煤矿主运输带式输送机故障监测和防治系统研究

朱艳军 任晓迪 席 冉

（1.中煤平朔煤业有限责任公司，山西省朔州市，036000；2.国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京市朝阳区，100029）

带式输送机在输送过程中经常出现胶带损伤、跑偏、打滑、断带、电机定子超温以及煤仓堆煤等故障，这些故障经常会导致重大的事故，对生产造成重大损失。《煤矿安全规程》明确规定，采用滚筒驱动主运输带式输送机运输时，必须装设驱动滚筒防滑保护、堆煤保护、防跑偏装置、温度保护和自动洒水装置；在主要运输巷道内安设的主运输带式输送机还必须装设输送胶带张紧力下降保护装置和防撕裂保护装置。因此，结合国家标准的相关规定，应开发出更适合煤矿安全生产的智能型和多功能主运输带式输送机保护控制装置，以适用于煤矿井下主运输带式输送机的安全、稳定和高效运行。基于此，设计了一套主运输带式输送机故障监测和防治系统。

1 主运输带式输送机故障监测和防治系统设计

主运输带式输送机故障监测和防治系统主要由信号检测和测量装置（继电器或传感器）、信号处理和控制单元（PLC）、执行装置、数字显示和报警装置组成，系统结构图如图1所示。系统解决了传统单纯继电器检测方式的误判和漏判现象，大大提高了故障诊断的智能性，实现了对主运输带式输送机故障早预报和早处理的目的。

带式输送机的各种故障（损伤、跑偏、打滑、断带、电机定子超温、煤仓堆煤）均可归结为速度、负载和温度等带式输送机运输过程中的特性变化所引起，因此，本系统所监测的主要参数为带式输送机的速度、电机电流和温度。带式输送机故障诊断和监测过程中根据各个参数的不同调用不同的控制算法，实现对故障的预判断，控制处理器（PLC）根据判断结果控制电机执行相应的动作或者声光报警器报警。

图1 主运输带式输送机故障监测系统结构图

2 主运输带式输送机故障监测和防治系统功能

2.1 胶带损伤检测

胶带损伤是煤矿使用带式输送机最常见的故障之一，在井下煤炭运输过程中，胶带铺设长度较长且井下工作环境较差，很容易引起损坏。胶带损伤有以下几种常见形式：

（1）转载机与带式输送机机尾搭接高度不够，机尾缓冲托辊失去弹性，当大块的物料从转载机上落下，形成较大的冲击力而撞破胶带的上覆盖层，甚至破断带芯，形成窟窿。当物料中夹带尖锐物体时，很容易划破胶带，造成胶带纵向撕裂。

（2）胶带跑偏会引起胶带和机架摩擦，产生胶带边拉毛开裂，时间久了水会从破损处渗入，胶带帆布层会逐渐腐烂。

（3）胶带搭接时接头不齐、不平或不直，造成胶带受力不均匀而破裂。

（4）胶带制造质量差或使用保管不当，如地面使用的胶带夏季长期在烈日下曝晒，冬季胶带表面积水结冰造成胶带胶质变硬而提前老化，形成老化损伤。

胶带损伤后会影响胶带的运行速度，可以利用速度传感器检测胶带的运行速度，进而判断胶带是否损伤。本系统选用常州联力公司生产的KJ5007A型速度传感器，带式输送机运行时速度检测传感器紧贴带式输送机滚轮，转盘（带有齿槽）在光电传感器凹槽内转动。光电传感器光路通断受齿槽控制输出相应的方波频率信号，频率信号再经频率／电压、电压／电流变换后输出4～20 m A的电流信号，根据电流大小的不同来监测带式输送机的运行速度。

2.2 胶带跑偏监测和防治

胶带跑偏的根本原因是胶带在运行过程中横向受力不平衡，主要存在以下几种常见问题：

（1）安装质量问题。安装质量问题包括机架和滚筒没有调整平直、托辊轴线与输送带中心线不垂直、机架与地面连接强度不够以及导料槽和卸料槽的导料挡板安装位置不当。

（2）本身质量问题。胶带接头与中心线不垂直或胶带边呈 “S”型。（3）装载质量问题。装载点不在输送带中央。（4）维护质量问题。滚筒清扫不干净，造成直径不等。

为了解决胶带跑偏而引起的带式输送机故障，在带式输送机机头、机中和机尾等胶带最容易跑偏的位置分别安装一对防跑偏保护装置。当带式输送机正常工作时，跑偏开关的探杆在竖直位置，当胶带跑偏时，胶带边缘会碰到跑偏开关的探杆，并带动探杆轴转动，此时与探杆固定在同一轴上的凸轮也会随着转动，并拨动跑偏开关的微动开关，带式输送机发出跑偏信号。带式输送机机头胶带跑偏监测示意图如图2所示。

