礦用刮板輸送機斷鏈故障檢測系統設計應用

王麗軍

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司，山西大同 037101）

刮板輸送機是綜采工作面重要運輸設備，主要擔負著工作面煤矸運輸，刮板輸送機具有裝配靈活、操作簡單、運輸效率高、運輸安全系數高等優點，被廣泛應用于煤礦采掘工作面中；刮板輸送機主要通過電機帶動機頭鏈輪轉動，鏈輪上活動連接環形刮板鏈，鏈輪轉動過程中帶動刮板鏈及刮板循環周期運轉，從而實現煤矸運輸；但是由于受工作面煤矸、異物卡堵以及刮板鏈張緊度等影響，刮板輸送機在運輸過程中經常出現斷鏈故障，嚴重制約著工作面安全高效回采；本文以長春興煤礦602 智能化工作面為研究對象，對工作面SGZ1000/1400 型刮板輸送機斷鏈原因進行分析，并安裝了一套斷鏈故障檢測裝置，從而避免刮板輸送機斷鏈故障。

1 概述

長春興煤礦602工作面位于井田南盤區，工作面設計走向長度為2066m，傾向長度為240m，工作面回采煤層為22#層，平均厚度為9.5m，平均傾角為2°，煤層直接頂主要為粗砂巖、中粒砂巖，平均厚度為8.5m，老頂主要以細、中、粗粒砂巖，平均厚度為22.8m。

602工作面采用MG500/1180-WD型雙滾筒電牽引采煤機落煤和SGZ1200/1400 型刮板運輸機運煤,ZF13000/25/38 型液壓支架維護工作面頂板，刮板運輸機輸送能力2500t/h，總裝機功率2×700kW 變頻電機，電壓等級3300V。工作面運輸機配備通訊設備并安裝有控制裝置以及變頻裝置，可實現“雙閉鎖”，具體技術參數為：輸送能力2500h/t；裝機功率2×700kW；鏈速1.33m/s；額定電壓3300V；中部槽規格：1750mm×1000mm×362mm；中板厚度40mm；刮板鏈型式：中雙鏈；刮板鏈中心距260mm。

2 刮板輸送機運行現狀及故障分析

2.1 刮板輸送機運行現狀

截止2021年7月19日602工作面已回采740m，工作面在前期回采過程中經常出現刮板鏈斷鏈、掉鏈故障，現場統計發現，在2021年4~7月共計發生12起掉鏈故障，9 起斷鏈故障，影響工作面回采時間為67.8h，設備維修費用為13.7萬元。

2.2 斷鏈故障原因分析

（1）刮板鏈腐蝕嚴重：工作面回采過程中架間、采煤機截割部采用外部噴霧灑水降塵，降塵后的污水摻雜設備油脂，導致其酸性離子含量增高，具有一定腐蝕性，刮板鏈長期處于腐蝕環境中，鏈條生銹速度加快，造成刮板鏈腐蝕斷鏈現象。

（2）運輸過載：刮板輸送機在運輸煤矸時經常出現負載現象，在瞬間啟動過程中對刮板鏈產生沖擊載荷，從對刮板鏈鏈環焊接處及彎曲處產生沖擊破壞作用，造成刮板鏈脆性斷裂。

（3）應力疲勞現象：由于刮板鏈張緊度調整不合理，刮板鏈張緊度過大在運輸過程中鏈條長期處于拉應力狀態，造成鏈環出現應力疲勞變形現象，很容易出現斷鏈。

2.3 掉鏈故障原因分析

（1）鏈輪磨損嚴重：刮板輸送機機頭鏈輪安裝齒輪，轉動過程中能夠與刮板鏈咬合，同時刮板鏈對齒輪產生一定磨損作用，刮板輸送機在長期運輸過程中未及時對磨損齒輪進行更換，造成刮板鏈掉鏈現象。

（2）雙鏈張緊度不一致：由于刮板鏈安裝不當或受力不均，導致兩條刮板鏈張緊度不一致，從而使一側鏈條長期處于張應力狀態，導致刮板鏈拉伸變長出現掉鏈現象。

2.4 刮板輸送機故障檢測方法

（1）振動檢測法：刮板輸送機在運輸過程中受振動影響出現斷鏈時，刮板鏈振動頻率會發生變化，所以可在刮板鏈指定位置安裝振動檢測裝置來監測、接收、分析振動信號，從而判斷刮板鏈運行狀態；振動檢測法在其它領域如橋梁、化工、重工等被廣泛應用，具有檢測方法成熟、設備簡單等優點，但是實際應用時振動信號受大型設備電磁干擾嚴重，存在局部監測信號失真現象。

