综采工作面刮板输送机链条保护系统研究

任清浩

（山西焦煤汾西矿业宜兴煤业，山西 孝义 032300）

0 引言

综采工作面刮板输送机是主要的运输设备，其能否正常、可靠运行会直接影响煤矿井下生产。刮板链是刮板输送机主要组成单元，主要起到牵引作用[1-2]。刮板输送机运行期间，链条张紧力会随着运行时间、负载等变化而变化，导致链条部分区段张紧力与设计值间出现一定偏差[3]。链条太紧或者太松均会影响刮板输送机正常运行，若是链条太紧则增大链条、链轮等摩擦，加快设备磨损；若是链条太松则容易导致链条在链轮处脱落、严重时导致卡链或者断链故障[4-5]。依据有关统计资料，刮板链故障占比超过40%，链条故障产生原因[6-8]主要包括有刮板输送机安装工艺或者机身材料质量等不满足相关标准要求，导致设备链环、链条以及刮板等出现异常磨损；刮板输送机运行时负载变化较大或者采面斜长长短不一，导致刮板输送机出现较大的弯曲，链条受力不均衡、局部位置异常摩擦；刮板输送机使用地点环境恶劣且存在有腐蚀性液体，导致链条、链环等锈蚀、脱皮等，降低链条整体强度；操作人员操作不规范，刮板输送机停机后紧链、更换的链环节距不统一或者出现螺栓断裂、松动或者掉落等情况；链条受到链轮压力、牵引力以及煤块冲击力、底部槽摩擦力等，导致链条及链轮使用寿命较短、影响链条张紧效果。对链条进行保护，实现故障早期预警对提升刮板输送机工作可靠性及效率有显著促进意义，为此文中构建一种链条在线监测系统，通过对跳链、断链、堵转等常见故障监测达到提升链条运行保护能力。

1 链条故障监测分析

具体刮板输送机链条故障监测原理如图1 所示，正常运行时链轮转动会带动舌板不停摆动，摆动范围介于0～X，X 为理想状态下舌板幅度。舌板铁块正对传感器输出低电平；有较大偏差时输出高电平，随着生产持续传感器会持续的发出脉冲信号。经过多处现场试验，传感器在刮板输送机正常运行、故障运行时脉冲信号对比情况如图2 所示。当刮板输送机链条出现断链、堵转故障后，传感器持续输出高电平信号；当断刮板后，会在后续较长时间内发出高电平信号，持续时间通过超过一个脉冲周期；当出现跳链故障时2个传感器发出的脉冲信号1、脉冲信号2 会出现明显的相位差。通过对传感器发出的脉冲信号进行分析，即可实现断链、跳链、堵转以及断刮板等各类链条相关故障监测、判定。

图1 链条故障监测示意图

图2 刮板输送机不同情况下脉冲信号对比

2 系统结构组成

2.1 整体架构

具体刮板输送机链条保护系统整体架构如图3所示，布置在刮板输送机机尾位置的传感器用以采集链条现场工况参数，二次仪表则对采集得到的工况参数进行分析处理，得到链条实际运行情况并通过串口服务器、工业以太网等将监测信息传输至地面调度室，实现数据交互。

图3 二次仪表结构组成示意图

现场监测采用的传感器可通过外购获取，而二次仪表为本系统专用，需针对性研发；地面监控中心上位机软件也需针对性开发；其他的如串口服务器等均可外购。

2.2 二次仪表

2.2.1 整体结构

选用型号为HF50W-SF-24 开关电源，输入电压范围为100～280 VAC，输出1 路为24 VAC；MKDS-I双路本质安全性电源，输入电压127 VAC、输出2 路为5 VDC 回路。串口服务器型号为EDG－4504、安全栅型号为GS8092－EX（S）。具体选用的各元器件结构类型及参数如表1 所示。

表1 各元器件型号及规格

具体设计的二次仪表结构组成如图3 所示，设计的二次仪表为隔爆本安型，采用井下的127 V 交流电源供电，并将本安电源模块内置在隔爆腔内。由于需要同时采集2 路传感器脉冲信号，因此二次仪表主电路板选择使用双单片机。

2.2.2 控制程序

二次仪表有大量定时器以及中断器，在1 号单片机中，定期器0 以及外部中断器0 监测传感器每个周期内高电平持续时间，外部中断1 则为外置键盘编程使用，定时器1 用以实现脉冲周期标定，数据通信协议采用Modbus 协议，中断方式通信。2 号单片机中，定期器0 以及外部中断0 用以实现传感器每个周期内高电平持续时间，定时器1 用以实现脉冲周期标定。具体控制软件运行流程如图4 所示。

图4 控制软件运行流程

2.3 地面调度室上位机软件

地面调度室上位机软件主要功能是显示井下二次仪表监测结果。上位机软件开采采用VC++6.0、MFC 编程方式，具体设计的上位机软件显示界面如图5 所示。

图5 上位机软件显示界面

3 现场应用效果

山西某矿3302 综采工作面回采的3 号煤层厚度均值3.7 m，煤层中间有2～4 层砂质泥岩、粉砂岩夹矸，厚度合计0.20～0.75 m，日均推进速度4.8 m，布置的刮板输送机长度为225 m。在保护系统应用前，受3302 综采工作面回采范围内地质构造复杂、煤层夹矸以及刮板输送机铺设距离长等多因素制约，刮板输送机在使用过程中出现多起链条故障，不仅影响原煤运输而且存在一定安全风险。将上文所述刮板输送机链条保护系统应用到采面刮板输送机后，通过传感器实现链条状态监测，可及时发现链条故障，不仅可降低故障影响而且系统运行平稳，地面监控中心工作人员也可远程掌握刮板输送机链条情况；保护系统应用可在一定程度提升采面远程监控能力以及安全保障水平。

4 结语

构建的刮板输送机链条保护系统通过在线监测链条运行状态，实现链条故障（包括断链、跳链、堵转以及断刮板等）监测、预警，监测结果采用二次仪表进行分析并通过工业以太网传输到地面监控中心。若现场发现刮板输送机链条出现运行故障时，二次仪表可直接发出声光报警信息同时地面监控中心上位机也会显示故障类型。通过链条保护系统应用，可在一定程度上提高刮板输送机运行可靠性、降低刮板链故障影响。