综采工作面带式输送机纵向撕裂保护系统应用

宋聚涛

（山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司，山西 大同 037101）

1 601工作面概况

山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司601工作面位于井田南盘区，南部为矿井南部矿界及中煤金海洋五家沟煤矿5214工作面采空区，西部为矿井西部矿界及山煤集团韩家洼煤矿，北部为设计南盘区西南部未开采区域。

601工作面布置1条回风巷、1条运输巷以及1条切巷，工作面切巷长度为230 m，两条顺槽长度为1 682 m，工作面回采煤层为22号层，煤层平均厚度为9.5 m，平均倾角为2°，煤层特性如表1所示。

表1 601工作面回采的22号煤层特性

601工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺，工作面回采期间利用安装在601运输顺槽内的DTL型带式输送机进行煤矸运输。截止目前工作面已回采520 m，工作面在前期回采过程中由于受地质条件、煤矸量以及输送机张紧等影响，工作面带式输送机频繁出现撕带事故，而原输送机撕带保护装置防撕带效果差，制约着带式输送机安全高效运输[1-3]。

2 输送机纵向撕裂保护系统硬件结构及安装注意事项

为了提高带式输送机运行稳定性，降低输送机撕带事故率，决定对601工作面带式输送机安装一套纵向撕带保护系统。

2.1 系统结构

1）带式输送机纵向撕带保护系统主要由主机、激光发射仪、服务器、PLC控制、摄像仪等部分组成。

2）由于输送带安装后在托辊作用下呈凹槽状，为了实现激光发射仪发射的激光能够覆盖输送带表面，在输送带下方左右侧各布置一台相同参数的激光发射仪；同时为了保证相机在拍摄时拍摄范围内仅有一条激光束，在输送带左右侧以及底部各安装一台相机，如图1所示。

图1 输送机纵向撕裂保护系统结构示意图

3）带式输送机安装的相机为140万像素，相机每秒可获取80帧画面，曝光时间为0.5 μs，相机拍摄画面分辨率为1 024×768，相机安装距输送带为400 mm，可拍摄的画面范围为40 cm×30 cm；利用相机图像设备技术以及PLC控制技术相结合，从而对输送带撕带进行判别；一旦判断输送带出现纵向撕裂或者输送带存在裂纹时，纵向撕裂保护系统会立即发出警报并闭锁停机。

4）带式输送机在正常运行时未出现撕带时系统收集的激光束为平滑曲线，当输送带出现撕带、打滑、撕边时，激光束为不连续光束，此时系统根据光束变化情况进行相应保护动作。

2.2 系统安装注意事项

输送机纵向撕裂保护系统中激光仪安装位置、激光束投射角直接影响着激光束清晰度，从而影响着相机获取图像清晰度等，所以在安装激光仪时必须保证合理的投射角和投射距离[4]。

1）投射角：通过现场多次试验发现，激光仪安装时投射角度越大，激光束在输送带外轮廓上散射现象越明显，且激光束轮廓线越宽，所以为了保证激光束清晰度，激光仪安装时投射角度应控制在30°～45°范围内。

2）投射距离：投射距离直接影响着激光束宽度及清晰度，投射距离越远激光束越宽但是响度模糊，投射距离越近光束清晰度高但是光束越窄，所以通过实验将激光光束投射距离控制在500～800 mm范围内即可。

3 输送机纵向撕裂保护系统工作原理及应用效果分析

输送机纵向撕裂保护系统通过软件控制作用实现图像收集处理、图像分割以及报警、事故控制等动作[5]。

3.1 图像处理原理

由于带式输送机安装位置光线昏暗、粉尘浓度大、存在淋水等问题，导致摄像机获取的图像清晰度低、噪声大等，从而影响着系统保护动作，所以收集图像后需对图像进行预处理，提高图像画质，首先采用中值滤波对图像进行噪声处理，确保图像更加光滑平顺，然后采用直方图均衡法使画质更加明显、清晰，确保输送带出现裂隙后画面与正常画面具有明显的对比性。

3.2 图像分割处理原理

带式输送机一旦出现撕带后拍摄图像与未撕带图像对比，画面有显著的灰度差异，从灰度差异可判断输送带撕裂情况，为了提高图像画面质感，采用最小误差法对图像进行分割处理，该方法具有噪声抑制能力强以及图像分割能力强等优点，拍摄的图像通过图像分割后能够直观显示出输送带裂痕形态，从而便于系统进行准确分析判断。

3.3 事故诊断原理

输送带一旦出现撕带后输送带会出现纵向拉伸，激光束会出现长宽及面积错开，通过图像识别算法判定光束错开尺寸超过设定值时，判定输送带出现纵向撕裂现象，若错开尺寸在设定值范围内，则判定输送带处于完好状态。

3.4 报警控制原理

一旦带式输送机出现撕带故障后，主机系统及时判断结果，便于操作检修人员及时对故障进行处理，通过警报器发出警报，然后撕带保护系统通过PLC控制器联锁控制作用，对输送机电机进行闭锁停机。

3.5 实际应用效果分析

2021年2月长春兴煤矿对601工作面带式输送机安装一套纵向撕裂保护系统，该系统总成本费用为2.24万元，相比传统感应式撕带保护装置，成本费用相对较高，但是该系统自动化水平高，系统利用成像原理对输送带纵向撕裂进行判断，并进行系统控制输送机停机保护，全程无需人工干预，大大降低了劳动作业强度。

截止2021年8月通过6个月实际应用效果来看，该系统共计拦截输送机撕带5次，出现撕带后系统在5 s内及时停机保护，总撕带长度不足10 m，控制了撕带范围扩大。

4 结论

长春兴煤矿601工作面带式输送机安装纵向撕裂保护系统后，通过实际应用效果来看得出如下结论：

1）纵向撕裂保护系统可适用于井下电磁干扰、粉尘、噪声等特殊环境中，系统在实际应用时具有检测精度高、抗干扰能力强以及检测效果好等优点。

2）系统在实际应用时通过系统成像自动对输送带撕裂情况进行诊断，并通过系统PLC控制器控制输送机停机，实现无人值守的目的，系统动作灵敏度高、安全可靠，有效提高输送机运行稳定性，降低了输送机撕带故障率。