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，礦井中越來越多的礦用設(shè)備實現(xiàn)了無人化運行和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，整個礦井也開始逐漸朝著安全、智能、精準(zhǔn)的趨勢發(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，但是要真正實現(xiàn)無人化值守仍需對相關(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)用盡管能使長達(dá)數(shù)千米的帶式輸送機(jī)在出現(xiàn)緊急情況時，在任意位置迅速便捷地啟停，但針對斷帶、跑偏、著火等緊急情況的識別仍需要現(xiàn)場人員，這樣便降低了整個礦井的生產(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)計有撕裂發(fā)生時的保護(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、誤報的問題，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，使得實際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計壽命，另外，隨著托輥出現(xiàn)腐蝕，接觸面不平整，導(dǎo)致運行能耗和磨損加大，也容易誘發(fā)了皮帶過早斷裂，提高了帶式輸送機(jī)的運營成本和維護(hù)成本；此外，諸如變頻技術(shù)等的應(yīng)用，雖然設(shè)計之初是為了降低能耗和便于啟動，但是實際使用中，需要人為操作來保證其平穩(wěn)運行。

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

1 智能自動化集中控制和無人值守技術(shù)

在現(xiàn)有煤礦中，在地面的監(jiān)控室可以實時接收到帶式輸送機(jī)發(fā)出的故障和設(shè)備信息，并依此來對帶式輸送機(jī)的運行進(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進(jìn)行實時監(jiān)控，以達(dá)到一定程度的無人值守[6-7]。但是，由于接受的信息有限，為全面了解設(shè)備的運行狀態(tài)、保證生產(chǎn)安全，同時必要時采取一些處置措施，帶式輸送機(jī)的一些重要地點一般保持有人員進(jìn)行看守。在不遠(yuǎn)的將來實現(xiàn)無人值守，以智能系統(tǒng)全面監(jiān)測、控制輸送機(jī)運行狀態(tài)是目前的一大研究方向。要實現(xiàn)真正的智能化，最為重要的一步是實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)運行狀態(tài)的識別，采用視覺、聽覺、觸覺等3個方面的結(jié)合形成的監(jiān)測系統(tǒng)可有效解決這一問題。

1.1 視覺功能

圖1 系統(tǒng)堆煤預(yù)警處理圖像

視覺功能指的是通過外部視覺觀察可以發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)是否存在影響輸送機(jī)正常運行的安全隱患或問題?，F(xiàn)階段，視覺功能的實現(xiàn)主要通過現(xiàn)場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行情況、在運行過程中物料是否含有異物與能否順利運輸?shù)惹闆r來實現(xiàn)；未來新型的視覺系統(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)、計算機(jī)后臺分析系統(tǒng)來組成，能夠?qū)崟r監(jiān)控、采集井下輸送機(jī)的運行視頻，并通過智能分析系統(tǒng)對設(shè)備和煤流的實時狀態(tài)進(jìn)行判別。當(dāng)前，具有人工智能的視覺功能已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，并取得了一些應(yīng)用成果。例如，為處理由于瞬時出煤量過大而導(dǎo)致的堆煤現(xiàn)象，系統(tǒng)通過在卸煤點安裝智能攝像機(jī)，監(jiān)控輸送帶上的煤流情況，然后傳輸至地面的后臺處理軟件，軟件通過在圖像劃分網(wǎng)格，確定煤堆高度，當(dāng)煤堆高度持續(xù)超過設(shè)定的閾值一段時間，即認(rèn)為出現(xiàn)堆煤現(xiàn)象，從而報警并采取相應(yīng)措施。圖1所示為運輸系統(tǒng)正常運行和堆煤時的處理圖像。

1.2 聽覺功能

在礦井環(huán)境中，視覺僅能識別一些特定情況，往往存在一些無法通過視頻監(jiān)控直接觀察到的問題，比如皮帶打滑、托輥破壞等問題，因此也需要其他方面提供的信息來輔助檢查。當(dāng)帶式輸送機(jī)發(fā)出一些振動、摩擦的聲音時，這可能說明托輥、皮帶、電動機(jī)等部件出現(xiàn)異常問題，因此通過此類聲音可以對相關(guān)故障進(jìn)行判別。在聽覺功能方面，目前有關(guān)智能識別的研究主要針對于如何有效利用收音設(shè)備收集并自動識別故障發(fā)生時的異常響動與聲波頻率。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，如何有效過濾無關(guān)音頻，并對發(fā)生故障時所產(chǎn)生的聲波進(jìn)行捕獲，成功地識別異常響動的特征。當(dāng)系統(tǒng)能通過聲音判別有關(guān)故障，便能及時進(jìn)行上報、處置。

