王海瑞

（汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司中盛煤業(yè)分公司，山西 靈石 031309）

引言

皮帶輸送機(jī)是通過驅(qū)動滾筒與輸送皮帶間的摩擦力帶動皮帶移動，從而實現(xiàn)采掘作業(yè)面煤炭、矸石等外運[1-2]。帶式輸送機(jī)是煤礦井下最為重要的運輸設(shè)備，若運行過程中出現(xiàn)故障會導(dǎo)致煤炭運輸中斷，給煤礦正常生產(chǎn)帶來影響[3]。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，皮帶輸送機(jī)沿線需要布置防跑偏、防打滑、防縱向撕裂、防堆煤等各種安全保護(hù)設(shè)施，同時應(yīng)具備張力調(diào)節(jié)、急停閉鎖、超溫曬水等功能[4-5]?，F(xiàn)階段眾多研究學(xué)者對皮帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)展開研究，但是現(xiàn)場應(yīng)用過程中存在自動化程度低、功能不完備、可靠性不強以及故障定位不精準(zhǔn)等問題[6]。為此，文中在以往研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井大功率皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場實際情況，提出一種皮帶輸送機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)集成有輸送機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、自動控制等功能，可在一定程度上提升皮帶輸送機(jī)運行自動化控制水平以及安全保障能力。

1 31102 綜采工作面工程概況

山西某礦使用的31102 綜采工作面運輸巷帶式輸送機(jī)型號為TSD80，輸送機(jī)皮帶鋪設(shè)長度1 590 m，皮帶寬度1 500 mm，額定運輸能力2 000 t/h，額定運行速度5.0 m/s，皮帶輸送機(jī)運行采用2 臺功率均為1 600 kW 電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)均布置在輸送機(jī)機(jī)頭位置。皮帶通過驅(qū)動滾筒、托輥以及改向滾筒等綜合作用實現(xiàn)張緊，皮帶輸送機(jī)運行通過電機(jī)帶動驅(qū)動滾筒實現(xiàn)。TSD80 皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 TSD80 皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

31102 綜采工作面運輸系統(tǒng)包括有4 臺皮帶輸送機(jī)，通過皮帶輸送機(jī)搭接實現(xiàn)煤炭外運。為了確保皮帶輸送機(jī)運行可靠性并實現(xiàn)運行故障監(jiān)測，可采用安全監(jiān)控系統(tǒng)對皮帶輸送機(jī)沿線運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并配合變頻器、PLC、外圍I/O 設(shè)備以及張緊裝置等對皮帶輸送機(jī)運行，從而避免斷帶、跑偏、超速、撕裂以及高溫等故障發(fā)生。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

提出的安全監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)運行參數(shù)的監(jiān)測及自動控制，具體監(jiān)測參數(shù)包括有運行速度、張緊力、滾筒振動，電機(jī)振動、溫度以及電流，減速器振動、溫度等信號；皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制包括有軟啟動控制、急?？刂埔约皬埦o控制等。具體設(shè)計的安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有上位機(jī)、下位機(jī)（布置在機(jī)頭、機(jī)尾處）、處理器模塊以及信號采集裝置等。上位機(jī)置于地面并通過CAN 總線方式與處理器模塊進(jìn)行通信，處理器模塊置于井下巷道內(nèi)，核心為STM32 芯片，負(fù)責(zé)井下信息（包括沿線管理模塊、語音報警模塊、配電模塊等信息）處理、通信。機(jī)頭下位機(jī)用以對煙霧、運行速度、溫度等監(jiān)測，并通過控制變頻器實現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)軟啟動；機(jī)尾下位機(jī)主要負(fù)責(zé)撕裂、跑偏等傳感器監(jiān)測分析。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)

監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)分布在機(jī)頭、機(jī)尾，機(jī)頭下位機(jī)用以實現(xiàn)監(jiān)測皮帶輸送機(jī)運行工況參數(shù)并對沿線的急停、灑水裝置以及變頻器等運行進(jìn)行控制,機(jī)頭下位機(jī)結(jié)構(gòu)包括有電源轉(zhuǎn)換電路、通信電路、急停開關(guān)電路、繼電控制電路以及信號采集電路等。機(jī)尾下位機(jī)主要用以皮帶輸送機(jī)運行參數(shù)監(jiān)測，僅需要將各類傳感器接入到下位機(jī)即可。

