胶带机无人值守技术在煤炭生产中的应用

于海龙(国能神东煤炭集团有限责任公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

为满足煤矿高产高效发展需求，矿用胶带机作为煤炭运输的主要设备，需要进一步研究并引进新技术，逐步向智能化、低耗能、高效率方向发展。目前各煤矿企业均已实现了集中控制、远程起停功能，矿用胶带机保护动作情况、数据参数及故障等相关信息都已经上传到了各矿井调度室，实现了部分功能的集中远程监控。胶带机的卸料点等关键部位均装有监控，初步具备无人值守的基本功能[1]。为实现设备安全运转，目前矿井仍在卸载点、驱动部、张紧部、转载点及机尾等关键部位配有岗位人员，沿线设专人巡检，负责对胶带机各设备及沿线运行状况进行巡查，开展异常、紧急状况时停机、故障处理、清扫设备卫生等工作。

1 采用自动化智能化技术实现胶带机无人值守

为满足高产高效煤矿发展需求，矿用胶带机作为煤炭运输的咽喉要道，需要进一步研究并引进新技术，逐步向智能化、低耗能、高效率快速安装回撤方向发展。同时为实现安全生产，降低工人劳动强度，降低事故发生率，煤矿用胶带机需应用先进的实时监测及温度、振动等工矿监测技术和监控装置，向更高的自动化、智能化控制方向发展，替代现有岗位人员，真正实现无人值守功能。基于此，文章提出视频识别技术替代现有人员视觉功能，引进设备在线点检系统替代现有人员的触觉和感知功能，引进胶带防纵撕新设备，确保胶带机防纵撕保护可靠等9 项减人、替人技术，希望能够加快胶带机无人值守的进程。

1.1 无线传输在线点检技术

通过对主运输系统胶带机数据采集研究，引进实施无线传输的在线点检系统，实现关键设备的温度、振动数据实时采集上传，取代原有的人工点检，系统采用深圳翌日有限责任公司生产的GWP100 温度传感器和GWZD100/20 振动温度传感器，结合自身开发的采集系统，实现主运输系统电机、减速器、滚筒等关键部件的振动、温度数据实时监测，利用无线分站上传至调度监控主机。数据监测发生异常时，点检系统能够实现自动报警、停机，并可通过调度监控主机及时发现故障，及时安排检修巡检人员处理故障[2]。

1.2 AI 智能视频识别技术

通过对主运输系统胶带机视频监控研究，人员的作用主要是观察带面及接头完好、是否跑偏、落料点是否有大块煤或异物卡阻，造成撕带、停机。为了替代人的视觉功能，及时发现问题并做出反应，可以在胶带机的卸载点、搭接落料点和张紧储带仓、机头除铁器、机尾滚筒处等重要部位安装高清摄像机，采集被监视部位的高清视频图像及异常报警信号等信息，利用工业环网将画面实时传至地面监控主机[3-4]。再利用计算机和智能分析平台分析视频图像和设备数据异常情况，及时推送值班人员报警或直接停机信息。目前智能识别技术主要是实验性地应用在胶带机关键部分保护功能上取得了不错的效果。例如在胶带机的卸载点处安装智能摄像机实现视频功能的堆煤保护，原理主要是利用高清摄像机进行实时采集图像，在后台对图像分析处理，如图1 所示。设置物料的堆积上限，当卸载点因大块或异物卡堵、下方胶带机异常停止运转等原因造成堆煤并超过设置上限时，可报警、停车。这种技术除了在堆煤保护方面可以利用外，在输送带跑偏、输送带运输铁器、大块矸石等异物、输送带撕裂、转载点卡堵和除铁器吸附铁器方面也可以有效利用。矿井要根据自身的实际情况，在充分利用普通摄像机远程监控和现有胶带机保护条件下，结合智能视频识别技术的应用，可以替代现有胶带机关键部位固定岗位和沿线巡视人员的视觉功能。

图1 智能视频堆煤监测

1.3 矿用输送带纵向撕裂识别及钢丝绳芯无损检测系统技术

通过对各矿井主运输胶带机保护的使用调研，寻找选用更新更好地保护设备，预防撕带、断带等故障。目前胶带机在用的防纵撕保护普遍为称重式、翻板式、拉线式、翻板和拉线组合式、超声波检测或电磁感应式等。以上保护在可靠性、灵敏性和准确性方面存在一定缺陷，保护的有效性和广泛应用受到限制。采用“矿用输送带纵向撕裂识别装置”，其设备工作原理是利用光感摄像机拍摄系统激光发射器在输送带表面形成的轮廓线图像，上传到系统计算机平台，利用研发的分析系统对拍摄图像中的激光轮廓线变化情况进行综合判断，得出目前在用胶带机的带面存在损伤、纵撕、鼓包和表面脱胶问题，根据设定标准判断是否采取停机、报警处理措施[5]。同时固定的胶带机普遍使用钢丝绳芯带面，带面内钢丝绳芯的变化情况是比较难判断的故障，可选取钢丝绳芯输送带无损检测系统，监测运行中胶带机带面出现钢丝绳断裂、抽动、锈蚀严重等现象，判断是否需要报警或停机处理，同时检修人员也可以对带面的异常部位图像局部放大观看与保存，对历史检测数据进行查询。

