岳永護(hù)

（西山煤電集團(tuán)杜兒坪礦，太原030045）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，礦井中越來(lái)越多的礦用設(shè)備實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化運(yùn)行和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，整個(gè)礦井也開(kāi)始逐漸朝著安全、智能、精準(zhǔn)的趨勢(shì)發(fā)展[1-3]。雖然目前煤礦中使用的帶式輸送機(jī)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度智能化的要求，但是要真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人化值守仍需對(duì)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與創(chuàng)新[4-5]。比如，遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用盡管能使長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的帶式輸送機(jī)在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，在任意位置迅速便捷地啟停，但針對(duì)斷帶、跑偏、著火等緊急情況的識(shí)別仍需要現(xiàn)場(chǎng)人員，這樣便降低了整個(gè)礦井的生產(chǎn)效率，不利于高效化礦井的建設(shè)；又如，一般礦井所使用的鋼絲繩芯阻燃輸送帶性能較差，容易出現(xiàn)撕裂的事故，雖然設(shè)計(jì)有撕裂發(fā)生時(shí)的保護(hù)裝置，但是由于裝置的靈敏性、可靠性較差，常常發(fā)生漏報(bào)、誤報(bào)的問(wèn)題，這樣使得礦井的安全生產(chǎn)得不到有效保障；再如，現(xiàn)階段煤礦中普遍使用的普通碳鋼托輥由于本身抗腐蝕能力較差，加之煤礦中環(huán)境惡劣，使得實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壽命，另外，隨著托輥出現(xiàn)腐蝕，接觸面不平整，導(dǎo)致運(yùn)行能耗和磨損加大，也容易誘發(fā)了皮帶過(guò)早斷裂，提高了帶式輸送機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)成本；此外，諸如變頻技術(shù)等的應(yīng)用，雖然設(shè)計(jì)之初是為了降低能耗和便于啟動(dòng)，但是實(shí)際使用中，需要人為操作來(lái)保證其平穩(wěn)運(yùn)行。

因此，急需針對(duì)現(xiàn)有礦用帶式輸送機(jī)出現(xiàn)的不足，提出一些解決方案，以此為未來(lái)帶式輸送機(jī)的無(wú)人化、智能化提供發(fā)展方向。

1 智能自動(dòng)化集中控制和無(wú)人值守技術(shù)

在現(xiàn)有煤礦中，在地面的監(jiān)控室可以實(shí)時(shí)接收到帶式輸送機(jī)發(fā)出的故障和設(shè)備信息，并依此來(lái)對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，此外在輸送機(jī)的一些重要部位配備了攝像頭來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以達(dá)到一定程度的無(wú)人值守[6-7]。但是，由于接受的信息有限，為全面了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、保證生產(chǎn)安全，同時(shí)必要時(shí)采取一些處置措施，帶式輸送機(jī)的一些重要地點(diǎn)一般保持有人員進(jìn)行看守。在不遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，以智能系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)、控制輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是目前的一大研究方向。要實(shí)現(xiàn)真正的智能化，最為重要的一步是實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別，采用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等3個(gè)方面的結(jié)合形成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可有效解決這一問(wèn)題。

1.1 視覺(jué)功能

圖1 系統(tǒng)堆煤預(yù)警處理圖像

視覺(jué)功能指的是通過(guò)外部視覺(jué)觀察可以發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)是否存在影響輸送機(jī)正常運(yùn)行的安全隱患或問(wèn)題?，F(xiàn)階段，視覺(jué)功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員檢查一些輸送機(jī)的關(guān)鍵部位與輸送帶的完好情況和運(yùn)行情況、在運(yùn)行過(guò)程中物料是否含有異物與能否順利運(yùn)輸?shù)惹闆r來(lái)實(shí)現(xiàn)；未來(lái)新型的視覺(jué)系統(tǒng)將由一些安裝在重要部位的智能高清攝像機(jī)、傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)后臺(tái)分析系統(tǒng)來(lái)組成，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、采集井下輸送機(jī)的運(yùn)行視頻，并通過(guò)智能分析系統(tǒng)對(duì)設(shè)備和煤流的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行判別。當(dāng)前，具有人工智能的視覺(jué)功能已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，并取得了一些應(yīng)用成果。例如，為處理由于瞬時(shí)出煤量過(guò)大而導(dǎo)致的堆煤現(xiàn)象，系統(tǒng)通過(guò)在卸煤點(diǎn)安裝智能攝像機(jī)，監(jiān)控輸送帶上的煤流情況，然后傳輸至地面的后臺(tái)處理軟件，軟件通過(guò)在圖像劃分網(wǎng)格，確定煤堆高度，當(dāng)煤堆高度持續(xù)超過(guò)設(shè)定的閾值一段時(shí)間，即認(rèn)為出現(xiàn)堆煤現(xiàn)象，從而報(bào)警并采取相應(yīng)措施。圖1所示為運(yùn)輸系統(tǒng)正常運(yùn)行和堆煤時(shí)的處理圖像。

