带式输送机自动巡检装置的研究与应用

陈伏虎

（山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西 太原 030024）

引言

带式输送机作为矿山生产的主要运输设备，其承担着工作面绝大部分的运输任务。在实际生产过程中，由于工作面的环境相对恶劣，带式输送机常会发生断带、跑偏、火灾、纵向撕裂等事故，制约了工作面输送效率，同时还严重影响着工作面运输的安全性。因此，实现对带式输送机的安全监控运行尤为重要[1]。目前，带式输送机的传统安全监控方式存在劳动强度大、效率低、监控范围有限、维修难度大等问题，因此，本文在实现带式输送机故障类型的准确定位、快速维修以及提升效率的基础上，完善带式输送机的自动巡检功能，并对其应用效果进行验证。

1 带式输送机自动巡检装置的需求分析

本文以龙王沟煤矿为例进行研究，该煤矿的年生产能力为10 Mt。工作面所配置带式输送机的长度约为1 338 m，所应用工作面的最大倾角为16°，采用三电机对其进行驱动控制。该煤矿所配置带式输送机的详细参数如表1所示。

表1 带式输送机详细参数

目前，该工作面采用三班制的生产模式。其中，早班为带式输送机的检修时间，其余时间为正常生产时间。结合当前龙王沟煤矿自动化煤矿的建设目标，带式输送机作为主要运输方式，保证其安全、高效的运行尤为重要，因此，对于其日常生产中常见的故障实现自动巡检功能，达到设备“少人化”甚至“无人化”运行的意义重大[2]。在此基础上，本文以龙王沟煤矿带式输送机为例，完成了自动巡检装置的设计。

2 带式输送机自动巡检装置的总体设计

对于带式输送机的巡检功能而言，可采用的方式包括传统人工巡检方式、人工与监控相结合以及自动巡检方式。其中，对于传统人工巡检方式而言，根据生产任务需安排配置32名工作人员，且每位工作人员的劳动强度较大，效率较低，无法准确快速的排除所有故障类型；而对于人工与监控相结合的巡检方式，虽然运用监控的方式在某种意义上提升了巡检效率，但是鉴于摄像头的监视范围有限，且监控设备布线较多、能耗较大，其对应的综合效率低，仍需要人工巡检的支撑。

所谓自动巡检功能，是基于自动巡检装置对带式输送机的运行参数进行沿途采集，且能够通过控制器对数据的分析而判断故障是否存在，最终实现故障的准确定位并做出自动换向、停机、校正等操作，避免事故的进一步扩大[3]。一般情况下，基于自动巡检装置的工作面仅需配置4名工作人员。自动巡检装置的布置情况如图1所示。

图1 带式输送机自动巡检装置工作面布置示意图

带式输送机自动巡检功能的实现主要通过无线通讯系统、自动巡检装置本体、控制显示器以及各类传感器等来实现。根据龙王沟煤矿综采工作面的实际情况，为其配置了长度为1 000 mm，宽度为315 mm，高度为556 mm的自动巡检装置，并采用单侧布置的方式将其布置于带式输送机的一侧，具体布置方式如图2所示。

图2 自动巡检装置的单侧布置方式（mm）

3 带式输送机自动巡检装置的结构设计

3.1 自动巡检装置机械部分的设计

根据功能的不同，可将自动巡检装置划分为平台、搭载设备、行走机构以及充电闭锁装置等。

自动巡检装置平台采用厚度为6 mm的钢板焊接而成，其主要巡检输送带跑偏、打滑、断带、异响以及烟雾等内容。结合相关标准要求，在平台上为其附加移动图像、声音、烟雾检测、温度探测以及通信等功能[4]。

为确保自动巡检装置可适应较为复杂工作面底板的爬坡能力，在平台基础上配置步进电机来为平台前后两组驱动轮提供驱动力。本方案选用型号为HSTM86-154-4-6.2的两相大力矩混合式步进电机，该电机的参数如表2所示。

表2 HSTM86-154-4-6.2步进电机参数

鉴于传统电缆供电存在电路安全、电缆易磨损以及驱动负荷较大的问题，该自动巡检装置采用高能动力电池的低功耗供电方式。为保证供电的稳定性，配置了充电闭锁装置，以对电池电压、温度等参数进行监测，并可对电池电量和巡检装置的位置进行综合判断。当电池电量低于预设值时，自动巡检装置会回到充电区域完成自动充电操作。

3.2 自动巡检装置的数据采集功能

采集的数据是自动巡检装置准确判定故障的主要依据，数据采集系统主要包括设备末端的各类传感器、摄像头和数据处理器等。本项目选用S7-200系列PLC为核心控制器，通过无线通讯方式将所采集的数据传输至PLC控制器，对带式输送机的故障类型进行判断并定位，最终做出相应的控制动作。

可实现无线通信功能的技术包括PHS、WiFi、3G、4G等。相对于其他无线通讯技术而言，4G通信技术具有大带宽、高传输速率、大覆盖范围以及IP地址全面的优势。综合考虑自动巡检装置的通信需求和工作面恶劣的工作环境，本项目采用4G通信技术来实现数据的传输。

3.3 检修缆车的配套

利用自动巡检装置可对带式输送机故障进行判断并定位，采用检修缆车将输送机维修时必要的设备、人员送至故障点进行排故操作。结合龙王沟煤矿的实际情况，为其配置检修缆车的参数为：缆车运输距离为1 287 m，缆车最大运输速度为1 m/s，检修缆车配套有10个座椅，每个座椅之间的距离为8 m，并配套有张紧装置，采用单轮驱动方式。

4 自动巡检装置的应用效果

自动巡检装置安装完成后，将其应用于龙王沟煤矿的实际生产工作面，开启对带式输送机运行的自动巡检。为保证巡检装置的稳定运行，在开展下一周期巡检任务时，对装置的巡航能力、信号传输以及巡航时间等信息进行记录和判断[5]。为体现自动巡检装置的优势，安排人工对带式输送机的运行状态进行巡检。对比结果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，传统人工巡检方式需要配置32名工作人员，而在自动巡检方式下仅需配置16名工作人员即可完成巡检任务。人均按照0.8万元/月的工资计算，每年可节约人工成本约153.6万元。

2）综采工作面的直线长度为1.3 km，传统人工巡检方式运输耗时为2.4 h，巡检耗时为2.4 h；自动巡检方式的运输耗时为0.73 h，巡检耗时为1.5 h。总体而言，采用自动巡检可使巡检效率提升37.5%，运输效率可提升69.6%。

5 结语

带式输送机作为综采工作面的主要运输设备，保证其安全、高效运行对于提升工作面的生产效率具有重要意义。此次设计的自动巡检装置，可对带式输送机实际生产中的故障进行全面、精准定位，为带式输送机的排故奠定扎实的基础。此外，检修缆车的配套使自动巡检装置的排故效率大大提高。自动巡检装置的应用不仅极大节约了人工成本，而且极大地提升了巡检效率和运输效率。