1.4 智能除铁技术

通过对主运输系统胶带机除铁器使用研究，实施“金属探测仪+除铁器”模式的智能除铁。为了保障胶带机生产连续运行，减少停机时间，提高生产效率，在矿井主运输胶带机的除铁器前方安装金属探测仪，金属探测仪与除铁器联动，在实际生产运行时，金属探测仪可以设置不同的报警模式。设置金属探测仪，设置探测到金属报警但不闭锁胶带机停机，此类金属通过永磁除铁器剔除；设置大块金属报警且闭锁胶带机停机，岗位人员进行剔除。不同报警模式保证了探测仪在钢丝绳芯胶带机上的检测效果，利用不同的信号识别出小块金属通过除铁器联动进行剔除，识别出大块金属、长杆状金属，并对金属位置进行初步定位，人工快速找到并剔除，减少停机时间[6]。

1.5 自动润滑技术

通过在主运输胶带机滚筒、电机等主要设备上安装集中自动润滑装置，可实现设备注油点精确计量供油，通过显示器修改润滑点的给油量、给油时间，自动完成设备集中注油全过程，过程信息可通过网络上传到上位机，实现对润滑系统进行监控管理的目标。

1.6 胶带机巷道巡检机器人技术

智能巡检机器人利用最先进可靠的取像装置及无线充电技术、无线数传技术，对巷道内各类故障进行实时监测及诊断。随着矿井主运输系统无人值守的不断推进，人工巡检频率低、间隔长等问题也随之暴露出来。同时，随着AI、人脸识别、5G 技术的发展，智能巡检机器人不断更新升级。基于5G 技术的智能胶带机巡检机器人(如图2 所示)，可以更好地代替人的眼睛、耳朵和手，使用高速计算机处理器代替人的大脑判断，实现无间断的实时准确预警。值班人员可以在区队值班室通过远程监控平台完成巡检机器人自动和手动模式切换。巡检机器人的巡检结果实时显示在屏幕上，值班人员根据报警内容记录并作为次日的检修工作。在实际的使用过程中，智能巡检机器人能够完全代替巡检工巡检。包括无线充电、无线通讯实时采集和存储，以及实时监测现场的图像、声音、温度、烟雾、气体等数据，通过系统对数据实现自动分析，判断是否存在设备故障，并及时进行故障定位，从而减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现问题，减少生产过程中的非正常停机时间。

图2 胶带机巷道巡检机器人技术

1.7 输送带激光纵向撕裂识别技术

通过在胶带机与集运胶带机落料点前方上下带面之间安装扇形光源激光发生器，利用扇形激光光源扫描上带面，激光光束在上带面形成一条与带面轮廓线完全相符的反射线。通过特种光感摄像机对激光反射线进行拍摄，利用图像实时算法对拍摄图像中的轮廓线变化进行判断，出现异常后进行报警，有效提高胶带运输机纵撕保护的可靠性，连续、实时、动态监测输送带完好。

1.8 设备油液在线监测技术

通过安装油液在线监测设备，由循环泵按固定周期将齿轮油抽至分析装置中，检测油液的水分、黏度、铁磁颗粒、非铁磁颗粒等。该技术具备实时数据监测、历史数据报表查询与导出、历史数据趋势分析、故障报警、智能诊断、维护措施等，实现实时监测胶带机驱动部减速器或CST 齿轮油的油质状态，及时准确预测、预防设备因异常磨损造成的油质污染故障。

1.9 胶带机防火技术

通过在井下所有胶带机沿线、胶带机机头桥架上通过分布式感温光纤监测现场环境温度，将温度信号传输至光纤分析仪并上传至上位系统。当监测点温度异常时上位系统发出预警提示，告知巡检人员，实现动态监测胶带机沿线温度状态，及时消除火灾隐患。

2 加强无人值守管理工作

除了实施上述技术外，煤矿也要建立相应的管理机制。

首先要明确各级管理人员和维护人员职责，根据胶带机实际情况，合理设定巡视和检修模式，并对巡视和检修的相关人员制定详细的考核标准，确保胶带机安全巡视到位，检修管理到位。

其次要加强胶带机巡视人员上岗培训考核，确保巡视人员能够准确判断胶带机运行功率、电压、电流、振动、温度、油位、液压系统压力、皮带张紧力等参数是否在正常范围内，在巡检中能够通过设备运转声音判断胶带机运行是否正常，并能快速处理简单故障，做到会看、会听、会操作、会处理基本故障，在短时间之内开启胶带机，恢复生产。

最后要制定本单位无人值守实施基本标准，有效贯彻实施。并且要培养煤矿自身的智能化建设维护人员，保障先进的设备和技术得到有效运行，发挥设备的效能。

3 结语

胶带机值守技术针对胶带机无人值守中的关键点，采取有效的技术手段和措施实施无人值守，实现了胶带机卸载点、张紧处、转载点、纵撕保护点实时监测，智能视频管理系统、综合自动化监测系统、钢丝绳芯带面无损检测系统、输送带纵撕监测系统自动化和智能化手段替代岗位工的听觉、视觉、巡视、点检等工作，贯彻落实了习总书记“人民至上，生命至上”的理念。实现无人值守后，可以针对性地对部分岗位进行合并，推进减员增效工作，积极培育一人多职、一职多能的“多面手”，实现人力资源的高效挖潜，促进生产力的进一步解放，有效提升煤矿智能化管理手段，改变了煤矿“增产靠增人”的传统管理观念，降低人工成本，实现无人则安。