1.3 觸覺功能

除了上述2種途徑，有時帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部位的溫度變化和特殊振動也是檢查是否發(fā)生故障的一個標(biāo)志。當(dāng)皮帶發(fā)生堆煤效應(yīng)，會導(dǎo)致電動機(jī)功率增大，機(jī)頭部位的溫度升高，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致電動機(jī)燒毀。此外，由于潤滑等原因，也會造成局部振動加大、溫度升高。因此，通過溫度變化和機(jī)器振動來對帶式輸送機(jī)的運行情況進(jìn)行檢測的方法也是切實可行的。現(xiàn)階段，很多礦井主要通過手持溫測儀對整個皮帶進(jìn)行巡檢，點檢儀對機(jī)器的振動進(jìn)行點檢，很明顯，這樣是十分耗時耗力的，而且不能對儀器進(jìn)行及時檢定。未來，礦井中應(yīng)該實現(xiàn)帶式輸送機(jī)上的重要位置布有若干個專門測點，以達(dá)到設(shè)備的實時測量。

2 輸送帶防縱撕技術(shù)

礦井的輔助運輸直接與礦井的產(chǎn)量有關(guān)，然而斷帶等問題卻在煤礦中時有發(fā)生。當(dāng)煤礦發(fā)生此類事故，將導(dǎo)致工作面生產(chǎn)的煤炭無法及時運出，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)生漏報等問題[8-9]?，F(xiàn)階段已有有關(guān)科研院所針對上述問題，開展了一些研究工作，并取得了不錯的效果。例如，某礦方通過利用安裝在皮帶上方的光感攝像機(jī)，對皮帶的表面狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，將圖像傳輸至后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)，專用軟件能夠?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，軟件將及時采取報警、停機(jī)等處理。圖2、圖3分別為現(xiàn)場檢測到的2個現(xiàn)象。

3 節(jié)能降耗新技術(shù)

3.1 新型輸送帶

常規(guī)皮帶為了保證能長期運行、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)計中會導(dǎo)致的突出問題是皮帶會出現(xiàn)加重的現(xiàn)象，從而使得輸送機(jī)的能耗加大，同時，皮帶容易出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。新型輸送帶為了解決這一問題，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)域通過將輸送帶替換，實現(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 視頻識別智能調(diào)速系統(tǒng)

從理論上來說，變頻調(diào)速是有利于節(jié)能的，這是由于通過變頻調(diào)速可以精準(zhǔn)改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得機(jī)器能在最優(yōu)的能耗下穩(wěn)定運行。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，甚至空載。這也推動了變頻調(diào)速在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用，然而事實上，這一技術(shù)的應(yīng)用效果并不令人滿意。由于輸送帶上的物料量需要通過人工觀察的方法進(jìn)行測量，然后依照實際情況進(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，無法做到精準(zhǔn)調(diào)速、實時調(diào)速。針對現(xiàn)有變頻調(diào)速技術(shù)，通過添加相應(yīng)的智能識別技術(shù)，可有效解決這一問題。該智能識別系統(tǒng)由若干個高清攝像機(jī)、反饋系統(tǒng)和后臺處理系統(tǒng)組成，通過安放在落煤點的攝像機(jī)對實時出煤量進(jìn)行監(jiān)控，將數(shù)據(jù)匯集至后臺終端，在得到了礦井各地實時產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，通過反饋系統(tǒng)對輸送機(jī)進(jìn)行實施調(diào)整。2015年，哈拉溝煤礦通過使這一技術(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)的一個主要承載部件，托輥的好壞不光會影響輸送機(jī)的運輸能力，也會間接影響到輸送機(jī)的運行效率。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。對于較長的膠帶輸送機(jī)而言，維護(hù)管理成本十分高昂，且費時費力。因此，有必要開發(fā)新型托輥，提高其抗腐蝕能力，保證其能在煤礦環(huán)境中長期運轉(zhuǎn)。某科研企業(yè)通過技術(shù)研發(fā)，開發(fā)出一種新型不銹鋼托輥，其運行阻力小、使用壽命長。上灣煤礦通過替換這種托輥，實現(xiàn)了輸送機(jī)運行功率的降低，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

本文從目前礦用帶式輸送機(jī)存在的相關(guān)問題出發(fā)，結(jié)合礦用設(shè)備安全、智能、精準(zhǔn)的發(fā)展趨勢，闡述了有關(guān)智能自動化集中控制系統(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。隨著我國礦用輸送機(jī)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并運用于更多礦井，高效運輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)旁無人值守的場景將很快實現(xiàn)，這也將為礦井的安全高效生產(chǎn)提供保障。

[1]唐印偉,路延秋.礦用大型帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究[J].煤炭技術(shù),2010,29(2):45-47.

[2]宋奕.煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計計算與應(yīng)用 [J].煤炭技術(shù),2013(10):13-14.

[3]馬永輝,孫巖冰,王桂華.基于PLC的帶式輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化,2011,37(1):86-88.

[4]朱立平,蔣衛(wèi)良.適用于我國煤礦帶式輸送機(jī)典型機(jī)型的研究[J].煤炭學(xué)報,2010(11):1916-1920.

[5]王偉.下運帶式輸送機(jī)液壓制動器性能研究[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,21(1):121-123.

[6]蔣守勇.大運距煤炭輸送系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)分析[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2016.

[7]吳娜,郭銀景.井下采區(qū)無人值守變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,30(5):90-95.

[8]劉明.煤礦帶式輸送機(jī)節(jié)能方法研究[J].煤炭與化工,2015,38(5):23-25.

[9]吳蛟.節(jié)能輸送帶技術(shù)在帶式輸送機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2015(6):59-61.