臧旭輝

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)河津杜家溝煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

引言

某煤礦第15 號(hào)煤層處在太原組最底部，同時(shí)也在K2 灰?guī)r下面，煤層厚度在1.64～7.20 m 之間，平均厚度大約在3.86 m。作為全煤巷道，運(yùn)輸大巷是以15 號(hào)煤層為基礎(chǔ)而掘進(jìn)創(chuàng)建的，因?yàn)槭褂弥芷陂L(zhǎng)、煤層裂紋大，所以很容易引起巷道底板發(fā)生變形。同時(shí)煤層巷道所使用的帶式運(yùn)輸機(jī)也是以巷道底板為基礎(chǔ)進(jìn)行布置的。伴隨煤礦開(kāi)采量的不斷擴(kuò)大，煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的工作強(qiáng)度也在不斷加大。帶式運(yùn)輸機(jī)在粉塵濃度、空氣濕度以及巷道變形等多種因素共同影響下，很容易出現(xiàn)撒料、跑偏以及停機(jī)維修等故障，使得煤礦開(kāi)采效率大幅降低。因此，要對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)的故障原因以及類型進(jìn)行深入分析，同時(shí)還要通過(guò)智能化手段提出有效解決方案，從而保證煤礦掘采效率的提高。

1 主要故障類型分析

1.1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)及原理

如圖1 所示，作為15 號(hào)煤層大巷主要運(yùn)輸設(shè)備帶式運(yùn)輸機(jī)由驅(qū)動(dòng)運(yùn)行裝置、尾架拉緊裝置、改向滾筒組、緩沖托輥組、傳送運(yùn)輸帶、煤礦清掃器、操作保護(hù)裝置七部分共同組成[1]。

圖1 帶式運(yùn)輸機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖

驅(qū)動(dòng)運(yùn)行裝置為帶式運(yùn)輸機(jī)提供動(dòng)力，滾筒傳遞動(dòng)力，皮帶在摩擦力驅(qū)動(dòng)下圍繞托輥、滾輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)拉緊裝置作用皮帶張緊，因?yàn)榫彌_托輥的支撐使得皮帶保持在U 形狀態(tài)。在皮帶作用下煤炭隨其向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)運(yùn)輸終點(diǎn)。帶式運(yùn)輸機(jī)承載力主要來(lái)源于機(jī)架，而帶式運(yùn)輸機(jī)機(jī)架優(yōu)勢(shì)沿著大巷底板進(jìn)行鋪設(shè)，但是運(yùn)輸機(jī)的平行運(yùn)轉(zhuǎn)卻不受大巷底板變形影響。

1.2 故障類型

該礦經(jīng)過(guò)6 個(gè)月監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行故障主要有撒料、皮帶跑偏等6 種，其故障占比如圖2 所示。其中，63.5%的故障率都是源自撒料以及皮帶跑偏，對(duì)煤炭運(yùn)輸效率產(chǎn)生重大影響。

圖2 帶式輸送機(jī)故障率發(fā)生對(duì)比圖

1）故障率排在第一的是皮帶跑偏，所占比例37%。運(yùn)輸機(jī)正常工作狀態(tài)下，因?yàn)橥休伒闹巫饔闷С尸F(xiàn)U 形帶動(dòng)貨物運(yùn)行，通常情況就是皮帶以非U 形狀態(tài)遠(yuǎn)離托輥支撐運(yùn)行而導(dǎo)致故障，從而引起皮帶磨損、撒料等問(wèn)題，甚至情況嚴(yán)重者出現(xiàn)安全事故。

2）故障率排在第二的是撒料，所占比例28.3%。造成運(yùn)輸機(jī)撒料的主要原因有皮帶跑偏遠(yuǎn)離支撐而使物料撒落，以及大巷底板自身變形較大導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)皮帶松緊形成懸空從而造成撒料。

3）故障率排在第三的是異常噪音，所占比例21.2%。因?yàn)閹竭\(yùn)輸長(zhǎng)期處于粉塵環(huán)境中，所以很容易導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)軸承損壞。且部件數(shù)量眾多，所以很容易有異常噪音產(chǎn)生。雖然這類故障不會(huì)對(duì)運(yùn)輸效率產(chǎn)生較大影響，但是這類問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)往往也就意味著運(yùn)輸機(jī)需要維護(hù)保養(yǎng)了。

4）故障率排在第四的是皮帶打滑，所占比例6.9%。因?yàn)闈L筒與皮帶之間摩擦方式發(fā)生變化從而導(dǎo)致皮帶打滑。其主要原因分為如下兩種：第一種是皮帶張緊裝置提供的張緊力太小；第二種是皮帶與滾筒之間進(jìn)入濕潤(rùn)物料[2-3]。

