綜采工作面刮板輸送機(jī)鏈條保護(hù)系統(tǒng)研究

任清浩

（山西焦煤汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)，山西 孝義 032300）

0 引言

綜采工作面刮板輸送機(jī)是主要的運(yùn)輸設(shè)備，其能否正常、可靠運(yùn)行會(huì)直接影響煤礦井下生產(chǎn)。刮板鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)主要組成單元，主要起到牽引作用[1-2]。刮板輸送機(jī)運(yùn)行期間，鏈條張緊力會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間、負(fù)載等變化而變化，導(dǎo)致鏈條部分區(qū)段張緊力與設(shè)計(jì)值間出現(xiàn)一定偏差[3]。鏈條太緊或者太松均會(huì)影響刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行，若是鏈條太緊則增大鏈條、鏈輪等摩擦，加快設(shè)備磨損；若是鏈條太松則容易導(dǎo)致鏈條在鏈輪處脫落、嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致卡鏈或者斷鏈故障[4-5]。依據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，刮板鏈故障占比超過40%，鏈條故障產(chǎn)生原因[6-8]主要包括有刮板輸送機(jī)安裝工藝或者機(jī)身材料質(zhì)量等不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致設(shè)備鏈環(huán)、鏈條以及刮板等出現(xiàn)異常磨損；刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)負(fù)載變化較大或者采面斜長(zhǎng)長(zhǎng)短不一，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)出現(xiàn)較大的彎曲，鏈條受力不均衡、局部位置異常摩擦；刮板輸送機(jī)使用地點(diǎn)環(huán)境惡劣且存在有腐蝕性液體，導(dǎo)致鏈條、鏈環(huán)等銹蝕、脫皮等，降低鏈條整體強(qiáng)度；操作人員操作不規(guī)范，刮板輸送機(jī)停機(jī)后緊鏈、更換的鏈環(huán)節(jié)距不統(tǒng)一或者出現(xiàn)螺栓斷裂、松動(dòng)或者掉落等情況；鏈條受到鏈輪壓力、牽引力以及煤塊沖擊力、底部槽摩擦力等，導(dǎo)致鏈條及鏈輪使用壽命較短、影響鏈條張緊效果。對(duì)鏈條進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)警對(duì)提升刮板輸送機(jī)工作可靠性及效率有顯著促進(jìn)意義，為此文中構(gòu)建一種鏈條在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)跳鏈、斷鏈、堵轉(zhuǎn)等常見故障監(jiān)測(cè)達(dá)到提升鏈條運(yùn)行保護(hù)能力。

1 鏈條故障監(jiān)測(cè)分析

具體刮板輸送機(jī)鏈條故障監(jiān)測(cè)原理如圖1 所示，正常運(yùn)行時(shí)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)舌板不停擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍介于0～X，X 為理想狀態(tài)下舌板幅度。舌板鐵塊正對(duì)傳感器輸出低電平；有較大偏差時(shí)輸出高電平，隨著生產(chǎn)持續(xù)傳感器會(huì)持續(xù)的發(fā)出脈沖信號(hào)。經(jīng)過多處現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，傳感器在刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行、故障運(yùn)行時(shí)脈沖信號(hào)對(duì)比情況如圖2 所示。當(dāng)刮板輸送機(jī)鏈條出現(xiàn)斷鏈、堵轉(zhuǎn)故障后，傳感器持續(xù)輸出高電平信號(hào)；當(dāng)斷刮板后，會(huì)在后續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)出高電平信號(hào)，持續(xù)時(shí)間通過超過一個(gè)脈沖周期；當(dāng)出現(xiàn)跳鏈故障時(shí)2個(gè)傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)1、脈沖信號(hào)2 會(huì)出現(xiàn)明顯的相位差。通過對(duì)傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析，即可實(shí)現(xiàn)斷鏈、跳鏈、堵轉(zhuǎn)以及斷刮板等各類鏈條相關(guān)故障監(jiān)測(cè)、判定。

圖1 鏈條故障監(jiān)測(cè)示意圖

圖2 刮板輸送機(jī)不同情況下脈沖信號(hào)對(duì)比

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 整體架構(gòu)