1.2 聽(tīng)覺(jué)功能

在礦井環(huán)境中，視覺(jué)僅能識(shí)別一些特定情況，往往存在一些無(wú)法通過(guò)視頻監(jiān)控直接觀察到的問(wèn)題，比如皮帶打滑、托輥破壞等問(wèn)題，因此也需要其他方面提供的信息來(lái)輔助檢查。當(dāng)帶式輸送機(jī)發(fā)出一些振動(dòng)、摩擦的聲音時(shí)，這可能說(shuō)明托輥、皮帶、電動(dòng)機(jī)等部件出現(xiàn)異常問(wèn)題，因此通過(guò)此類(lèi)聲音可以對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行判別。在聽(tīng)覺(jué)功能方面，目前有關(guān)智能識(shí)別的研究主要針對(duì)于如何有效利用收音設(shè)備收集并自動(dòng)識(shí)別故障發(fā)生時(shí)的異常響動(dòng)與聲波頻率。這方面存在的最大難題在于，礦井生產(chǎn)環(huán)境十分復(fù)雜，存在較多雜音，如何有效過(guò)濾無(wú)關(guān)音頻，并對(duì)發(fā)生故障時(shí)所產(chǎn)生的聲波進(jìn)行捕獲，成功地識(shí)別異常響動(dòng)的特征。當(dāng)系統(tǒng)能通過(guò)聲音判別有關(guān)故障，便能及時(shí)進(jìn)行上報(bào)、處置。

1.3 觸覺(jué)功能

除了上述2種途徑，有時(shí)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部位的溫度變化和特殊振動(dòng)也是檢查是否發(fā)生故障的一個(gè)標(biāo)志。當(dāng)皮帶發(fā)生堆煤效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率增大，機(jī)頭部位的溫度升高，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。此外，由于潤(rùn)滑等原因，也會(huì)造成局部振動(dòng)加大、溫度升高。因此，通過(guò)溫度變化和機(jī)器振動(dòng)來(lái)對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)的方法也是切實(shí)可行的?，F(xiàn)階段，很多礦井主要通過(guò)手持溫測(cè)儀對(duì)整個(gè)皮帶進(jìn)行巡檢，點(diǎn)檢儀對(duì)機(jī)器的振動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)檢，很明顯，這樣是十分耗時(shí)耗力的，而且不能對(duì)儀器進(jìn)行及時(shí)檢定。未來(lái)，礦井中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)上的重要位置布有若干個(gè)專(zhuān)門(mén)測(cè)點(diǎn)，以達(dá)到設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量。

2 輸送帶防縱撕技術(shù)

礦井的輔助運(yùn)輸直接與礦井的產(chǎn)量有關(guān)，然而斷帶等問(wèn)題卻在煤礦中時(shí)有發(fā)生。當(dāng)煤礦發(fā)生此類(lèi)事故，將導(dǎo)致工作面生產(chǎn)的煤炭無(wú)法及時(shí)運(yùn)出，影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。目前，煤礦常采用的防縱撕保護(hù)裝置有灑落稱(chēng)重式、漏煤灑落翻板式、破損帶或異物刺穿拉線式等，這些方法均存在一些不足，經(jīng)?？赡馨l(fā)生漏報(bào)等問(wèn)題[8-9]。現(xiàn)階段已有有關(guān)科研院所針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展了一些研究工作，并取得了不錯(cuò)的效果。例如，某礦方通過(guò)利用安裝在皮帶上方的光感攝像機(jī)，對(duì)皮帶的表面狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將圖像傳輸至后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，專(zhuān)用軟件能夠?qū)D像中的輪廓線進(jìn)行智能分析，查找皮帶存在損傷的區(qū)域，如果存在異常，軟件將及時(shí)采取報(bào)警、停機(jī)等處理。圖2、圖3分別為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的2個(gè)現(xiàn)象。

