秦維陽

（山西汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

刮板輸送機是采掘作業(yè)面主要運輸設(shè)備并為采煤機往返移動提供便利，刮板輸送機運行穩(wěn)定性、可靠性會直接影響井下生產(chǎn)[1]。刮板鏈通過移動起到牽引作用，刮板鏈張緊力與刮板輸送機運行時間、鋪設(shè)長度以及負載等密切相關(guān)，當刮板輸送機負載突然增加或者存在卡鏈、斷鏈等故障時，刮板輸送機張緊力會出現(xiàn)明顯變化[2-3]。刮板輸送機鏈條張緊力過大或者過小均會影響運行。根據(jù)相關(guān)研究成果表明，刮板鏈故障占刮板輸送機故障總數(shù)的40%以上，刮板鏈故障主要是由于安裝工藝或材質(zhì)質(zhì)量不滿足相關(guān)標準、負載過大、操作不規(guī)范、使用環(huán)境存在腐蝕性液體、異常沖擊等[4]。眾多的學(xué)者對刮板輸送機驅(qū)動、中部槽、鏈輪以及刮板鏈等展開研究，并取得較為顯著應(yīng)用成果[5-7]。文中就在以往研究成果基礎(chǔ)上，以51102 綜采工作面使用的SGZ1000/2100 刮板輸送機為研究對象，提出一種刮板輸送機鏈條保護系統(tǒng)，以期增加刮板輸送機運輸可靠性并提升采面綜采設(shè)備運行效率。

1 工程概況

山西某礦51102 綜采工作面設(shè)計推進長度為1 890 m、采面斜長為260 m，開采的11 號煤層厚度均值3.9 m，傾角2°～12°，采面開采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，煤層厚度變化較大，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖以及炭質(zhì)泥巖為主。采面使用的刮板輸送機型號為SGZ1000/2100，采用3 臺功率均為700 kW 電機驅(qū)動，采用變頻控制，鏈速v 在0～1.41 m/s 內(nèi)可調(diào)，設(shè)備額定運輸能力為2 700 t/h，具體刮板輸送機結(jié)構(gòu)如圖1 所示。刮板輸送機工作時，驅(qū)動電機通過減速器帶動驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈輪與刮板鏈圓環(huán)嚙合帶動刮板鏈往返移動，實現(xiàn)刮板鏈上物料運輸。

圖1 SGZ1000/2100 刮板輸送機結(jié)構(gòu)示意圖

SGZ1000/2100 刮板輸送機受現(xiàn)場地質(zhì)條件惡劣、負載大等因素影響，刮板鏈故障發(fā)生率較高，其中故障類型以斷鏈為主。為確保刮板輸送機可靠運行，需要構(gòu)建一種刮板鏈保護系統(tǒng)，對刮板鏈運行情況進行實時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)并消除故障，提高刮板鏈運行穩(wěn)定性。

2 刮板輸送機鏈條保護系統(tǒng)構(gòu)建

SGZ1000/2100 刮板輸送機在51102 綜采工作面現(xiàn)場使用時刮板鏈存在的主要問題是斷鏈，因此構(gòu)建的保護系統(tǒng)重點對斷鏈故障進行檢測。

2.1 斷鏈故障檢測方法

當刮板鏈出現(xiàn)斷鏈后最為直觀的表現(xiàn)為刮板兩端出現(xiàn)一定偏移量，同時由于負載出現(xiàn)變化，機頭、機尾電機輸入電流會出現(xiàn)波動。為提高刮板鏈斷鏈故障檢測精度，文中綜合刮板偏移量、機頭及機尾電機電流差確定刮板鏈斷鏈故障。

1）刮板偏移檢測方法。當刮板鏈有斷鏈故障時，刮板與運行方向間角度會出現(xiàn)明顯變化。具體刮板偏移檢測示意圖如圖2 所示?？稍诠伟遢斔屯晃恢脙蓚?cè)分別布置傳感器對刮板到達該位置時間進行測定，若測定時間差超過設(shè)定閾值后，則表明刮板位置出現(xiàn)偏移，刮板鏈出現(xiàn)斷鏈故障。PLC 采集接近開采信號，并確定同一組接近開關(guān)信號時間差Δt，當Δt 連續(xù)3次超過Δtmin（Δtmin可通過ΔSmin/v 確定）時，PLC 會自動發(fā)出預(yù)緊信號；當Δt 連續(xù)5 次超過Δtmin時則PLC 發(fā)出斷鏈預(yù)警信號。

圖2 刮板斷鏈檢測示意圖

2）機頭及機尾電流差檢測。刮板輸送機正常運行時，在變頻控制系統(tǒng)作用下機頭、機尾驅(qū)動電機功率可保持平衡，兩個電機間輸入電流差較小。當刮板鏈出現(xiàn)斷鏈故障后，容易出現(xiàn)卡殼情況，此時機頭及機尾電機功率出現(xiàn)顯著變化，輸入電流出現(xiàn)差異。使用傳感器對機頭及機尾電機電流進行實時檢測，即可判斷刮板鏈是否出現(xiàn)斷鏈故障。

