趙 瑞

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

帶式輸送機(jī)為礦山生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備，其承擔(dān)著工作面絕大部分的運(yùn)輸任務(wù)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于工作面的環(huán)境相對(duì)惡劣，帶式輸送機(jī)常會(huì)發(fā)生斷帶、跑偏、火災(zāi)、縱向撕裂等事故，在制約工作面輸送效率的同時(shí)，嚴(yán)重影響著工作面運(yùn)輸?shù)陌踩?。為此，?shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的安全監(jiān)控運(yùn)行尤為重要[1]。但是，傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)安全監(jiān)控方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、監(jiān)控范圍有限、維修難度大等問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題，在對(duì)帶式輸送機(jī)故障類型做出準(zhǔn)確定位、快速維修以及提升效率的基礎(chǔ)上，完成帶式輸送機(jī)的自動(dòng)巡檢功能設(shè)計(jì)，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 帶式輸送機(jī)巡檢系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 帶式輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)故障

帶式輸送機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備之一，其主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)組成

經(jīng)實(shí)踐表明，帶式輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中常見(jiàn)的故障包括輸送帶斷裂、輸送帶撕裂、輸送帶跑偏、堆煤、電機(jī)發(fā)熱以及輸送帶出現(xiàn)打滑等故障[2]。為保證運(yùn)輸效率和安全性，需對(duì)運(yùn)輸機(jī)的故障進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)并定位，以方便后續(xù)的維修與維護(hù)。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)故障檢測(cè)主要依靠人工完成，不僅故障檢測(cè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且故障檢測(cè)準(zhǔn)確率低。因此，急需設(shè)計(jì)一套故障自動(dòng)巡檢裝置。

1.2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)輸需求，要求帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)滿足如下功能要求：巡檢系統(tǒng)具備對(duì)帶式輸送機(jī)工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)，故需配置溫濕度傳感器、煙霧傳感器等，以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫濕度、煙霧濃度等參數(shù)進(jìn)行采集；巡檢系統(tǒng)具備對(duì)故障的判斷功能，通過(guò)對(duì)所采集的各類參數(shù)進(jìn)行綜合分析對(duì)比，得出故障信息，并發(fā)出報(bào)警與定位，即具備對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能；巡檢系統(tǒng)具備無(wú)線通信功能，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)所采集的參數(shù)信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心和上位機(jī)顯示中心[3]。

結(jié)合上述帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的功能要求，可將自動(dòng)巡檢系統(tǒng)劃分為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)帶式輸送機(jī)故障的自動(dòng)巡檢裝置、通信分系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控分系統(tǒng)。其中，自動(dòng)巡檢裝置主要對(duì)帶式輸送機(jī)沿帶的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；通信分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)巡檢裝置的信號(hào)傳輸；上位機(jī)監(jiān)控分系統(tǒng)主要是對(duì)所采集的參數(shù)進(jìn)行分析處理，并發(fā)出響應(yīng)的控制指令。帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)

2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的設(shè)計(jì)

2.1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的使用需求，可將其劃分為驅(qū)動(dòng)分系統(tǒng)、檢測(cè)分系統(tǒng)、充電裝置以及裝置殼體等四部分[4]。其中，帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的整體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖3 所示。

圖3 巡檢裝置整體結(jié)構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用中，為帶式輸送機(jī)還配置兩臺(tái)巡檢系統(tǒng)。兩臺(tái)巡檢系統(tǒng)在同一條巡檢軌道上相向運(yùn)行，其運(yùn)行動(dòng)力為系統(tǒng)內(nèi)所配置的蓄電池。兩臺(tái)巡檢系統(tǒng)間隔運(yùn)行，即一臺(tái)充電時(shí)，另一條在軌道上對(duì)故障進(jìn)行巡檢，以此保證對(duì)帶式輸送機(jī)的24 h 不間斷巡檢。結(jié)合工作面帶式輸送機(jī)的實(shí)際情況，該巡檢裝置最大單程巡檢距離為150 m，巡檢速度可達(dá)0.5 m/s（既不耽誤巡檢任務(wù)，又可保證另一臺(tái)巡檢裝置完成充電），裝置內(nèi)含鉛酸蓄電池，單次充電可完成不少于10 h 的故障巡檢。

2.2 巡檢裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鑒于工作面的煤塵濃度及瓦斯?jié)舛容^大易發(fā)生故障，故巡檢裝置采用直流無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可避免實(shí)際運(yùn)行中因發(fā)生火花而引起的爆炸[5]。巡檢裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括巡檢裝置的行走輪、從動(dòng)齒輪、主動(dòng)齒輪以及電機(jī)。其中，電機(jī)為巡檢裝置的動(dòng)力輸出，巡檢裝置對(duì)應(yīng)行走輪的直徑為75 mm，從動(dòng)輪和主動(dòng)輪的直徑分別為100 mm 和50 mm。

巡檢裝置的巡檢速度設(shè)定為0.5 m/s，則可計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為191 r/min。結(jié)合該巡檢裝置的質(zhì)量為20 kg，啟動(dòng)階段的最大加速度為1.5 m/s2，則可計(jì)算得出對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為1.12 N·m。結(jié)合電機(jī)功率計(jì)算公式，可以得出對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率為22.4 W。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到3 倍余量，因此，對(duì)應(yīng)所選型電機(jī)的額定功率需大于67.2 W。結(jié)合市場(chǎng)的電機(jī)類型，最終選用型號(hào)為GDN-08 型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要指標(biāo)如表1 所示。

表1 GDN-08 直流無(wú)刷電機(jī)主要指標(biāo)

3 自動(dòng)巡檢裝置的應(yīng)用效果

將安裝完成的自動(dòng)巡檢裝置應(yīng)用于煤礦的實(shí)際生產(chǎn)工作面，開(kāi)啟對(duì)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)巡檢。為保證巡檢裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，在開(kāi)展下一周期巡檢任務(wù)時(shí)，需對(duì)裝置的巡航能力、信號(hào)傳輸以及巡航時(shí)間等信息進(jìn)行記錄并做判斷[5]。為體現(xiàn)自動(dòng)巡檢裝置的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)安排人工對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡檢。對(duì)比結(jié)果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，傳統(tǒng)人工巡檢方式需要配置32 名工作人員，而自動(dòng)巡檢方式下僅需配置16 名工作人員即可完成巡檢任務(wù)。人均按照0.8 萬(wàn)元/月的工資計(jì)算，每年可節(jié)約人工成本約153.6 萬(wàn)元。

2）綜采工作面的直線長(zhǎng)度為1.3 km，傳統(tǒng)人工巡檢方式運(yùn)輸耗時(shí)為2.4 h，巡檢耗時(shí)為2.4 h；自動(dòng)巡檢方式的運(yùn)輸耗時(shí)為0.73 h，巡檢耗時(shí)為1.5 h。采用自動(dòng)巡檢可使巡檢效率提升37.5%，運(yùn)輸效率提升69.6%。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸效率和安全性直接決定煤礦的生產(chǎn)效率和安全性。為此，準(zhǔn)確掌握帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況，并對(duì)所發(fā)生的故障進(jìn)行定位并及時(shí)排除尤為重要。最新設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、處理以及故障定位等功能。經(jīng)實(shí)踐表明，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)可直接節(jié)約人工成本153.6 萬(wàn)元，直接提升37.5%的巡檢效率以及69.6%的運(yùn)輸效率。