎖控制作用，對輸送機電機進行閉鎖停機。

3.5 實際應用效果分析

2021年2月長春興煤礦對601工作面帶式輸送機安裝一套縱向撕裂保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)總成本費用為2.24萬元，相比傳統(tǒng)感應式撕帶保護裝置，成本費用相對較高，但是該系統(tǒng)自動化水平高，系統(tǒng)利用成像原理對輸送帶縱向撕裂進行判斷，并進行系統(tǒng)控制輸送機停機保護，全程無需人工干預，大大降低了勞動作業(yè)強度。

截止2021年8月通過6個月實際應用效果來看，該系統(tǒng)共計攔截輸送機撕帶5次，出現(xiàn)撕帶后系統(tǒng)在5 s內(nèi)及時停機保護，總撕帶長度不足10 m，控制了撕帶范圍擴大。

4 結論

長春興煤礦601工作面帶式輸送機安裝縱向撕裂保護系統(tǒng)后，通過實際應用效果來看得出如下結論：

1）縱向撕裂保護系統(tǒng)可適用于井下電磁干擾、粉塵、噪聲等特殊環(huán)境中，系統(tǒng)在實際應用時具有檢測精度高、抗干擾能力強以及檢測效果好等優(yōu)點。

2）系統(tǒng)在實際應用時通過系統(tǒng)成像自動對輸送帶撕裂情況進行診斷，并通過系統(tǒng)PLC控制器控制輸送機停機，實現(xiàn)無人值守的目的，系統(tǒng)動作靈敏度高、安全可靠，有效提高輸送機運行穩(wěn)定性，降低了輸送機撕帶故障率。