具體刮板輸送機(jī)鏈條保護(hù)系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示，布置在刮板輸送機(jī)機(jī)尾位置的傳感器用以采集鏈條現(xiàn)場(chǎng)工況參數(shù)，二次儀表則對(duì)采集得到的工況參數(shù)進(jìn)行分析處理，得到鏈條實(shí)際運(yùn)行情況并通過串口服務(wù)器、工業(yè)以太網(wǎng)等將監(jiān)測(cè)信息傳輸至地面調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖3 二次儀表結(jié)構(gòu)組成示意圖

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用的傳感器可通過外購(gòu)獲取，而二次儀表為本系統(tǒng)專用，需針對(duì)性研發(fā)；地面監(jiān)控中心上位機(jī)軟件也需針對(duì)性開發(fā)；其他的如串口服務(wù)器等均可外購(gòu)。

2.2 二次儀表

2.2.1 整體結(jié)構(gòu)

選用型號(hào)為HF50W-SF-24 開關(guān)電源，輸入電壓范圍為100～280 VAC，輸出1 路為24 VAC；MKDS-I雙路本質(zhì)安全性電源，輸入電壓127 VAC、輸出2 路為5 VDC 回路。串口服務(wù)器型號(hào)為EDG－4504、安全柵型號(hào)為GS8092－EX（S）。具體選用的各元器件結(jié)構(gòu)類型及參數(shù)如表1 所示。

表1 各元器件型號(hào)及規(guī)格

具體設(shè)計(jì)的二次儀表結(jié)構(gòu)組成如圖3 所示，設(shè)計(jì)的二次儀表為隔爆本安型，采用井下的127 V 交流電源供電，并將本安電源模塊內(nèi)置在隔爆腔內(nèi)。由于需要同時(shí)采集2 路傳感器脈沖信號(hào)，因此二次儀表主電路板選擇使用雙單片機(jī)。

2.2.2 控制程序

二次儀表有大量定時(shí)器以及中斷器，在1 號(hào)單片機(jī)中，定期器0 以及外部中斷器0 監(jiān)測(cè)傳感器每個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)時(shí)間，外部中斷1 則為外置鍵盤編程使用，定時(shí)器1 用以實(shí)現(xiàn)脈沖周期標(biāo)定，數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用Modbus 協(xié)議，中斷方式通信。2 號(hào)單片機(jī)中，定期器0 以及外部中斷0 用以實(shí)現(xiàn)傳感器每個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)時(shí)間，定時(shí)器1 用以實(shí)現(xiàn)脈沖周期標(biāo)定。具體控制軟件運(yùn)行流程如圖4 所示。

圖4 控制軟件運(yùn)行流程

2.3 地面調(diào)度室上位機(jī)軟件

地面調(diào)度室上位機(jī)軟件主要功能是顯示井下二次儀表監(jiān)測(cè)結(jié)果。上位機(jī)軟件開采采用VC++6.0、MFC 編程方式，具體設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件顯示界面如圖5 所示。

圖5 上位機(jī)軟件顯示界面

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

山西某礦3302 綜采工作面回采的3 號(hào)煤層厚度均值3.7 m，煤層中間有2～4 層砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾矸，厚度合計(jì)0.20～0.75 m，日均推進(jìn)速度4.8 m，布置的刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度為225 m。在保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用前，受3302 綜采工作面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層夾矸以及刮板輸送機(jī)鋪設(shè)距離長(zhǎng)等多因素制約，刮板輸送機(jī)在使用過程中出現(xiàn)多起鏈條故障，不僅影響原煤運(yùn)輸而且存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。將上文所述刮板輸送機(jī)鏈條保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用到采面刮板輸送機(jī)后，通過傳感器實(shí)現(xiàn)鏈條狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)鏈條故障，不僅可降低故障影響而且系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，地面監(jiān)控中心工作人員也可遠(yuǎn)程掌握刮板輸送機(jī)鏈條情況；保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用可在一定程度提升采面遠(yuǎn)程監(jiān)控能力以及安全保障水平。

4 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建的刮板輸送機(jī)鏈條保護(hù)系統(tǒng)通過在線監(jiān)測(cè)鏈條運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鏈條故障（包括斷鏈、跳鏈、堵轉(zhuǎn)以及斷刮板等）監(jiān)測(cè)、預(yù)警，監(jiān)測(cè)結(jié)果采用二次儀表進(jìn)行分析并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。若現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)鏈條出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，二次儀表可直接發(fā)出聲光報(bào)警信息同時(shí)地面監(jiān)控中心上位機(jī)也會(huì)顯示故障類型。通過鏈條保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用，可在一定程度上提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行可靠性、降低刮板鏈故障影響。