图2 带式输送机机头胶带跑偏监测示意图

2.3 胶带打滑监测和防治

驱动滚筒打滑是带式输送机经常出现的故障，带式输送机滚筒打滑是由滚筒的摩擦牵引力降低、超载或胶带被卡住所致，摩擦牵引力降低是由于胶带或滚筒沾到泥水以及胶带张力下降所致。如果滚筒持续打滑得不到纠正，会导致胶带着火，从而引起重大火灾事故。即使采用阻燃胶带，驱动滚筒持续打滑也会导致胶带冒烟污染空气。

当带式输送机发生打滑现象时，滚筒和胶带之间发生的剧烈摩擦会使滚筒温度升高，根据此原理，在滚筒上设计温度传感器对滚筒的温度进行实时监测，当温度达到设定值时监测系统开始报警，同时启动洒水阀洒水降温。带式输送机打滑监测系统示意图如图3所示。

图3 带式输送机打滑监测系统示意图

2.4 胶带撕裂与断带检测

胶带撕裂与断带是带式输送机最严重的故障，一旦发生断带下滑和因逆止器失效造成的逆转事故，就很容易摧毁带式输送机机架、损坏相关设备和堵塞运输巷道，造成停产甚至是人员伤亡的严重事故，给企业带来重大经济损失。从大量的断带事故分析可知，胶带撕裂与断带大概有以下几种原因：

（1）齿轮减速器损坏，液力耦合器喷液或电动机逆转。

（2）胶带接头质量问题。

（3）运输中因其他物体卷入而引起运输载荷突然增加。

（4）启动和停车时应力变化大。

（5）胶带自身质量不过关，日常维护不到位。

2.4.1 胶带撕裂的监测方法

在带式输送机下方安装漏料监测器，当胶带被撕裂后，物料会通过裂口掉到下面的托盘上，根据重量平衡原理，当检测器上漏料的重量大于平衡锤的重量时，会使该装置绕支点转动，迫使限位开关动作。这种检测装置结构比较简单，检查方便。漏料检测器工作示意图如图2所示。

图4 漏料检测器工作示意图

2.4.2 胶带断带的监测方法

当胶带负载忽然变轻或是胶带忽然断带时，胶带的运行速度会马上升高。一般胶带的正常运行速度是4.5 m／s。通过速度传感器监测胶带的运行速度，当胶带的速度达到标准带速的105%时，监测系统发出声光报警并命令CST紧急停车（标准带速为4.5 m／s）。

2.5 电机定子超温监测

定子超温一般存在电和磁两个方面的问题。从电的方面来说，主要是存在电机长时间过负荷、线圈绕组中出现相间或匝间短路、线圈绝缘层损伤以及内部放电等问题。从磁的方面来说，主要是存在电磁磁耗和涡流损耗过大等问题。

当电机定子温度过高时，会破坏绝缘层，造成短路。监测定子超温现象是通过在定子绕组中放入热敏电阻来实现的。当定子的温度发生变化时，热敏电阻的阻值变化，输出电流也随着变化，根据电流的大小来检测定子的温度。同样为定子设置一个危险温度值，当定子的温度超过这个数值的时候，超温监测系统发出危险报警，强制电机停机。

2.6 煤仓堆煤故障监测

当煤仓内有大煤块堵塞煤仓漏口时，会使煤流受阻在煤仓内，无法向带式输送机正常投放。由于煤仓较大，如果不能及时发现煤仓堆煤，会导致煤仓内堆煤量越来越大，迫使使用大量的人力和物力来挖除煤仓内阻塞的堆煤，此时运输系统将全部停工。这样不仅增加了时间成本，降低了工作效率，同时也增加了人力和物力成本，提高了煤的生产成本。

为了解决煤仓堆煤问题，带式输送机头部漏斗壁上安装堆煤传感器，并设置一个危险煤位。当漏斗中的煤位超过危险煤位时，堆煤传感系统发出报警信号，提醒工作人员及时处理煤仓内阻塞的煤。

［1］吴奶明.带式输送机胶带跑偏原因及其调整方法［J］.中国煤炭，2010（S1）

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