機掘巷道帶式輸送機智能監控系統的分析與應用

馬明星

（晉能控股煤業集團虎龍溝煤業公司，山西 朔州 038300）

1 2107 巷掘進概況

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

2107巷設計長度為1 500 m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，掘進煤層為石炭系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°，煤層穩定性差且結構復雜，巷道采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進400 m[1-2]。

2107巷采用EBZ200型掘進機掘進，采用SSJ-800型帶式輸送機運煤，由于巷道內安裝的帶式輸送機自動化水平低，設備各種保護裝置控制效果差等，導致巷道在前期掘進過程中經常出現故障，主要表現在輸送帶鋼芯斷裂，無法及時進行監測從而發生撕帶事故；輸送機電機高溫、托輥磨損嚴重等導致輸送機電機燒毀、跑偏等事故；統計發現，2107巷掘進前期共計發生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，經濟損失達26萬元，而且嚴重制約著巷道安全高效掘進[3-4]。

2 智能監控系統結構及功能

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。

2.1 智能監控系統結構

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

圖1 帶式輸送機智能監測系統結構示意圖

2）絲繩芯輸送帶損傷監測系統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行實時監測，便于檢修人員及時進行更換輸送帶。

3）關鍵部位故障診斷與預警系統主要用于輸送機電機溫度、機油、軸承變現情況、托輥缺失、變形情況以及滾筒卷帶情況進行監測。

4）煤流監測系統主要用于煤流視覺監測和輸送機帶速監測，控制輸送機轉速達到控制煤流速度的目的。

2.2 智能監控系統主要功能

1）通過系統準確實時監測輸送帶內部鋼芯損傷情況，以及輸送帶機械接頭是否出現斷裂、輸送帶表面是否有裂紋、磨損等，并進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）當輸送機運行過程中該系統可輸送機電機運行情況進行實時監測，避免電機出現超溫、電流沖擊等故障，以及對滾筒位置偏移、托輥損壞進行監測，提高輸送機運行穩定性。

3）該系統可對輸送帶運輸的物料進行監測，發現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）該系統可實時對輸送機運輸煤量進行監測，并通過煤量大小適當控制輸送帶運行速度，從而實現輸送機智能控制的目的。

3 智能控制系統工作原理

3.1 輸送帶損傷監測系統工作原理

1）利用該系統中的磁加載模塊首先對輸送機鋼芯進行磁化，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對內部鋼芯進行磁化，該技術相比X射線無損檢測技術輻射小，電磁干擾小等優點。

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，檢測模塊進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以太網傳送地面監控系統中，利用監控系統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 關鍵部位故障診斷與預警系統工作原理

關鍵部位故障診斷與預警系統主要利用綜合紅外熱成像技術、圖像識別技術對輸送機電機、滾筒以及托輥等關鍵部門進行實時監測[5]。

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

2）根據紅外圖溫度特征，當獲取電機、滾筒或托輥等關鍵設備溫度超過50℃時，系統及時發出警報，并進行聯鎖控制作用對輸送機進行斷電處理。

3.3 煤流監測系統工作原理

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計分析手段準確計算出斷面橫截面積內煤流量及一定時間內總煤流量。

2）當檢測到輸送帶上煤流量低于設計值時，系統通過PLC控制器及時控制輸送機變頻器，降低輸送帶運行速度，從而達到降低輸送機能耗目的；當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 輸送帶撕裂監測系統工作原理

輸送帶撕裂監測系統主要包括金屬探測器、控制器、聯鎖開關等部分組成，檢測系統安裝在距機頭10 m處，當運輸的煤流中存在金屬異物時，金屬探測器監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，并對異物狀態進行判定，然后通過控制器控制作用對輸送機電機進行斷電。

4 監控系統應用效果

當2107巷掘進至400 m處時對SSJ-800型帶式輸送機安裝了一套智能監控系統，截止2020年7月24日巷道已掘進到位，通過5個月實際應用效果來看，帶式輸送機安裝該系統后解決了傳統帶式輸送機撕帶、電機燒毀、托輥磨損等技術難題，提高了帶式輸送機運行整體穩定性，通過數據統計發現，2107巷帶式輸送機安裝該系統后故障率降低了8%，設備維系費用降低了20余萬元，取得了顯著應用成效。