帶式輸送機安全監測系統的設計及可行性測試

魏士謙

（山西陽城陽泰集團西溝煤業有限公司，山西 陽城 048106）

引言

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設備，其運行安全性和效率間接影響工作面的生產能力。因此，保證帶式輸送機的安全運行尤為重要。目前，針對帶式輸送機安全監測主要通過建立礦井帶式輸送機自動化安全監測系統或對帶式輸送機故障的人工巡檢保障其運行的安全性[1]。為進一步提升帶式輸送機運輸的安全性、保證故障定位的準確度和故障排除的效率，本文擬將故障巡檢診斷和安全監測系統結合于帶式輸送機的控制系統中，并對其可行性進行測試。

1 帶式輸送機安全監測方案的總體設計

本文以雙驅動帶式輸送機為例開展研究，其結構如圖1所示。

圖1 雙驅動帶式輸送機結構示意圖

帶式輸送機長時間在環境相對惡劣的環境下運行，存在極大的安全隱患；同時，在實際運輸過程中輸送機可能存在堆煤、跑偏、過載、超速等工況，嚴重威脅設備的安全運行[2]。因此，針對帶式輸送機在實際生產中可能存在的安全隱患為其配置有效可行的監測系統并排除故障是十分有必要的。本文重點研究用于對帶式輸送機在實際運行中輸送帶出現打滑、斷帶、縱向撕裂、跑偏以及堆煤等隱患進行監測的帶式輸送機安全監測系統。結合帶式輸送機的安全監測需求，設計如圖2所示的結構框圖。

圖2 帶式輸送機安全監測系統的總體結構框圖

如圖2所示，安全監測系統分為監測分站和監測主站。其中，監測主站主要是對所采集的數據進行分析、處理、顯示；安全監測分站分為分布式監測分站和移動分站，主要是對帶式輸送機輸送帶、設備以及危險氣體的采集。

2 帶式輸送機安全監測系統的涉及

2.1 分布式監測分站的設計

為提高安全監測系統的故障定位準確度和全面性，采用傳感器和移動巡檢的方式對帶式輸送機運行中的故障信息進行采集。對于固定傳感器而言，根據安裝位置的不同在機頭位置布置跑偏傳感器、托輥溫度傳感器、煙霧傳感器以及堆煤傳感器等；在機尾位置主要安裝張力檢測傳感器、物料遺漏傳感器、輸送帶跑偏傳感器以及堆煤傳感器；在輸送帶的中間位置主要布置張力傳感器和輸送帶跑偏傳感器[3]。對于移動巡檢而言，主要是對托輥溫度傳感器和氣危險氣體檢測傳感器。本監測系統涉及到的傳感器參數如下頁表1所示，各種傳感器的在帶式輸送機的安裝位置如下頁圖3所示。

圖3 各類傳感器安裝位置示意圖

表1 安全監測系統傳感器選型結果

2.2 移動巡檢分站的設計

上述為帶式輸送機監測系統中分布式監測分站的設計。在實際生產中為了更全面獲取帶式輸送機的運行參數和故障信息，在上述基礎上增加移動巡檢分站的功能。因此，帶式輸送機移動巡檢分站的主要功能如下：

1）主要對帶式輸送機托輥溫度和甲烷、CO等危險氣體的濃度進行檢測；

2）對現場作業人員所檢測到的故障信息進行分析；

3）具備實時顯示、報警以及通訊的功能[4]。

結合移動巡檢分站的功能，其對應的結構框圖如圖4所示：

圖4 移動巡檢分站結構框圖

其中，針對托輥溫度的檢測本方案采用射頻識別技術實現上述功能。一般情況，在實際運輸中托輥表面的最高溫度不超過150℃，對應的在托輥端面的溫度為78℃。因此，設定當檢測到托輥端面的溫度大于75℃時即發出聲光報警，并選用TN901紅外溫度模塊對托輥端面的溫度進行檢測。針對現場有害氣體濃度的檢測，采用MSH-DP-HC/CO2和ME4-CO傳感器分別對CH4、CO2和CO的濃度進行檢測。

針對移動巡檢分站以及分布式監測分站所采集到各類信息的傳送，考慮到有線傳輸雖然具有較高的可靠性和穩定性，但是鋪設電纜的成本較高。本方案選用無線通訊的方式時間對信息的傳輸。鑒于本系統涉及到的參數的傳輸距離較遠、環境相對惡劣，同時要求無線傳輸模塊具有能耗低、接口豐富的特點，本方案選用SmartNode N608無線通訊模塊。

3 監測系統的可行性測試

為確保所設計的監測系統能夠在井下充分發揮其準確定位故障、快速響應的優勢，在實驗室對監測系統的分站電路、無線通信等功能進行驗證。

3.1 無線通信功能的可行性測試

本測試方案共布置了長度為120 m，高度為3 m，寬度為2.4 m的長廊模擬綜采工作面的巷道，重點對無線模塊的通信功能進行測試，其中主要對無線通信模塊的位置、發射功率以及不同傳輸速率下的通信性能進行對比[5]。并得出如下結論：

1）無線模塊的安裝位置對傳輸信號的強度影響不大，即對信號傳輸距離的影響不大；

2）隨著傳輸速率的增加，其容易產生碼間干擾，從而導致傳輸信息的可靠性降低。因此，應在滿足信號傳輸的基礎上適當的降低傳輸速度率；

3）發射功率對信號傳輸距離的影響較為明顯，本方案分別對發射功率分別為8 dB（m）和1 dB（m）的情況進行對比，得出如圖5所示的結果。

圖5 發射功率對信號傳輸強度的影響

3.2 監測功能的可行性測試

本系統采用LabVIEW監測程序實現其監測功能。為了直觀的體現系統監測功能是否能夠準確復現。本次測試分別對帶式輸送機正常運行、張力不足以及CO2濃度超標的情況進行研究，并得出如下頁圖6所示的監測結果：

如圖6所示，在監測顯示界面能夠對所模擬的輸送帶張力不足所導致其出現打滑的現象以及CO2濃度超標的現象進行報警。同時，能夠實時顯示出張力的變化曲線。

圖6 帶式輸送機部分監測功能的測試

4 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其高效、安全、穩定的運行對于工作面的高效、安全生產具有重要意義。本文所研究的帶式輸送機監測系統將移動巡檢功能和分布式監測功能相結合，二者相互補充實現對帶式輸送機實際運行中故障的精準定位、快速響應功能。同時，通過實際測試分析：所設計的監測系統的無線通信功能具有較高的可靠性，也能夠對現場的故障進行準確定位并實時顯示于上位機中。