李景健

（汾西矿业高阳煤矿，山西 孝义 032300）

引言

带式输送机在运行期间受巷道底鼓、维护不及时、安装精度不高以及长时间高负载运行等因素影响，在使用期间容易出现各类事故，不仅给矿井煤炭运输工作高效开展带来影响，严重时甚至出现安全事故[1-3]。因此，在带式输送机运行期间，采用各种技术、监控手段等对带式输送机运行参数进行监测，对提升带式输送机运行安全保障能力以及运输效率等有显著促进作用。由于带式输送机铺设路线长、运输距离远以及故障类型多等，若仅采用人工巡检方式排采或者确定带式输送机故障，势必出现效率低、耗时长等问题[4-5]。因此，文中提出一种带式输送机巡检机器人系统，该系统集中自动监测、故障发现以及处理效率。

1 带式输送机常见故障分析

通过对矿井带式输送机运行过程分析以及故障统计发现，带式输送机故障主要集中在托辊、输送带上，具体故障类型包括有托辊卡涩、堵转；输送带跑偏、打滑、断裂等[6]。

输送机带故障类型中断带、撕裂、堆煤、打滑以及跑偏等占比达到90%以上，撕裂影响因素有输送带磨损严重、纵向开裂、异物影响等，输送带出现撕裂故障后会给运输安全以及运输效率带来影响；故障位置集中在变向点以及落料口处[7]。输送带接头连接一般采用热硫化，在接口位置受连接工艺、质量等影响，接口位置强度较低，输送带受力较大时容易出现断带事故。

输送带跑偏会导致沿线煤矸撒落、输送带边缘磨损严重，严重时甚至出现火灾或者撕裂故障，跑偏原因是受力不均衡。输送带打滑点位于输送带与滚筒间，打滑故障会导致张力不足、表面磨损严重甚至火灾等故障。堆煤故障主要是运输的原煤中含水率过大，导致原煤在输送带上堆积。

带式输送机托辊最为常见故障包括有托辊卡涩、严重磨损以及转轴卡死等问题，严重时会导致托辊异常发热甚至导致火灾事故。

2 巡检机器人系统设计

2.1 系统整体结构

具体巡检机器人系统结构如图1 所示，组成单元包括有配重系统、驱动系统、巡检机器人本体等。

图1 巡检机器人系统结构

巡检机器人驱动采用防爆电机，为巡检机器人本体沿钢丝绳往返移动提供动力；配重主要作用是确保巡检机器人在钢丝绳上平稳运行。在巡检机器人本体上内置信息通信系统、控制系统以及故障检测系统等。信息通信为无线方式，实现控制信息以及故障检测系统等实时传输；控制系统分析传感器、输送机监测及运行参数，并控制带式输送机运行；故障检测系统可及时发现带式输送机运行期间存在的输送带断裂、跑偏或者托辊异常等各类故障。

2.2 系统传感器确定

传感器是实现巡检机器人系统功能的主要组成单元，包括激光雷达、单目相机、传感器（烟雾、温度以及声音等）等。激光雷达具有信息获取量大、环境适应性强以及分辨率高等优点，可满足煤矿井下复杂、恶劣工作环境需要；通过激光雷达传感器可实现输送带跑偏、堆煤以及跑偏等故障精准监测，同时可对输送带断带、撕裂等进行辨识。单目相机可对输送带运行画面进行实时监测，对潜在的输送带断带或者撕裂等故障进行确定。

烟雾传感器可对输送带打滑、跑偏等故障引起的异常烟雾等进行监测，从而可有效避免火灾事故发生；温度传感器可对滚筒、输送带等异常高温进行监测；声音传感器用以对带式输送机运行异常声响进行监测。

2.3 巡检机器人系统故障检测方法

2.3.1 输送带断裂以及撕裂故障检测

输送带断裂以及撕裂故障检测流程如图2 所示，通过激光雷达以及单目相机组合，实现数据采集、分析，当监测到输送带断裂或者撕裂监测参数超过设定阈值时，系统会发出报警并停止带式输送机运行。

图2 输送带断裂以及撕裂故障检测流程

2.3.2 打滑及跑偏故障检测

输送带打滑以及跑偏检测流程如图3 所示，故障分析综合烟雾、温度传感器以及激光雷达判定。

图3 输送带打滑以及跑偏检测流程

采用烟雾以及温度传感器对带式输送机运行期间烟雾、温度值进行判定，当检测结果超过预先设定阈值时即可认为输送带出现打滑故障；通过激光雷达对输送机进行检查，并通过综合比对巡检机器人检测获取到的输送带速度与驱动电机转速，来确定输送带是否出现打滑。

2.3.3 堆煤故障检测

带式输送机堆煤故障检测流程如图4 所示。检测时首先用激光雷达获取点云数据，具体采集带式输送机堆煤轮廓边缘，通过与带式输送机正常运行时堆煤边缘进行比对，确定是否出现堆煤故障。

图4 带式输送机堆煤故障示意图

2.3.4 托辊故障检测

带式输送机托辊故障包括有托辊卡涩、卡死以及异常磨损等，当托辊出现故障时常伴随有高温、异常噪声等。通过温度、声音传感器等对带式输送机沿线托辊温度、噪声等进行检测，即可实现托辊故障诊断。

2.4 巡检机器人系统软件

巡检机器人系统工控机作为上位机，对各传感器数据存储、分析，并综合比对，判定故障类型。PLC 为下位机，上位机（工控机）将故障发送至下位机，下位机对故障预警并对控制带式输送机运行。巡检机器人系统运行流程如图5 所示。

图5 巡检机器人系统运行流程

3 结语

带式输送机在运行时输送带、托辊故障占比较高，而输送带、托辊沿着带式输送机铺设，日常巡检若通过人工方式则存在故障排查难度大、巡检频率低以及巡检工作强度高等问题。为此，文中提出一种巡检机器人系统，采用传感器监测式输送机运行，并通过内置的控制程序对运行故障进行判定。文中所提巡检机器人系统可监测带式输送机故障，并根据故障影响发出预警或者停机指令，从而降低带式输送机故障对煤炭运输影响，同时可减少煤矿井下带式输送机运输系统工作人员使用量。