3 節(jié)能降耗新技術(shù)

3.1 新型輸送帶

常規(guī)皮帶為了保證能長(zhǎng)期運(yùn)行、不易損壞等性能，采用鋼絲繩芯作為皮帶的骨架，這樣在設(shè)計(jì)中會(huì)導(dǎo)致的突出問(wèn)題是皮帶會(huì)出現(xiàn)加重的現(xiàn)象，從而使得輸送機(jī)的能耗加大，同時(shí)，皮帶容易出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。新型輸送帶為了解決這一問(wèn)題，采用芳綸作為內(nèi)芯，由于芳綸是有機(jī)材料，較鋼絲的密度更小，可大幅度減小輸送帶的質(zhì)量（30%~60%）,同時(shí)又能保證具有常規(guī)輸送帶一樣甚至更好的性能。上灣礦區(qū)的一部分區(qū)域通過(guò)將輸送帶替換，實(shí)現(xiàn)了能耗的顯著降低（6%），提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 未縱撕帶面

圖3 帶面修補(bǔ)部位起皮現(xiàn)象

3.2 視頻識(shí)別智能調(diào)速系統(tǒng)

從理論上來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速是有利于節(jié)能的，這是由于通過(guò)變頻調(diào)速可以精準(zhǔn)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得機(jī)器能在最優(yōu)的能耗下穩(wěn)定運(yùn)行。在煤礦上，由于煤炭的產(chǎn)量受到地質(zhì)和生產(chǎn)等多方面的影響，皮帶上的物料量容易出現(xiàn)波動(dòng)，甚至空載。這也推動(dòng)了變頻調(diào)速在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用，然而事實(shí)上，這一技術(shù)的應(yīng)用效果并不令人滿(mǎn)意。由于輸送帶上的物料量需要通過(guò)人工觀察的方法進(jìn)行測(cè)量，然后依照實(shí)際情況進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)速，這樣一方面，消耗了人力資源，提高了生產(chǎn)成本，另一方面，無(wú)法做到精準(zhǔn)調(diào)速、實(shí)時(shí)調(diào)速。針對(duì)現(xiàn)有變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)添加相應(yīng)的智能識(shí)別技術(shù)，可有效解決這一問(wèn)題。該智能識(shí)別系統(tǒng)由若干個(gè)高清攝像機(jī)、反饋系統(tǒng)和后臺(tái)處理系統(tǒng)組成，通過(guò)安放在落煤點(diǎn)的攝像機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)出煤量進(jìn)行監(jiān)控，將數(shù)據(jù)匯集至后臺(tái)終端，在得到了礦井各地實(shí)時(shí)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)反饋系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)施調(diào)整。2015年，哈拉溝煤礦通過(guò)使這一技術(shù)，取得了很好的效果，降低能耗幅度達(dá)到20%。

3.3 新型托輥

托輥是輸送機(jī)的一個(gè)主要承載部件，托輥的好壞不光會(huì)影響輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，也會(huì)間接影響到輸送機(jī)的運(yùn)行效率。然而，由于煤礦條件較為復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)托輥腐蝕，托輥的更換周期往往達(dá)不到規(guī)定值。對(duì)于較長(zhǎng)的膠帶輸送機(jī)而言，維護(hù)管理成本十分高昂，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，有必要開(kāi)發(fā)新型托輥，提高其抗腐蝕能力，保證其能在煤礦環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。某科研企業(yè)通過(guò)技術(shù)研發(fā)，開(kāi)發(fā)出一種新型不銹鋼托輥，其運(yùn)行阻力小、使用壽命長(zhǎng)。上灣煤礦通過(guò)替換這種托輥，實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)運(yùn)行功率的降低，降低了托輥的檢修、更換頻率，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文從目前礦用帶式輸送機(jī)存在的相關(guān)問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合礦用設(shè)備安全、智能、精準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)，闡述了有關(guān)智能自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)、智能調(diào)速系統(tǒng)、新型輸送帶、新型托輥等4種新技術(shù)，隨著這些技術(shù)的應(yīng)用，一些煤礦的安全經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提升。隨著我國(guó)礦用輸送機(jī)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并運(yùn)用于更多礦井，高效運(yùn)輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)旁無(wú)人值守的場(chǎng)景將很快實(shí)現(xiàn)，這也將為礦井的安全高效生產(chǎn)提供保障。

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