賀瑞峰，王建盛

（山西省河曲縣晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 沂州 036500）

1 概 況

沙坪煤礦礦井主采煤層為13號煤，地層位置關(guān)系為太原組二段中下部，由于礦井煤層出現(xiàn)分層且煤層賦存較厚，分為13號上煤層和13號煤層，其中上煤層厚度為4.57～9.39 m，平均煤厚為5.92 m；13號煤層厚度為6.1～22.2 m，平均煤厚16.84 m，兩層煤之間的層間距為9.36 m左右。下部13號煤層作為礦井主采煤層，厚度大，含有1～18層的夾矸，累計(jì)厚度為0.43～9.47 m，礦井設(shè)計(jì)核定產(chǎn)能為800萬t/a，采用兩采兩備方式進(jìn)行采掘作業(yè)。

由于工作面產(chǎn)煤量較大，運(yùn)輸設(shè)備檢修時(shí)間短，隨著皮帶運(yùn)輸機(jī)的長期高強(qiáng)度高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，很難保證皮帶設(shè)備的安全可靠性，嚴(yán)重影響礦井的安全高效生產(chǎn)，因此，如何實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的快速準(zhǔn)確自檢，通過智能化管控，提高設(shè)備的故障維修率，保證礦井的安全生產(chǎn)，具有重要意義。

2 皮帶裝置結(jié)構(gòu)原理與故障類型劃分

2.1 皮帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

沙坪煤礦皮帶輸送機(jī)主要由前后電機(jī)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒、皮帶、托輥、清掃刮板、保護(hù)裝置、緩沖輥和脹拉絞車等部件組成。皮帶運(yùn)輸機(jī)在驅(qū)動(dòng)滾筒的帶動(dòng)下作定向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過脹拉絞車把皮帶拉緊，皮帶運(yùn)行時(shí)通過固定在H架和架桿上的托輥承載運(yùn)動(dòng)。皮帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 皮帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)原理Fig.1 Structure principle of belt conveyor

2.2 故障類型劃分

對沙坪煤礦主采13號煤層的主要運(yùn)輸大巷、采煤工作面和掘進(jìn)工作面的皮帶運(yùn)輸機(jī)連續(xù)6個(gè)月出現(xiàn)的大概率故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)出皮帶斷裂、減速機(jī)斷軸、跑偏、撒料、皮帶打滑和異常噪聲等6個(gè)方面故障，其中故障率最高的2個(gè)因素是跑偏和撒料，且二者之間存在相互影響的聯(lián)系，具體如圖2所示。

圖2 故障類型占比柱狀圖Fig.2 Column diagram of fault type proportion

（1）皮帶運(yùn)輸機(jī)故障率最高的為跑偏，占比37%。跑偏故障主要由于機(jī)頭機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾筒受力不均，導(dǎo)致皮帶運(yùn)行時(shí)不在同一條中軸線上，加之皮帶上運(yùn)載的重物，如煤、矸石等存在分布不均，導(dǎo)致皮帶運(yùn)行跑偏。

（2）撒料事故故障率僅次于跑偏，占比28.5%。導(dǎo)致皮帶撒料的原因主要是巷道坡度起伏較多，當(dāng)皮帶滿載荷運(yùn)行時(shí)，在經(jīng)過變坡點(diǎn)和低洼起伏點(diǎn)時(shí)，皮帶的承載力短時(shí)間發(fā)生變化，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)失重現(xiàn)象，當(dāng)載物再次落回皮帶時(shí)，落點(diǎn)未與軸心線重合，就會(huì)導(dǎo)致撒料情況發(fā)生。

（3）占比第三的是皮帶的異常噪音故障，占比22.4%。井下皮帶輸送機(jī)滾動(dòng)運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，運(yùn)載的物品種類較多，導(dǎo)致傳動(dòng)件磨損銹蝕，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)受阻就會(huì)發(fā)出刺耳的噪聲。

（4）皮帶打滑占比7.3%，主要由于皮帶延伸鋪設(shè)后未及時(shí)恢復(fù)張緊，使得在松弛狀態(tài)下運(yùn)載煤矸出現(xiàn)動(dòng)力不足現(xiàn)象。皮帶滾筒之間產(chǎn)生的帶速差會(huì)影響皮帶的運(yùn)行效果；破巖割煤期間，后巷開啟噴霧，若未對皮帶進(jìn)行保護(hù)，皮帶就會(huì)存在積水，在經(jīng)過滾筒時(shí)，不能提供足夠的摩擦力，使得皮帶張力削弱，產(chǎn)生打滑。

