带式输送机安全监测系统的设计及可行性测试

魏士谦

（山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西 阳城 048106）

引言

带式输送机作为综采工作面的主要运输设备，其运行安全性和效率间接影响工作面的生产能力。因此，保证带式输送机的安全运行尤为重要。目前，针对带式输送机安全监测主要通过建立矿井带式输送机自动化安全监测系统或对带式输送机故障的人工巡检保障其运行的安全性[1]。为进一步提升带式输送机运输的安全性、保证故障定位的准确度和故障排除的效率，本文拟将故障巡检诊断和安全监测系统结合于带式输送机的控制系统中，并对其可行性进行测试。

1 带式输送机安全监测方案的总体设计

本文以双驱动带式输送机为例开展研究，其结构如图1所示。

图1 双驱动带式输送机结构示意图

带式输送机长时间在环境相对恶劣的环境下运行，存在极大的安全隐患；同时，在实际运输过程中输送机可能存在堆煤、跑偏、过载、超速等工况，严重威胁设备的安全运行[2]。因此，针对带式输送机在实际生产中可能存在的安全隐患为其配置有效可行的监测系统并排除故障是十分有必要的。本文重点研究用于对带式输送机在实际运行中输送带出现打滑、断带、纵向撕裂、跑偏以及堆煤等隐患进行监测的带式输送机安全监测系统。结合带式输送机的安全监测需求，设计如图2所示的结构框图。

图2 带式输送机安全监测系统的总体结构框图

如图2所示，安全监测系统分为监测分站和监测主站。其中，监测主站主要是对所采集的数据进行分析、处理、显示；安全监测分站分为分布式监测分站和移动分站，主要是对带式输送机输送带、设备以及危险气体的采集。

2 带式输送机安全监测系统的涉及

2.1 分布式监测分站的设计

为提高安全监测系统的故障定位准确度和全面性，采用传感器和移动巡检的方式对带式输送机运行中的故障信息进行采集。对于固定传感器而言，根据安装位置的不同在机头位置布置跑偏传感器、托辊温度传感器、烟雾传感器以及堆煤传感器等；在机尾位置主要安装张力检测传感器、物料遗漏传感器、输送带跑偏传感器以及堆煤传感器；在输送带的中间位置主要布置张力传感器和输送带跑偏传感器[3]。对于移动巡检而言，主要是对托辊温度传感器和气危险气体检测传感器。本监测系统涉及到的传感器参数如下页表1所示，各种传感器的在带式输送机的安装位置如下页图3所示。

图3 各类传感器安装位置示意图

表1 安全监测系统传感器选型结果

2.2 移动巡检分站的设计

上述为带式输送机监测系统中分布式监测分站的设计。在实际生产中为了更全面获取带式输送机的运行参数和故障信息，在上述基础上增加移动巡检分站的功能。因此，带式输送机移动巡检分站的主要功能如下：

1）主要对带式输送机托辊温度和甲烷、CO等危险气体的浓度进行检测；

2）对现场作业人员所检测到的故障信息进行分析；

3）具备实时显示、报警以及通讯的功能[4]。

结合移动巡检分站的功能，其对应的结构框图如图4所示：

图4 移动巡检分站结构框图

其中，针对托辊温度的检测本方案采用射频识别技术实现上述功能。一般情况，在实际运输中托辊表面的最高温度不超过150℃，对应的在托辊端面的温度为78℃。因此，设定当检测到托辊端面的温度大于75℃时即发出声光报警，并选用TN901红外温度模块对托辊端面的温度进行检测。针对现场有害气体浓度的检测，采用MSH-DP-HC/CO2和ME4-CO传感器分别对CH4、CO2和CO的浓度进行检测。

针对移动巡检分站以及分布式监测分站所采集到各类信息的传送，考虑到有线传输虽然具有较高的可靠性和稳定性，但是铺设电缆的成本较高。本方案选用无线通讯的方式时间对信息的传输。鉴于本系统涉及到的参数的传输距离较远、环境相对恶劣，同时要求无线传输模块具有能耗低、接口丰富的特点，本方案选用SmartNode N608无线通讯模块。

3 监测系统的可行性测试

为确保所设计的监测系统能够在井下充分发挥其准确定位故障、快速响应的优势，在实验室对监测系统的分站电路、无线通信等功能进行验证。

3.1 无线通信功能的可行性测试

本测试方案共布置了长度为120 m，高度为3 m，宽度为2.4 m的长廊模拟综采工作面的巷道，重点对无线模块的通信功能进行测试，其中主要对无线通信模块的位置、发射功率以及不同传输速率下的通信性能进行对比[5]。并得出如下结论：

1）无线模块的安装位置对传输信号的强度影响不大，即对信号传输距离的影响不大；

2）随着传输速率的增加，其容易产生码间干扰，从而导致传输信息的可靠性降低。因此，应在满足信号传输的基础上适当的降低传输速度率；

3）发射功率对信号传输距离的影响较为明显，本方案分别对发射功率分别为8 dB（m）和1 dB（m）的情况进行对比，得出如图5所示的结果。

图5 发射功率对信号传输强度的影响

3.2 监测功能的可行性测试

本系统采用LabVIEW监测程序实现其监测功能。为了直观的体现系统监测功能是否能够准确复现。本次测试分别对带式输送机正常运行、张力不足以及CO2浓度超标的情况进行研究，并得出如下页图6所示的监测结果：

如图6所示，在监测显示界面能够对所模拟的输送带张力不足所导致其出现打滑的现象以及CO2浓度超标的现象进行报警。同时，能够实时显示出张力的变化曲线。

图6 带式输送机部分监测功能的测试

4 结语

带式输送机作为综采工作面的关键运输设备，其高效、安全、稳定的运行对于工作面的高效、安全生产具有重要意义。本文所研究的带式输送机监测系统将移动巡检功能和分布式监测功能相结合，二者相互补充实现对带式输送机实际运行中故障的精准定位、快速响应功能。同时，通过实际测试分析：所设计的监测系统的无线通信功能具有较高的可靠性，也能够对现场的故障进行准确定位并实时显示于上位机中。