綜采工作面帶式輸送機(jī)縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

宋聚濤

（山西焦煤山煤國(guó)際長(zhǎng)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(guó)際長(zhǎng)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(tuán)韓家洼煤礦，北部為設(shè)計(jì)南盤區(qū)西南部未開(kāi)采區(qū)域。

601工作面布置1條回風(fēng)巷、1條運(yùn)輸巷以及1條切巷，工作面切巷長(zhǎng)度為230 m，兩條順槽長(zhǎng)度為1 682 m，工作面回采煤層為22號(hào)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(hào)煤層特性

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

2 輸送機(jī)縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及安裝注意事項(xiàng)

為了提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低輸送機(jī)撕帶事故率，決定對(duì)601工作面帶式輸送機(jī)安裝一套縱向撕帶保護(hù)系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

2）由于輸送帶安裝后在托輥?zhàn)饔孟鲁拾疾蹱睿瑸榱藢?shí)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(tái)相同參數(shù)的激光發(fā)射儀；同時(shí)為了保證相機(jī)在拍攝時(shí)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(tái)相機(jī)，如圖1所示。

圖1 輸送機(jī)縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3）帶式輸送機(jī)安裝的相機(jī)為140萬(wàn)像素，相機(jī)每秒可獲取80幀畫(huà)面，曝光時(shí)間為0.5 μs，相機(jī)拍攝畫(huà)面分辨率為1 024×768，相機(jī)安裝距輸送帶為400 mm，可拍攝的畫(huà)面范圍為40 cm×30 cm；利用相機(jī)圖像設(shè)備技術(shù)以及PLC控制技術(shù)相結(jié)合，從而對(duì)輸送帶撕帶進(jìn)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(shí)，縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)并閉鎖停機(jī)。

4）帶式輸送機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)未出現(xiàn)撕帶時(shí)系統(tǒng)收集的激光束為平滑曲線，當(dāng)輸送帶出現(xiàn)撕帶、打滑、撕邊時(shí)，激光束為不連續(xù)光束，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)光束變化情況進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。

2.2 系統(tǒng)安裝注意事項(xiàng)

輸送機(jī)縱向撕裂保護(hù)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(jī)獲取圖像清晰度等，所以在安裝激光儀時(shí)必須保證合理的投射角和投射距離[4]。

1）投射角：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光儀安裝時(shí)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(shí)投射角度應(yīng)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(yuǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(jī)縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用效果分析

輸送機(jī)縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)軟件控制作用實(shí)現(xiàn)圖像收集處理、圖像分割以及報(bào)警、事故控制等動(dòng)作[5]。

3.1 圖像處理原理

由于帶式輸送機(jī)安裝位置光線昏暗、粉塵濃度大、存在淋水等問(wèn)題，導(dǎo)致攝像機(jī)獲取的圖像清晰度低、噪聲大等，從而影響著系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作，所以收集圖像后需對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，提高圖像畫(huà)質(zhì)，首先采用中值濾波對(duì)圖像進(jìn)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(huà)質(zhì)更加明顯、清晰，確保輸送帶出現(xiàn)裂隙后畫(huà)面與正常畫(huà)面具有明顯的對(duì)比性。

3.2 圖像分割處理原理

帶式輸送機(jī)一旦出現(xiàn)撕帶后拍攝圖像與未撕帶圖像對(duì)比，畫(huà)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(huà)面質(zhì)感，采用最小誤差法對(duì)圖像進(jìn)行分割處理，該方法具有噪聲抑制能力強(qiáng)以及圖像分割能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，拍攝的圖像通過(guò)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(jìn)行準(zhǔn)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(huì)出現(xiàn)縱向拉伸，激光束會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)寬及面積錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)圖像識(shí)別算法判定光束錯(cuò)開(kāi)尺寸超過(guò)設(shè)定值時(shí)，判定輸送帶出現(xiàn)縱向撕裂現(xiàn)象，若錯(cuò)開(kāi)尺寸在設(shè)定值范圍內(nèi)，則判定輸送帶處于完好狀態(tài)。

3.4 報(bào)警控制原理

一旦帶式輸送機(jī)出現(xiàn)撕帶故障后，主機(jī)系統(tǒng)及時(shí)判斷結(jié)果，便于操作檢修人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，通過(guò)警報(bào)器發(fā)出警報(bào)，然后撕帶保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器聯(lián)鎖控制作用，對(duì)輸送機(jī)電機(jī)進(jìn)行閉鎖停機(jī)。

3.5 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2021年2月長(zhǎng)春興煤礦對(duì)601工作面帶式輸送機(jī)安裝一套縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)總成本費(fèi)用為2.24萬(wàn)元，相比傳統(tǒng)感應(yīng)式撕帶保護(hù)裝置，成本費(fèi)用相對(duì)較高，但是該系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，系統(tǒng)利用成像原理對(duì)輸送帶縱向撕裂進(jìn)行判斷，并進(jìn)行系統(tǒng)控制輸送機(jī)停機(jī)保護(hù)，全程無(wú)需人工干預(yù)，大大降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

截止2021年8月通過(guò)6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)共計(jì)攔截輸送機(jī)撕帶5次，出現(xiàn)撕帶后系統(tǒng)在5 s內(nèi)及時(shí)停機(jī)保護(hù)，總撕帶長(zhǎng)度不足10 m，控制了撕帶范圍擴(kuò)大。

4 結(jié)論

長(zhǎng)春興煤礦601工作面帶式輸送機(jī)安裝縱向撕裂保護(hù)系統(tǒng)后，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看得出如下結(jié)論：

1）縱向撕裂保護(hù)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(shí)際應(yīng)用時(shí)具有檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)以及檢測(cè)效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2）系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過(guò)系統(tǒng)成像自動(dòng)對(duì)輸送帶撕裂情況進(jìn)行診斷，并通過(guò)系統(tǒng)PLC控制器控制輸送機(jī)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的目的，系統(tǒng)動(dòng)作靈敏度高、安全可靠，有效提高輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低了輸送機(jī)撕帶故障率。