（5）皮帶斷裂的故障率4.4%，雖屬于小概率事件，但故障后果嚴(yán)重。該故障主要是因?yàn)樵O(shè)備長期磨損老化，尤其是日常硫化維護(hù)不到位，連接皮帶扣和鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重，加之皮帶超負(fù)荷運(yùn)載、被硬物劃傷撕裂等，就會(huì)發(fā)生皮帶斷裂。

（6）減速機(jī)的斷軸故障發(fā)生概率約為2.5%，多數(shù)原因是由于皮帶輸送機(jī)長期高強(qiáng)度、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，減速機(jī)軸承不能承受壓力發(fā)生過載斷軸現(xiàn)象。

3 PLC故障智能防控體系構(gòu)建

3.1 故障監(jiān)控體系構(gòu)建

根據(jù)上文分析，在不同類型的故障點(diǎn)和易發(fā)生故障的區(qū)段安裝監(jiān)測傳感器等保護(hù)裝置，經(jīng)過信號傳輸與主機(jī)的分析判斷，將處理信號反饋回傳給信號分站，做出如斷電、閉鎖等保護(hù)動(dòng)作，起到對設(shè)備及配件的保護(hù)效果，防范事故發(fā)生和災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大。故障監(jiān)控體系保護(hù)裝置架構(gòu)如圖3所示。

圖3 故障監(jiān)控體系保護(hù)裝置架構(gòu)Fig.3 Fault monitoring system protection device architecture

（1）防跑偏保護(hù)。為有效防止皮帶運(yùn)行中出現(xiàn)跑偏，按照每50 m間距在皮帶兩側(cè)交替安裝一組跑偏傳感器，根據(jù)皮帶寬度和中線軸距的最大限度設(shè)定跑偏限量，當(dāng)超出限定值時(shí)，保護(hù)裝置即發(fā)出報(bào)警，對皮帶進(jìn)行自動(dòng)校正復(fù)位；超出限定值過大時(shí)，則進(jìn)行斷電停機(jī)。

（2）防撒料保護(hù)。每隔50 m和鋪設(shè)皮帶起伏不平的區(qū)段安設(shè)稱重傳感器，設(shè)定轉(zhuǎn)載點(diǎn)接煤接矸處為初始值，同時(shí)設(shè)定系統(tǒng)承載最大載荷量和壓力值。監(jiān)測到皮帶載荷量異常波動(dòng)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，進(jìn)行檢修維護(hù)。

（3）防打滑保護(hù)。分析皮帶打滑的主要影響因素，一是存在帶速差；二是皮帶有水濕滑，摩擦力較小。在驅(qū)動(dòng)滾筒處安裝速度傳感器，通過比對皮帶和滾筒的運(yùn)行速率差，分析反饋皮帶是否存在打滑現(xiàn)象；在頂板淋水和裝有防塵噴霧的地點(diǎn)架設(shè)雨搭。

（4）安裝拉力傳感器對皮帶張緊力進(jìn)行監(jiān)測，一旦小于正常預(yù)警值，則說明皮帶發(fā)生撕裂或者減速機(jī)斷軸事故，自動(dòng)緊急停止皮帶運(yùn)行。

3.2 智能防控系統(tǒng)構(gòu)建

智能防控系統(tǒng)主要由監(jiān)測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)構(gòu)成。選擇西門子S7-1214PLC型智能主控器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架為PLC控制系統(tǒng)、傳感器監(jiān)測群組、運(yùn)輸機(jī)電器功率、變頻器電壓、電流等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測，如圖4所示。

圖4 智能控制系統(tǒng)工作原理Fig.4 Working principle of intelligent control system

4 結(jié) 語

根據(jù)沙坪煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)際情況，對皮帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行辨識統(tǒng)計(jì)，對各類故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)分析結(jié)果安裝監(jiān)測傳感器，對故障實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定性的準(zhǔn)確監(jiān)測，并通過智能控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)出指令，避免設(shè)備的帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，確保礦井安全生產(chǎn)。