煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护研究

耿文斌

（汾西矿业南关煤业，山西　灵石　031300）

引言

煤矿主运输皮带系统是煤矿安全生产的关键环节，煤矿安全规程中就煤矿主运输皮带的使用方法有明确的规定。但运输皮带在实际的使用过程中依然会出现各种故障。为了尽可能降低皮带故障为煤矿运输工作带来的不良影响，保证煤矿井下主运输皮带的安全稳定运行，行业内有关工作人员积极地研究出一种智能型、多功能主运输皮带保护控制装置，该装置具有故障智能诊断功能，能够对主运输皮带的动态特性进行实时监测，并进行适当的优化。

1　主运输皮带自动控制系统故障诊断部分结构

煤矿主运输皮带自动控制系统故障诊断部分主要由信号检测单元、信号处理单元、数字显示单元、报警单元、分析控制单元等几部分组成，具体的结构如图1所示。与传统的继电器检测方式相比，该故障诊断系统的效率明显提升，误判、漏判的情况显著减少，能够实现故障早预报早处理，可以有效地提高故障诊断系统的智能性，降低因皮带故障带来的损失。煤矿主运输皮带日常使用过程中常见的故障主要有联轴器断裂、皮带过负荷、皮带断带、打滑等，导致皮带出现这些故障的原因主要可以归类为皮带的各特征向量如负载、速度、温度等变化引起的，该故障智能诊断系统重点检测的内容即皮带的速度、电机的电流大小以及温度几个参数。通过对这几个重要参数的检测，可以有效地提升故障检出率，保证皮带系统的正常运行。

2　主运输皮带自动控制系统故障诊断系统的应用过程

在实际的使用过程中，设皮带的故障信号为y，速度用x1表示，负载用x2表示，三者之间的关系可以表述为y=f(x1，x2)，该故障检测系统能够对各种引示其中：F指的皮带的张紧力，μ指的是滚筒与皮带之间的摩擦系数，α指的是皮带在滚筒上的圆周角，Sr为高速运放的转换速率[1-2]。

图1　故障诊断系统结构图

运输主皮带长时间使用之后，皮带发生塑性变形，张紧力、圆周角甚至摩擦系数都会减小，皮带的负荷或者动力发生变化之后，皮带就很容易出现打滑的不良现象，此时皮带的线速度发生较大的波动。在皮带运行过程中，通过检测电机电流大小（负载）以及皮带的线速度变化的情况，就可以判断皮带是否出现打滑的不良现象。经过检测，如果发现皮带确实出现打滑的情况，需要及时的将对应的信号输送到控制回路，及时停机处理，避免发生煤堵事故。

皮带尾轮位置安装有两块检测感应板，感应开关安装在同一条直线上，应靠近轮侧，实际的安装距离需要根据现场的实际情况进行适当调整。两块检起皮带故障的特征因素进行检测，然后调动对应的控制算法，对故障进行与判断，系统的控制处理器会根据判断的结果控制电机作出对应的动作，或者激发报警器及时发出报警信息。

2.1　主运输皮带的打滑检测及保护

主运输皮带的传送主要依靠摩擦力完成，输送机主要的失效形式即皮带打滑，皮带打滑会导致胶带发生比较严重的磨损，且皮带的松边在紧边拉力的冲击下，很容易出现疲劳断裂的不良现象。除此之外，皮带打滑也可能会引起火灾，带来重大安全事故。一般情况下，皮带正常传送时，紧边拉力以及高速运放的转换速率之间的关系可以用以下公式表测板之间要有一定的角度，二者在同一条直线上时，传动轮发生打滑故障，感应检测板与感应开关在同一条线上，感应信号会持续不间断地发送到开关上，检测电路不能及时检测出尾轮是否停转，可能会导致皮带机控制回路误动作。

2.2　皮带撕裂检测及保护

导致皮带撕裂的原因比较多，煤矿主运输皮带的抗纵向撕裂性能比较差，煤矿运输之中，如果输送的速度增加或者输煤量增加，就很容易导致输煤过程中，皮带发生纵向撕裂故障，进而影响到煤矿的正常运输工作。此外，皮带的张力不足、运行过程中皮带跑偏被机架夹住、水煤或者大块物料冲砸皮带，使得皮带被卡住都可能会导致皮带发生撕裂故障。经过有关工作人员的实践分析之后发现，皮带被水煤或者大块的物料冲砸时，电机电流及皮带速度会出现跳变脉冲。皮带被卡住之后，皮带的线速度迅速下降到0，电机的电流明显增加[3]。

该检测保护工作主要通过预埋在皮带里的低频电磁波发射探头、传感器线圈等装置完成。一般情况下，皮带的下煤口处很容易发生撕裂故障。实际的使用过程中在皮带的下煤口前后两侧各安装一对匹配的发射及接收探头，皮带正常时，皮带内的预埋传感器线圈完好，皮带上的两对探头每间隔一段时间会发射一个信号。如果皮带出现撕裂故障，皮带内的预埋传感器线圈被损坏，皮带下煤口的探头检测不到线圈，信号自然无法顺利发送出去，控制装置自然会判定皮带发生撕裂故障。

2.3　皮带跑偏检测及保护

在主运输皮带使用过程中由于各种原因可能会出现跑偏故障，导致煤炭外撒，皮带与托辊支架、机架相互摩擦，还会使得皮带边胶出现比较严重的磨损，进而导致局部剥离、纵向撕裂等故障。皮带两侧受到的张力不一样、皮带两边的长度不相同都可能会导致皮带跑偏。在皮带使用过程中，落煤点不正、皮带出现局部损伤等原因可能会导致皮带的两侧的张力大小不一样，内部的应力分布自然不均匀，两侧的舒张变形情况存在较大的差异，此时滚筒运动与皮带运动的线速度方向不一致，两向量之间存在一定的角度，必然会导致皮带向着张力较小的一侧跑偏。

皮带材质不均匀、输送带没有伸直、皮带胶头胶接不正等可能会导致皮带的两侧长度不一致，使得滚筒两侧皮带线速度不一样，致使皮带内部张力不均匀，发生跑偏的不良现象。一般情况下，现场的工作人员会通过在皮带两旁的机架上安装跑偏开关的形式检测皮带的跑偏故障。一旦皮带运行过程中偏离正常的位置，在皮带的带动下，跑偏开关的塑料轴会发生转动偏转一定的角度，当这个偏转角度超过设定的值之后，内部的开关常开触点会闭合，控制回路被接通，跑偏位置的开关信息会及时反馈给控制装置，由控制装置及时调整托辊组、驱动滚筒等装置，使得皮带回归正常的运动轨迹[4]。

皮带跑偏调整过程中，驱动滚筒的调节十分重要，一般情况下，同一条主运输皮带会连接有许多个滚筒，这些滚筒的安装位置均垂直于运输皮带长度方向中心线，在调整工作中可以通过控制皮带方向完成对驱动滚筒的调整。

[1]齐石.煤矿皮带运输系统中几种新技术的开发与应用[J].技术与市场，2016（6）：27-28.

[2]冯宝忠.煤矿运输皮带机常见故障原因及处理措施[J].中国新技术新产品，2015（10）：66-67.

[3]方向荣.如何确保皮带运输的稳定性[J].中国高新技术企业，2013（4）：56-57.

[4]罗波.基于信息融合的煤矿皮带输送机故障诊断智能决策支持系统研究[D].西安：西安科技大学，2015.