礦用帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究

康俊亮

（陽(yáng)煤集團(tuán)三礦運(yùn)輸部，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

隨著輸送機(jī)不斷向高帶速、大運(yùn)量方向發(fā)展，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的打滑、跑偏、斷帶事故時(shí)有發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響了輸送機(jī)的運(yùn)行效率而且也給井下運(yùn)輸安全帶來(lái)了極大的隱患。目前的輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行帶速和張緊力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的跑偏量、煤流量、輸送帶溫度等并未進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行異常進(jìn)行報(bào)警和處理，無(wú)法滿足井下輸送機(jī)運(yùn)行安全進(jìn)一步提升的需求。本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)。

1 輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)需求，新的輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括輸送機(jī)異常檢測(cè)、輸送機(jī)煤量監(jiān)測(cè)、輸送帶斷帶監(jiān)測(cè)及輸送機(jī)關(guān)鍵裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、人工管理五大部分，其整體控制結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了三級(jí)監(jiān)控模塊，第一級(jí)監(jiān)控模塊為安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括各類監(jiān)控顯示屏、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)分析、傳輸和結(jié)果顯示，同時(shí)滿足遠(yuǎn)程控制需求。第二級(jí)監(jiān)控模塊主要是異常檢測(cè)、煤量監(jiān)測(cè)等五大模塊,分別用于對(duì)輸送機(jī)不同機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)控和異常報(bào)警。第三級(jí)監(jiān)控模塊主要是指布置在輸送機(jī)上的各類傳感器，用于對(duì)滾筒、托輥、電機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行狀態(tài)分析。

該安全監(jiān)控系統(tǒng)采用了多層次的模塊化組合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、擴(kuò)展性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)不同輸送機(jī)的監(jiān)控需求進(jìn)行靈活調(diào)整，提升該監(jiān)控系統(tǒng)的使用靈活性。

2 輸送帶異常及煤流量的監(jiān)測(cè)

輸送帶常見(jiàn)的運(yùn)行異常主要是輸送帶的斷帶，通常狀態(tài)下對(duì)斷帶的監(jiān)測(cè)主要是采用定期X光檢測(cè)或者張力監(jiān)測(cè)的方案，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶內(nèi)部狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控，本文提出了一種新的無(wú)損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 輸送帶無(wú)損監(jiān)測(cè)理論

由圖2可知，該技術(shù)采用了磁性無(wú)損監(jiān)測(cè)方案[2]。首先對(duì)輸送帶內(nèi)的鋼絲繩芯進(jìn)行磁化，然后在輸送帶的上側(cè)和下側(cè)設(shè)置磁場(chǎng)，對(duì)輸送帶運(yùn)行時(shí)的內(nèi)芯磁場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)鋼絲繩芯移動(dòng)或斷裂時(shí)，區(qū)域內(nèi)的輸送帶磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶內(nèi)部安全的無(wú)損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

通過(guò)對(duì)多種輸送帶煤流量監(jiān)測(cè)方案的分析，結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況，本文選擇采用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)輸送帶上的煤量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)原理如圖3所示。

圖3 輸送帶煤流量監(jiān)測(cè)原理示意圖

由圖3可知，在輸送帶的上側(cè)設(shè)置防爆視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)輸送帶上的煤量分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取分割的圖像特征，根據(jù)分割數(shù)據(jù)獲取輸送帶上的煤量分布實(shí)際狀態(tài)，通過(guò)預(yù)設(shè)的視頻提取邏輯和空間視覺(jué)提取技術(shù)，獲取煤炭在輸送帶上的實(shí)際橫截面積、堆疊高度、分散度等，從而獲取在輸送帶上的實(shí)際煤量情況。

同時(shí)利用視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能夠有效識(shí)別輸送帶上的異物，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置有異物輪廓提取和識(shí)別程序，能夠在獲取視頻監(jiān)控圖像后對(duì)突出的物體進(jìn)行輪廓提取和識(shí)別，然后將輪廓特性通過(guò)神經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比分析，確定是否屬于異物，當(dāng)確認(rèn)后進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，通知現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)卡帶等異常，該異物檢測(cè)流程如圖4所示[3]。

圖4 輸送帶異物識(shí)別流程示意圖

3 輸送帶的溫度監(jiān)測(cè)

輸送帶在運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生打滑或者張緊力不均勻時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸送帶在滾筒處的摩擦加劇，進(jìn)而使帶溫迅速升高，影響輸送帶的使用壽命和運(yùn)行安全，因此本文提出了一種非接觸式的連續(xù)帶溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖5所示[4]。

圖5 帶溫監(jiān)測(cè)及故障分析

由圖5可知，在該控制系統(tǒng)中，采用了紅內(nèi)外線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的帶面溫度進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測(cè)的區(qū)域分布在驅(qū)動(dòng)滾筒處、轉(zhuǎn)向滾筒處、托輥組處等，通過(guò)非接觸式監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，將區(qū)域內(nèi)的紅外線成像圖片混合故障庫(kù)內(nèi)的異常圖片進(jìn)行匹配，獲取故障原因并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 應(yīng)用情況

通過(guò)對(duì)該輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行跟蹤可知，采用該系統(tǒng)后，輸送機(jī)因故障而停機(jī)的次數(shù)由最初的9次/月降低到了目前的1.37次/月，運(yùn)行故障降低了84.8%，同時(shí)其運(yùn)行時(shí)的平均帶速由原先的3.62 m/s提升到了目前的4.3 m/s，顯著地提升了井下輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

1）輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)采用了多層次的模塊化組合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、擴(kuò)展性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)不同輸送機(jī)的監(jiān)控需求進(jìn)行靈活調(diào)整，提升該監(jiān)控系統(tǒng)的使用靈活性；

2）磁性無(wú)損監(jiān)測(cè)方案能夠有效對(duì)輸送帶內(nèi)部鋼絲的情況進(jìn)行監(jiān)控，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)能夠有效對(duì)輸送帶上的煤量分布情況進(jìn)行監(jiān)控，利用紅外線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送帶帶溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

3）新的輸送機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)⑦\(yùn)行故障降低84.8%，將輸送機(jī)的運(yùn)行速度提升了11.4%，有效提升了輸送機(jī)在井下運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。