煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护的探究

煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护的探究

蒋林佑

（鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市010300）

摘要：煤矿主运输皮带系统是煤矿生产过程中非常重要的一个环节，在煤矿生产中起着至关重要的作用。为了降低皮带故障为煤矿运输工作带来的不良影响，保证煤矿井下主运输皮带的安全稳定运行，行业内有关工作人员积极地研究出一种智能型、多功能主运输皮带保护控制装置，该装置具有故障智能诊断功能，能对主运输皮带的动态特性进行实时监测，并进行适当的优化。

关键词：煤矿；主运输皮带；故障智能诊断；保护

1主运输皮带自动控制系统故障诊断部分结构

煤矿主运输皮带自动控制系统故障诊断部分主要由信号检测单元、信号处理单元、数字显示单元等组成，具体的结构如图1。与传统的继电器检测方式相比，该故障诊断系统的效率明显提升，误判、漏判的情况显著减少，能实现故障早预报早处理，可有效地提高故障诊断系统的智能性，降低因皮带故障带来的损失。煤矿主运输皮带日常使用过程中常见的故障主要有联轴器断裂、皮带过负荷、皮带断带等，导致皮带出现这些故障的原因主要可以归类为皮带的各特征向量如负载、速度等变化引起的，该故障智能诊断系统重点检测的内容即皮带的速度、电机的电流大小及温度几个参数。

图1故障诊断系统结构图

2主运输皮带自动控制系统故障诊断系统的应用过程

设皮带的故障信号为y，速度用x1表示，负载用x2表示，三者间的关系可以表述为y=f（x1，x2），该故障检测系统能够对各种引起皮带故障的特征因素进行检测，然后调动对应的控制算法，对故障进行与判断，系统的控制处理器会根据判断的结果控制电机作出对应的动作，或者激发报警器及时发出报警信息。

2.1主运输皮带的打滑检测及保护

主运输皮带的传送主要依靠摩擦力完成，输送机主要的失效形式即皮带打滑，皮带打滑会导致胶带发生较严重的磨损，且皮带的松边在紧边拉力的冲击下，很容易出现疲劳断裂的不良现象。此外，皮带打滑也可能会引起火灾，带来重大安全事故。一般皮带正常传送时，紧边拉力以及高速运放的转换速率之间的关系可以用以下公式表示：

其中：F指的皮带的张紧力，μ指的是滚筒与皮带之间的摩擦系数，α指的是皮带在滚筒上的圆周角，Sr为高速运放的转换速率。运输主皮带长时间使用之后，皮带发生塑性变形，张紧力、圆周角甚至摩擦系数都会减小，皮带的负荷或者动力发生变化之后，皮带就很容易出现打滑的不良现象，此时皮带的线速度发生较大的波动。在皮带运行过程中，通过检测电机电流大小（负载）及皮带的线速度变化的情况，就可以判断皮带是否出现打滑的不良现象。经过检测，如果发现皮带确实出现打滑的情况，需要及时的将对应的信号输送到控制回路，及时停机处理，避免发生煤堵事故。皮带尾轮位置安装有两块检测感应板，感应开关安装在同一条直线上，应靠近轮侧，实际的安装距离需要根据现场的实际情况进行适当调整。两块检测板之间要有一定的角度，二者在同一条直线上时，传动轮发生打滑故障，感应检测板与感应开关在同一条线上，感应信号会持续不间断地发送到开关上，检测电路不能及时检测出尾轮是否停转，可能会导致皮带机控制回路误动作。