5）故障率排在第五的是皮帶斷裂，所占比例3.9%。這種故障雖然發(fā)生概率很小，但是造成危害卻極大，一旦發(fā)生整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其主要發(fā)生在皮帶和滾筒接口處。造成這種情況的主要原因就是轉(zhuǎn)載破損以及皮帶老化等。

6）故障率排在第六的是減速機(jī)斷軸，所占比例2.7%。其主要發(fā)生位子在減速機(jī)高速軸位上，產(chǎn)生這種情況的主要原因就是部件設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，在加上高強(qiáng)度疲勞損壞，很容易引起轉(zhuǎn)軸斷裂。

2 故障預(yù)防控制研究

2.1 解決方案

按照故障類型進(jìn)行傳感器引入，通過(guò)傳感器對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所圖3 所示，智能控制系統(tǒng)自行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)送指令，從而確保智能控制的有效實(shí)現(xiàn)。

圖3 帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)架構(gòu)

1）皮帶跑偏。以左右交替方式，每50 m 間距在皮帶兩側(cè)布置1 個(gè)距離傳感器，借助極限值設(shè)置法來(lái)解決皮帶跑偏問(wèn)題，當(dāng)皮帶跑偏距離相對(duì)較小時(shí)可以發(fā)送提醒警告以便人工查驗(yàn)，當(dāng)皮帶跑偏距離相對(duì)較大時(shí)可以直接使運(yùn)輸系統(tǒng)停止運(yùn)行。

2）撒料。皮帶下面每間隔5 m 安裝一個(gè)稱重傳感器，把第一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)作為初始值，然后和其他傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如果數(shù)據(jù)差異相對(duì)較大，那么控制主機(jī)就會(huì)發(fā)送警報(bào)，從而提醒工作人員對(duì)運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行檢修維護(hù)。

3）皮帶打滑。皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)主要是滾筒靜摩擦力帶動(dòng)的，如果皮帶出現(xiàn)打滑那么很容易造成靜摩擦牽引力減小。所以需要在滾筒和皮帶交接處安裝速度傳感器，以此獲取皮帶運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而判斷皮帶打滑情況。

4）因?yàn)闇p速機(jī)斷軸、皮帶撕裂這兩種情況發(fā)生概率很小，并且運(yùn)輸機(jī)設(shè)備自身能夠?qū)\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，所以不需要在增加其他智能判斷模塊。

2.2 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制系統(tǒng)主要由集中控制系統(tǒng)和傳感器檢測(cè)系統(tǒng)組成。集中控制系統(tǒng)作為智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，其主要作就是數(shù)據(jù)分析、指令發(fā)送；傳感器檢測(cè)系統(tǒng)主要作用就是接受采集傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和及時(shí)性，首先系統(tǒng)配件自身的可靠性和穩(wěn)定性要有保證，只有如此才能保證整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的性能。15 號(hào)煤層運(yùn)輸大巷工作環(huán)境狀況極為惡劣，所以優(yōu)先選用高性能57-1214PLC型西門(mén)子主控制器。此系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)模塊主要有PLC 控制系統(tǒng)、功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)組成[4]。智能控制系統(tǒng)各個(gè)模塊流程圖如圖4 所示。作為智能控制系統(tǒng)的重要組成部分PLC 控制系統(tǒng)主要作用就是接受控制命令以及控制命令輸出，從而保證對(duì)電動(dòng)機(jī)的有效控制；傳感器系統(tǒng)主要作用就是對(duì)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速率、運(yùn)輸量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給PLC 控制器；功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要作用就是對(duì)變頻器以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給PLC 控制器；傳感器系統(tǒng)只要作用就是對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給PLC 控制器。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC 控制器初步處理后反饋給上位機(jī)系統(tǒng)，煤礦開(kāi)采人員可通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖4 帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)組成

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)的故障類型、特點(diǎn)以及故障解決方法都有一個(gè)全面了解。通過(guò)引入智能控制系統(tǒng)，不僅讓帶式運(yùn)輸機(jī)故障智能預(yù)警得到有效實(shí)現(xiàn)，而且還讓運(yùn)輸機(jī)故障率得到大幅降低。與此同時(shí)，還要加大生產(chǎn)監(jiān)管力度以及強(qiáng)化工作人員技能操作，盡而確保煤礦運(yùn)輸設(shè)備故障發(fā)生率的有效降低。