赵 瑞

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿， 山西 吕梁 033602）

引言

带式输送机为矿山生产的主要运输设备，其承担着工作面绝大部分的运输任务。在实际生产过程中，由于工作面的环境相对恶劣，带式输送机常会发生断带、跑偏、火灾、纵向撕裂等事故，在制约工作面输送效率的同时，严重影响着工作面运输的安全性。为此，实现对带式输送机的安全监控运行尤为重要[1]。但是，传统的带式输送机安全监控方式存在劳动强度大、效率低、监控范围有限、维修难度大等问题，针对此问题，在对带式输送机故障类型做出准确定位、快速维修以及提升效率的基础上，完成带式输送机的自动巡检功能设计，并对其应用效果进行验证。

1 带式输送机巡检系统总体方案设计

1.1 带式输送机基本结构及常见故障

带式输送机作为煤矿生产的主要运输设备之一，其主要结构如图1 所示。

图1 带式输送机基本结构组成

经实践表明，带式输送机在实际运输过程中常见的故障包括输送带断裂、输送带撕裂、输送带跑偏、堆煤、电机发热以及输送带出现打滑等故障[2]。为保证运输效率和安全性，需对运输机的故障进行精准检测并定位，以方便后续的维修与维护。传统的带式输送机故障检测主要依靠人工完成，不仅故障检测效率低、劳动强度大，而且故障检测准确率低。因此，急需设计一套故障自动巡检装置。

1.2 带式输送机自动巡检系统的结构设计要求

结合带式输送机的实际运输需求，要求带式输送机自动巡检系统满足如下功能要求：巡检系统具备对带式输送机工作环境的监测，故需配置温湿度传感器、烟雾传感器等，以对现场的环境温湿度、烟雾浓度等参数进行采集；巡检系统具备对故障的判断功能，通过对所采集的各类参数进行综合分析对比，得出故障信息，并发出报警与定位，即具备对带式输送机运行的实时监测功能；巡检系统具备无线通信功能，能够将现场所采集的参数信息通过无线网络传输至数据处理中心和上位机显示中心[3]。

结合上述带式输送机自动巡检系统的功能要求，可将自动巡检系统划分为现场对带式输送机故障的自动巡检装置、通信分系统和上位机监控分系统。其中，自动巡检装置主要对带式输送机沿带的故障进行实时检测；通信分系统主要实现上位机与现场巡检装置的信号传输；上位机监控分系统主要是对所采集的参数进行分析处理，并发出响应的控制指令。带式输送机自动巡检系统如下页图2 所示。

图2 带式输送机自动巡检系统

2 带式输送机自动巡检装置的设计

2.1 带式输送机自动巡检装置整体结构设计

结合带式输送机自动巡检装置的使用需求，可将其划分为驱动分系统、检测分系统、充电装置以及装置壳体等四部分[4]。其中，带式输送机自动巡检装置的整体结构如下页图3 所示。

图3 巡检装置整体结构

在实际应用中，为带式输送机还配置两台巡检系统。两台巡检系统在同一条巡检轨道上相向运行，其运行动力为系统内所配置的蓄电池。两台巡检系统间隔运行，即一台充电时，另一条在轨道上对故障进行巡检，以此保证对带式输送机的24 h 不间断巡检。结合工作面带式输送机的实际情况，该巡检装置最大单程巡检距离为150 m，巡检速度可达0.5 m/s（既不耽误巡检任务，又可保证另一台巡检装置完成充电），装置内含铅酸蓄电池，单次充电可完成不少于10 h 的故障巡检。

2.2 巡检装置驱动系统的设计

鉴于工作面的煤尘浓度及瓦斯浓度较大易发生故障，故巡检装置采用直流无刷电机进行驱动，可避免实际运行中因发生火花而引起的爆炸[5]。巡检装置驱动系统包括巡检装置的行走轮、从动齿轮、主动齿轮以及电机。其中，电机为巡检装置的动力输出，巡检装置对应行走轮的直径为75 mm，从动轮和主动轮的直径分别为100 mm 和50 mm。

巡检装置的巡检速度设定为0.5 m/s，则可计算得出对应的驱动电机的转速为191 r/min。结合该巡检装置的质量为20 kg，启动阶段的最大加速度为1.5 m/s2，则可计算得出对应驱动电机的最大转矩为1.12 N·m。结合电机功率计算公式，可以得出对应的电机功率为22.4 W。设计时应考虑到3 倍余量，因此，对应所选型电机的额定功率需大于67.2 W。结合市场的电机类型，最终选用型号为GDN-08 型的驱动电机。该驱动电机的主要指标如表1 所示。

表1 GDN-08 直流无刷电机主要指标

3 自动巡检装置的应用效果

将安装完成的自动巡检装置应用于煤矿的实际生产工作面，开启对带式输送机的自动巡检。为保证巡检装置的稳定运行，在开展下一周期巡检任务时，需对装置的巡航能力、信号传输以及巡航时间等信息进行记录并做判断[5]。为体现自动巡检装置的优势，同时安排人工对带式输送机的运行状态进行巡检。对比结果如下：

1）在四班三倒的工作方式下，传统人工巡检方式需要配置32 名工作人员，而自动巡检方式下仅需配置16 名工作人员即可完成巡检任务。人均按照0.8 万元/月的工资计算，每年可节约人工成本约153.6 万元。

2）综采工作面的直线长度为1.3 km，传统人工巡检方式运输耗时为2.4 h，巡检耗时为2.4 h；自动巡检方式的运输耗时为0.73 h，巡检耗时为1.5 h。采用自动巡检可使巡检效率提升37.5%，运输效率提升69.6%。

4 结语

带式输送机作为综采工作面的主要运输设备，其运输效率和安全性直接决定煤矿的生产效率和安全性。为此，准确掌握带式输送机的运行情况，并对所发生的故障进行定位并及时排除尤为重要。最新设计的自动巡检系统很好地实现了对带式输送机运行状态的检测、处理以及故障定位等功能。经实践表明，所设计的自动巡检系统可直接节约人工成本153.6 万元，直接提升37.5%的巡检效率以及69.6%的运输效率。