機(jī)掘巷道帶式輸送機(jī)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(tuán)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(pán)區(qū)，巷道東部為實(shí)煤區(qū)南部與盤(pán)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(pán)區(qū)。

2107巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 500 m，巷道設(shè)計(jì)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(hào)與5號(hào)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(jī)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(jī)掘進(jìn)，采用SSJ-800型帶式輸送機(jī)運(yùn)煤，由于巷道內(nèi)安裝的帶式輸送機(jī)自動(dòng)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(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在輸送帶鋼芯斷裂，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)從而發(fā)生撕帶事故；輸送機(jī)電機(jī)高溫、托輥磨損嚴(yán)重等導(dǎo)致輸送機(jī)電機(jī)燒毀、跑偏等事故；統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2107巷掘進(jìn)前期共計(jì)發(fā)生6起輸送機(jī)事故，其中4起撕帶事故，一起電機(jī)燒毀事故和一起因托輥磨損輸送帶跑偏斷帶事故，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)26萬(wàn)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(jī)自動(dòng)化控制水平，降低帶式輸送機(jī)故障率，機(jī)掘一隊(duì)決定對(duì)帶式輸送機(jī)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(jī)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括鋼絲繩芯輸送帶損傷監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)、煤流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等四大板塊，如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）絲繩芯輸送帶損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于檢修人員及時(shí)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(jī)電機(jī)溫度、機(jī)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(cè)。

4）煤流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于煤流視覺(jué)監(jiān)測(cè)和輸送機(jī)帶速監(jiān)測(cè)，控制輸送機(jī)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(guò)系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶內(nèi)部鋼芯損傷情況，以及輸送帶機(jī)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(shí)時(shí)報(bào)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(jī)運(yùn)行過(guò)程中該系統(tǒng)可輸送機(jī)電機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免電機(jī)出現(xiàn)超溫、電流沖擊等故障，以及對(duì)滾筒位置偏移、托輥損壞進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

3）該系統(tǒng)可對(duì)輸送帶運(yùn)輸?shù)奈锪线M(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸煤矸中存在金屬異物時(shí)可及時(shí)對(duì)輸送機(jī)斷電閉鎖，防止異物撕裂輸送帶。

4）該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)輸煤量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)煤量大小適當(dāng)控制輸送帶運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)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(cè)系統(tǒng)工作原理

1）利用該系統(tǒng)中的磁加載模塊首先對(duì)輸送機(jī)鋼芯進(jìn)行磁化，磁加載模塊共計(jì)兩個(gè)，安裝在輸送帶上下位置并對(duì)稱(chēng)布置，該模塊通過(guò)弱磁技術(shù)對(duì)內(nèi)部鋼芯進(jìn)行磁化，該技術(shù)相比X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)輻射小，電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)。

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

3）檢測(cè)模塊將降噪處理后的信號(hào)通過(guò)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(zhuān)用軟件將信號(hào)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(shí)別技術(shù)對(duì)輸送機(jī)電機(jī)、滾筒以及托輥等關(guān)鍵部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[5]。

1）首先利用該系統(tǒng)中紅外線熱成像儀獲取電機(jī)、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(zhuān)用軟件對(duì)成像儀獲取的紅外線圖像進(jìn)行處理，從而得到電機(jī)、滾筒、托輥運(yùn)行期間的紅外溫度場(chǎng)圖像。

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

3.3 煤流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

1）在帶式輸送機(jī)上方每隔100 m安裝一部防爆照相機(jī)，當(dāng)輸送機(jī)在運(yùn)輸煤矸石時(shí)防爆照相機(jī)實(shí)時(shí)獲取煤流圖像，然后利用合三維視覺(jué)以及多幀統(tǒng)計(jì)分析手段準(zhǔn)確計(jì)算出斷面橫截面積內(nèi)煤流量及一定時(shí)間內(nèi)總煤流量。

2）當(dāng)檢測(cè)到輸送帶上煤流量低于設(shè)計(jì)值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器及時(shí)控制輸送機(jī)變頻器，降低輸送帶運(yùn)行速度，從而達(dá)到降低輸送機(jī)能耗目的；當(dāng)輸送帶煤流量較大時(shí)，及時(shí)增加輸送帶運(yùn)行速度，防止堆煤、過(guò)載等故障。

3.4 輸送帶撕裂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

輸送帶撕裂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括金屬探測(cè)器、控制器、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)等部分組成，檢測(cè)系統(tǒng)安裝在距機(jī)頭10 m處，當(dāng)運(yùn)輸?shù)拿毫髦写嬖诮饘佼愇飼r(shí)，金屬探測(cè)器監(jiān)測(cè)后及時(shí)將信號(hào)傳送至控制器，控制器通過(guò)傅里葉描述子獲取異物特征參數(shù)，并對(duì)異物狀態(tài)進(jìn)行判定，然后通過(guò)控制器控制作用對(duì)輸送機(jī)電機(jī)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(shí)對(duì)SSJ-800型帶式輸送機(jī)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(guò)5個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，帶式輸送機(jī)安裝該系統(tǒng)后解決了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)撕帶、電機(jī)燒毀、托輥磨損等技術(shù)難題，提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行整體穩(wěn)定性，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2107巷帶式輸送機(jī)安裝該系統(tǒng)后故障率降低了8%，設(shè)備維系費(fèi)用降低了20余萬(wàn)元，取得了顯著應(yīng)用成效。