3）斷鏈定位。在刮板輸送機刮板鏈上確定布置一個基準刮板，并在一個位置安裝定位傳感器記錄基準刮板、斷鏈的刮板通過該位置時間t1、t2，結(jié)合刮板鏈鏈速v、時間差（t2-t1），即可判定斷鏈刮板與基準刮板間距離，從而實現(xiàn)斷鏈定位。

2.2 整體方案

具體構(gòu)建的刮板輸送機斷鏈故障檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，在51102 綜采工作面SGZ1000/2100 刮板輸送機共布置5 組傳感器，每組由2 個傳感器構(gòu)成，機頭、機尾分別布置3 組、2 組傳感器。采用變頻器對刮板輸送機3 部驅(qū)動電機電流進行實時檢測；在機頭鏈輪蓋板上布置斷鏈定位傳感器。刮板輸送機上布置的所有傳感器檢測數(shù)據(jù)均傳輸至控制器進行處理；控制器與觸摸屏通信，實現(xiàn)人機交互；控制器處理信息通過井下工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心，通過監(jiān)控大屏即可掌握采面刮板輸送機鏈條狀態(tài)。

圖3 刮板輸送機斷鏈故障檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

控制器是刮板鏈斷鏈檢測系統(tǒng)核心設(shè)備之一，其性能會直接影響斷鏈檢測系統(tǒng)運行效率、可靠性。結(jié)合現(xiàn)場情況，控制器選用S7-1200 系列PLC，控制器與刮板輸送機上各傳感器間采用RS-485 模塊通信，通過井下工業(yè)以太網(wǎng)模塊與地面監(jiān)控上位機通信。

斷鏈檢測使用的傳感器類型分別為定位傳感器、接近開關(guān)傳感器，分別對斷鏈位置以及刮板偏移量進行檢測。結(jié)合現(xiàn)場需要，選用的定位傳感器型號為TB-M18-H1147、接近開關(guān)傳感器型號為XS1 N30PA349，選用的傳感器均為本質(zhì)安全型設(shè)備，可滿足采面使用需要。

2.3 控制軟件

斷鏈檢測系統(tǒng)控制軟件采用模塊化設(shè)計，控制程序包括有一個主程序、多個子程序，主程序運行時僅需調(diào)用各子程序即可?？刂栖浖映绦虬ㄓ谐跏蓟绦颉㈦娏骱退俣茸x取程序、刮板偏移距離檢測程序等。具體控制軟件主程序運行流程如圖4 所示。檢測系統(tǒng)供電后，會對各硬件進行初始化處理，隨后獲取刮板輸送機鏈速；檢測驅(qū)動電機電流、刮板鏈偏移量等；若發(fā)現(xiàn)刮板鏈運行存在異常時則定位異常點并顯示異常點位置。當系統(tǒng)報警次數(shù)超過一定值后，刮板輸送機即停止運行，降低斷鏈故障影響，確保刮板輸送機平穩(wěn)運行。

圖4 控制軟件主程序運行流程

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

首先檢驗構(gòu)建的刮板鏈斷鏈檢測系統(tǒng)性能，并在51102 綜采工作面SGZ1000/2100 刮板輸送機上進行工程應(yīng)用，持續(xù)監(jiān)測斷鏈檢測系統(tǒng)應(yīng)用情況。當出現(xiàn)斷鏈故障后會及時發(fā)出預(yù)緊信息。刮板鏈斷鏈檢測系統(tǒng)平穩(wěn)運行，可實現(xiàn)刮板鏈運行狀態(tài)持續(xù)檢測，當發(fā)現(xiàn)斷鏈故障時即會發(fā)出報警信號。

刮板鏈斷鏈檢測系統(tǒng)應(yīng)用后，可減少刮板輸送機維護人員3 名，故障預(yù)警以及排除時間較應(yīng)用前可縮短15%以上，可顯著增強刮板輸送機運行穩(wěn)定性，為采面煤炭安全高效開采創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)語

51102 綜采工作面SGZ1000/2100 刮板輸送機受現(xiàn)場環(huán)境條件惡劣、負載大以及鋪設(shè)距離長等多因素影響，刮板輸送機運行期間刮板鏈容易出現(xiàn)斷鏈故障，給設(shè)備整運行以及采面煤炭運輸帶來影響。為此提出一種斷鏈故障檢查系統(tǒng)并進行工程應(yīng)用。提出的斷鏈故障檢測系統(tǒng)綜合刮板偏移、機頭及機尾電流差等確定斷鏈故障，并通過定位傳感器確定斷鏈位置。

通過PLC 接收各傳感器數(shù)據(jù)并綜合分析，通過觸摸屏顯示刮板鏈狀態(tài)并通過工業(yè)以太網(wǎng)將信息傳輸給地面監(jiān)控中心。控制程序采用模塊化設(shè)計，便于編寫及維護。當發(fā)現(xiàn)斷鏈故障時系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警信息，降低斷鏈故障影響并提高刮板輸送機運行可靠性。