2.2皮带撕裂检测及保护

在皮带正常运行期间发生皮带断带撕裂的原因主要可以归结为以下几种：胶带张力不够；水煤冲砸胶带，大块物料及铁器等卡住或胶带；胶带跑偏被机架卡住；胶带张紧装置作用在胶带上的张紧力过大。通过实际观察可知，当出现有水煤和大块物料冲砸胶带时，会出现皮带速度和电机电流发生跳变脉冲。或者当出现皮带备卡住时，皮带线速度V降为零和电机电流增大超过正常值。通过检测皮带线速度和电机电流的这种极限值，通过PLC判断可以预测出断带故障。该保护主要由预埋于皮带内的传感器线圈、低频电磁波发射探头、接收探头和控制装置等部分组成。一般皮带发生撕裂的部位主要位于下煤口处，因此系统在下煤口的前后两侧各安装一对发射和接收探头，当一个完好的预埋传感线圈经过下煤口前侧时，若在该区域内不发生撕裂现象，那么前后两对探头在一定时间间隔内将分别向控制器发送一个数字量信号，控制装置依程序设置判断为正常；若撕裂发生时传感器线圈相应损坏，后侧探头于一定时间内检测不到传感线圈，数字量信号将无法产生，控制装置判断为在此下煤口发生了撕裂现象，并向主运输皮带控制系统发出停机信。

2.3皮带跑偏检测及保护

在主运输皮带使用过程中由于各种原因可能会出现跑偏故障，导致煤炭外撒，皮带与托辊支架、机架相互摩擦，还会使得皮带边胶出现比较严重的磨损，进而导致局部剥离、纵向撕裂等故障。皮带两侧受到的张力不一样、皮带两边的长度不相同都可能会导致皮带跑偏。由于皮带两侧张力不一，使皮带内应力分布不均匀，皮带两侧的舒张变形也不相同，导致皮带运动方向与滚筒运动的线速度方向存在一个角度，产生跑偏。跑偏的方向是向张力小的一侧。这主要是由以下几种情况引起的：落煤点不正；清扫器对皮带的摩擦力不均；导料槽对皮带的摩擦阻力不均等。皮带两侧长度不一，而滚筒两侧的线速度相同，皮带较长的一侧在运动中有部分无法吸收，引起皮带内部张力分布不均。导致皮带运动方向与滚筒及托辊线速度方向产生一个角度，而引起皮带跑偏。这主要是由以下几种情况引起的：皮带接头胶接不正；皮带材质不均、展延各异，输送带不直等。在皮带使用过程中，落煤点不正、皮带出现局部损伤等原因可能会导致皮带的两侧的张力大小不一样，内部的应力分布自然不均匀，两侧的舒张变形情况存在较大的差异，此时滚筒运动与皮带运动的线速度方向不一致，两向量之间存在一定的角度，必然会导致皮带向着张力较小的一侧跑偏。皮带材质不均匀、输送带没有伸直、皮带胶头胶接不正等可能会导致皮带的两侧长度不一致，使得滚筒两侧皮带线速度不一样，致使皮带内部张力不均匀，发生跑偏的不良现象。一般现场的工作人员会通过在皮带两旁的机架上安装跑偏开关的形式检测皮带的跑偏故障。一旦皮带运行过程中偏离正常的位置，在皮带的带动下，跑偏开关的塑料轴会发生转动偏转一定的角度，当这个偏转角度超过设定的值之后，内部的开关常开触点会闭合，控制回路被接通，跑偏位置的开关信息会及时反馈给控制装置，由控制装置及时调整托辊组、驱动滚筒等装置，使得皮带回归正常的运动轨迹。

3结语

总之，煤矿事故的发生已引起社会的高度关注，通过本系统的实时监测和保护，可准确监测到皮带故障的发生，及时报警并采取保护措施，有效避免重大事故的发生。

参考文献：

[1]齐石.煤矿皮带运输系统中几种新技术的开发与应用[J].技术与市场，2016（6）.

[2]冯宝忠.煤矿运输皮带机常见故障原因及处理措施[J].中国新技术新产品，2015（10）.

[3]方向荣.如何确保皮带运输的稳定性[J].中国高新技术企业，2013（4）.

作者简介：

蒋林佑（1992.7），男，河北石家庄人，中国矿业大学学士，单位：鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司，研究方向：采矿工程。