煤矿井下大功率皮带输送机安全监控系统研究

王海瑞

（汾西矿业（集团）有限责任公司中盛煤业分公司，山西 灵石 031309）

引言

皮带输送机是通过驱动滚筒与输送皮带间的摩擦力带动皮带移动，从而实现采掘作业面煤炭、矸石等外运[1-2]。带式输送机是煤矿井下最为重要的运输设备，若运行过程中出现故障会导致煤炭运输中断，给煤矿正常生产带来影响[3]。根据《煤矿安全规程》相关规定，皮带输送机沿线需要布置防跑偏、防打滑、防纵向撕裂、防堆煤等各种安全保护设施，同时应具备张力调节、急停闭锁、超温晒水等功能[4-5]。现阶段众多研究学者对皮带输送机监控系统展开研究，但是现场应用过程中存在自动化程度低、功能不完备、可靠性不强以及故障定位不精准等问题[6]。为此，文中在以往研究成果基础上，结合矿井大功率皮带输送机现场实际情况，提出一种皮带输送机安全监控系统，该监控系统集成有输送机运行状态监测、故障诊断、自动控制等功能，可在一定程度上提升皮带输送机运行自动化控制水平以及安全保障能力。

1 31102 综采工作面工程概况

山西某矿使用的31102 综采工作面运输巷带式输送机型号为TSD80，输送机皮带铺设长度1 590 m，皮带宽度1 500 mm，额定运输能力2 000 t/h，额定运行速度5.0 m/s，皮带输送机运行采用2 台功率均为1 600 kW 电机驱动，电机均布置在输送机机头位置。皮带通过驱动滚筒、托辊以及改向滚筒等综合作用实现张紧，皮带输送机运行通过电机带动驱动滚筒实现。TSD80 皮带输送机结构如图1 所示。

图1 TSD80 皮带输送机结构示意图

31102 综采工作面运输系统包括有4 台皮带输送机，通过皮带输送机搭接实现煤炭外运。为了确保皮带输送机运行可靠性并实现运行故障监测，可采用安全监控系统对皮带输送机沿线运行参数进行监测，并配合变频器、PLC、外围I/O 设备以及张紧装置等对皮带输送机运行，从而避免断带、跑偏、超速、撕裂以及高温等故障发生。

2 安全监控系统整体结构

提出的安全监控系统可实现对皮带输送机运行参数的监测及自动控制，具体监测参数包括有运行速度、张紧力、滚筒振动，电机振动、温度以及电流，减速器振动、温度等信号；皮带输送机远程控制包括有软启动控制、急停控制以及张紧控制等。具体设计的安全监控系统结构如图2 所示。

图2 安全监控系统结构

系统结构包括有上位机、下位机（布置在机头、机尾处）、处理器模块以及信号采集装置等。上位机置于地面并通过CAN 总线方式与处理器模块进行通信，处理器模块置于井下巷道内，核心为STM32 芯片，负责井下信息（包括沿线管理模块、语音报警模块、配电模块等信息）处理、通信。机头下位机用以对烟雾、运行速度、温度等监测，并通过控制变频器实现对皮带输送机软启动；机尾下位机主要负责撕裂、跑偏等传感器监测分析。

2.1 监控系统下位机

监控系统下位机分布在机头、机尾，机头下位机用以实现监测皮带输送机运行工况参数并对沿线的急停、洒水装置以及变频器等运行进行控制,机头下位机结构包括有电源转换电路、通信电路、急停开关电路、继电控制电路以及信号采集电路等。机尾下位机主要用以皮带输送机运行参数监测，仅需要将各类传感器接入到下位机即可。

2.2 监测传感器

皮带输送机沿线布置的各类传感器是实现安全监控的基础，传感器安装数量、位置以及安装方式等均会给监测结果带来影响。为此，文中基于以往研究成果并结合矿井皮带输送机现场监控需要，具体确定各类安全监测传感器型号、安装位置以及布置方式。

速度传感器对皮带输送机皮带速度监测，并通过与设定的速度阈值比对，实现皮带超速运行或者打滑等故障分析。采用的速度传感器型号为GSC6-SC，安装点位于皮带回程处并与皮带、滚筒等紧密连接。温度传感器用以对摩擦起热、滚筒、电机等温度监测，选用的温度传感器型号为KGW200H，布置在输送机机架上，红外探头与驱动贯通间隔控制在200 mm。烟雾传感器用以对煤炭、电缆等燃烧情况监测，采用的烟雾传感器型号为GQL0.1，安装位置为驱动滚筒下风侧。跑偏传送器用以对皮带位置监测，避免出现纵向撕裂、异常磨损等情况，选用的跑偏传感器型号为GEJ-15，安装位置为机头、机尾以及输送机中部两侧位置。

2.3 监控系统运行流程

安全监控系统通电后，首先进行初始化处理，并分配皮带输送机沿线各类安全监控传感器地址，对沿线循环安全监测设备是否出现故障进行判定。当发现皮带输送机可满足启动需要且张紧力达到要求时，通过机头下位机向变频器发出指令，从而实现皮带输送机软启动。在皮带输送机运行过程中，安全监控系统会持续对皮带输送机运行参数进行检测，并对比传感器检测值与预先设定的安全阈值，根据检测结果执行报警、洒水以及紧急停机等控制程序。

3 安全监控系统上位机

安全监控系统控制界面如图3 所示，监控界面上可实时显示供电电流、电压以及沿线各类安全检测传感器检测结果。通过主控制界面，即可实时掌握带式输送机运行情况。

图3 安全监控系统控制界面

为了便于地面监控中心及时掌握皮带输送机运行情况，在控制软件中布置有运行工况查询界面、报警系统界面，地面监控人员通过“查询报警”即可进入到报警系统，系统内有报警程度、时间以及类型等各类参数。在报警系统中预先设定各类报警值，一旦部分监测参数超过设定值，报警系统即会自动显示故障信息并标注故障位置，从而发现故障并排除。

4 结语

皮带输送机是煤矿井下运输的主要设备，皮带输送机运行可靠性以及技术水平等直接影响煤炭外运效率。随着煤矿开采范围、开采强度等不断增加，皮带输送机铺设范围、负载等均明显增加。采用先进的监控技术实现对皮带输送机运行监测，对提高煤炭运输系统生产效率具有重要作用。

本文针对山西某矿井下实际情况，提出一种皮带输送机安全监控系统，并对监控系统结构、传感器布置以及控制软件等部分进行详细阐述。在该矿现场应用后，提出的安全监控系统可实现皮带输送机运行参数监控，同时系统在可靠性、监测精度等方面均表现出明显优势。