（2）電機電流監測法：刮板輸送機在負載運行或大塊卡塞時頭尾電機輸出電流產生峰值，所以可通過檢測電機電流變化，判斷刮板輸送機運行狀態，出現故障前及時切斷電源。

（3）接近開關檢測法：在刮板輸送機機頭、機尾以及中部槽安裝接近開關，主要對刮板兩端位置變化進行監測，從而確定刮板鏈斷鏈情況。

3 刮板輸送機故障監測系統

為了能夠及時發現刮板輸送機斷鏈故障，降低斷鏈故障率，長春興煤礦對602 工作面SGZ1200/1400 型刮板運輸機安裝一套故障監測系統。

3.1 系統結構組成

刮板輸送機故障監測系統主要由接近開關、電流互感器、PLC 控制器、工業環網、地面監控系統等部分組成，如圖1所示。

圖1 刮板輸送機故障監測系統結構示意圖

（1）根據602工作面刮板輸送機長度共計安裝5組接近開關，主要安裝在機頭、機尾、中部槽易發生斷鏈位置；電流互感器主要安裝在機頭、機尾電機上，刮板輸送機在運行過程中同一組接近開關檢測的間隔信號以及電流互感器檢測的電機電流信號及時上傳至PLC控制器內。

（2）PLC控制通過光纜分別與電流互感器、接近開關連接，主要接收刮板過接近開關間隔信號以及電機電流變化信號，并對信號進行處理分析，利用工業以太網實時上傳至地面監控主機系統內。

（3）地面監控系統主要包括上位機、監視器、監控室等部分組成，上位機安裝專用組態軟件，將井下監測信號以動態畫面顯示在監視器上，監視器可對刮板輸送機監測系統運行狀態進行監測。

3.2 系統監測故障原理

3.2.1 接近開關檢測原理

接近開關主要安裝在刮板兩側，當刮板輸送機出現斷鏈時主要監測刮板傾斜值和兩端接近開關檢測時間差；然后根據刮板傾斜值大小以及時間差判斷刮板是否出現斷裂；如當刮板輸送機出現斷鏈時接近開關檢測刮板傾斜值為ΔL，檢測時間差為Δt，刮板輸送機運行速度為v，ΔL=Δtv，設定斷鏈時傾斜臨界值為ΔLmin，通過對比分析，當ΔL≥ΔLmin時判定為斷鏈故障。

3.2.2 電機電流檢測原理

刮板輸送機正常運輸時頭尾電機電流差值小且控制允許范圍內，設定頭部電機電流分別為I1、I2，機尾電流為I3；當出現斷鏈故障時刮板鏈在機頭處卡塞，造成機頭電機運轉負荷加大，電機電流增加，頭部電機電流平均值I平=(I1+I2)/2，I平-I3為頭尾電機電流差ΔI，ΔImin為斷鏈故障時頭尾電機電流極限差值，若ΔI≥ΔImin時判定為斷鏈故障。

3.3 監測系統優點

（1）結構原理簡單：整套系統結構簡單，成本費用為1.2 萬元，系統故障率低，便于操作維護，安裝拆卸簡單。

（2）檢測精度高：該系統主要通過檢測刮板兩端位移差以及頭尾電機電流差，從而分析刮板鏈是否出現斷鏈故障，系統檢測精度高，誤差率低。

（3）自動化水平高：系統檢測到刮板輸送機斷鏈故障后通過聯鎖控制作用及時切斷電機電源，同時通過遠程控制系統實時監測系統工作狀態，自動化水平高，全程無人值守，降低了刮板鏈人工檢測勞動作業強度。

3.4 實際應用效果分析

2021年7月25日對602工作面SGZ1200/1400型刮板輸送機安裝了一套斷鏈檢測裝置，通過3個月實際應用效果來看，該裝置投入使用后共計檢測刮板鏈斷鏈故障16起，降低了斷鏈事故擴大范圍，設備事故率由原來的17.2%降低至4.7%,設備維修費用減少了12.8 萬元，斷鏈停機時間縮短了40%。

4 結束語

長春興煤礦對602 工作面刮板輸送機出現斷裂故障原因進行分析，安裝一套斷鏈檢測裝置，通過實際應用效果來看，該裝置投入使用后成功解決了刮板輸送機斷鏈故障檢測難度大、人工巡檢精度低、勞動作業強度大等技術難題，提高了刮板輸送機斷鏈故障檢測自動化水平，降低了斷鏈故障事故范圍擴大，保障了刮板輸送機安全穩定運行，取得了顯著應用成效。