2.2 監(jiān)測傳感器

皮帶輸送機(jī)沿線布置的各類傳感器是實現(xiàn)安全監(jiān)控的基礎(chǔ)，傳感器安裝數(shù)量、位置以及安裝方式等均會給監(jiān)測結(jié)果帶來影響。為此，文中基于以往研究成果并結(jié)合礦井皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場監(jiān)控需要，具體確定各類安全監(jiān)測傳感器型號、安裝位置以及布置方式。

速度傳感器對皮帶輸送機(jī)皮帶速度監(jiān)測，并通過與設(shè)定的速度閾值比對，實現(xiàn)皮帶超速運行或者打滑等故障分析。采用的速度傳感器型號為GSC6-SC，安裝點位于皮帶回程處并與皮帶、滾筒等緊密連接。溫度傳感器用以對摩擦起熱、滾筒、電機(jī)等溫度監(jiān)測，選用的溫度傳感器型號為KGW200H，布置在輸送機(jī)機(jī)架上，紅外探頭與驅(qū)動貫通間隔控制在200 mm。煙霧傳感器用以對煤炭、電纜等燃燒情況監(jiān)測，采用的煙霧傳感器型號為GQL0.1，安裝位置為驅(qū)動滾筒下風(fēng)側(cè)。跑偏傳送器用以對皮帶位置監(jiān)測，避免出現(xiàn)縱向撕裂、異常磨損等情況，選用的跑偏傳感器型號為GEJ-15，安裝位置為機(jī)頭、機(jī)尾以及輸送機(jī)中部兩側(cè)位置。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)運行流程

安全監(jiān)控系統(tǒng)通電后，首先進(jìn)行初始化處理，并分配皮帶輸送機(jī)沿線各類安全監(jiān)控傳感器地址，對沿線循環(huán)安全監(jiān)測設(shè)備是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判定。當(dāng)發(fā)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)可滿足啟動需要且張緊力達(dá)到要求時，通過機(jī)頭下位機(jī)向變頻器發(fā)出指令，從而實現(xiàn)皮帶輸送機(jī)軟啟動。在皮帶輸送機(jī)運行過程中，安全監(jiān)控系統(tǒng)會持續(xù)對皮帶輸送機(jī)運行參數(shù)進(jìn)行檢測，并對比傳感器檢測值與預(yù)先設(shè)定的安全閾值，根據(jù)檢測結(jié)果執(zhí)行報警、灑水以及緊急停機(jī)等控制程序。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)

安全監(jiān)控系統(tǒng)控制界面如圖3 所示，監(jiān)控界面上可實時顯示供電電流、電壓以及沿線各類安全檢測傳感器檢測結(jié)果。通過主控制界面，即可實時掌握帶式輸送機(jī)運行情況。

圖3 安全監(jiān)控系統(tǒng)控制界面

為了便于地面監(jiān)控中心及時掌握皮帶輸送機(jī)運行情況，在控制軟件中布置有運行工況查詢界面、報警系統(tǒng)界面，地面監(jiān)控人員通過“查詢報警”即可進(jìn)入到報警系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)有報警程度、時間以及類型等各類參數(shù)。在報警系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定各類報警值，一旦部分監(jiān)測參數(shù)超過設(shè)定值，報警系統(tǒng)即會自動顯示故障信息并標(biāo)注故障位置，從而發(fā)現(xiàn)故障并排除。

4 結(jié)語

皮帶輸送機(jī)是煤礦井下運輸?shù)闹饕O(shè)備，皮帶輸送機(jī)運行可靠性以及技術(shù)水平等直接影響煤炭外運效率。隨著煤礦開采范圍、開采強度等不斷增加，皮帶輸送機(jī)鋪設(shè)范圍、負(fù)載等均明顯增加。采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)運行監(jiān)測，對提高煤炭運輸系統(tǒng)生產(chǎn)效率具有重要作用。

本文針對山西某礦井下實際情況，提出一種皮帶輸送機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，并對監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感器布置以及控制軟件等部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。在該礦現(xiàn)場應(yīng)用后，提出的安全監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運行參數(shù)監(jiān)控，同時系統(tǒng)在可靠性、監(jiān)測精度等方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。