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煤礦帶式輸送機關鍵技術發展現狀與展望

分類：行業新聞
作者：
來源：
發布時間：2021-02-25
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【概要描述】煤礦帶式輸送機領域的發展主要圍繞高效軟啟動及功率平衡技術、輸送帶動力學研究、運行穩定性和可靠性研究、智能感知技術、無人巡檢技術、智能控制技術和智能化運維等方面闡述。目前高效軟啟動及功率平衡技術采用永磁直驅技術效率更高，節能效果更為明顯，減小設備維護量，并提高了可靠性。

煤礦帶式輸送機關鍵技術發展現狀與展望

分類：行業新聞
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煤礦帶式輸送機關鍵技術發展現狀與展望

　　摘要

　　煤礦帶式輸送機領域的發展主要圍繞高效軟啟動及功率平衡技術、輸送帶動力學研究、運行穩定性和可靠性研究、智能感知技術、無人巡檢技術、智能控制技術和智能化運維等方面闡述。目前高效軟啟動及功率平衡技術采用永磁直驅技術效率更高，節能效果更為明顯，減小設備維護量，并提高了可靠性。

　　通過輸送帶動力學研究開發帶式輸送機動態分析軟件通過輸送帶壓陷阻力研究開發低阻力輕量化輸送帶、高速低阻力托輥和優化托輥間距。采用煤流轉載離散元（EDEM）分析技術優化設計，提高帶式輸送機運行的穩定性和可靠性。通過智能感知技術可以檢測帶式輸送機實時煤量、異物識別、故障自主診斷等，無人巡檢技術采用巡檢機器人代替人實現帶式輸送機沿線多項工況檢查。智能控制技術主要有啟停自適應控制、煤量自適應調速、多級協同控制、煤流均衡技術等。存在的問題有低壓陷阻力輸送帶的相關理論和數據測試研究不成熟；自動張緊裝置的智能化控制技術和動態響應能力有待提高；非金屬托輥的可靠性還需要進一步驗證,不銹鋼托輥成本高；煤量檢測傳感器的準確性和可靠性不足；故障診斷和識別準確度較差；異物識別、堆煤等采用視頻圖像分析技術易受外界因素和圖像噪聲影響,輸送帶縱向撕裂檢測滯后，帶式輸送機巡檢機器人爬坡難、功耗高、續航差,功能不足,電池充電困難；煤礦設備信息化建設水平落后；帶式輸送機托輥缺少唯一編號和標識，不利于辨識。節能低碳和智能化是煤礦帶式輸送機技術發展趨勢。未來，永磁驅動技術將進一步與煤礦帶式輸送機深度融合，產生新一代高效集成永磁（滾筒）驅動系統。通過智能感知、智能控制、運維管理，建立帶式輸送機智能集控系統，代替固定人員值守。托輥更換機器人、托輥發電技術、智能化運維平臺會成為帶式輸送機無人化技術的重要裝備。

　　引言

　　帶式輸送機因具有運量大、運距長、效率高、可連續運輸、工作安全、噪聲小等特點，已成為我國煤礦井下主運輸（原煤輸送）的主要運輸設備之一。帶式輸送機在我國煤礦的應用經歷了從通用到特殊、小型到大型、單機到成套的發展歷程。21世紀以來，隨著工業制造水平的提高和電子信息技術的發展，帶式輸送機的技術發展呈現出大運量、高帶速、大功率、長運距、多機型等特點，應用范圍涵蓋了大中小型井工礦和露天礦的散料運輸[1]。當前全球正出現以人工智能、大數據、智能制造、仿真技術為代表的新一輪技術創新浪潮，通過信息網絡技術的應用，使得產品功能設計、制造、運行和管理等向信息化、智能化方向發展，促進了煤礦帶式輸送機的智能化發展。2020年2月國家八部委《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，明確了發展目標、主要任務以及保障措施等內容。到2035年，各類煤礦要基本實現智能化，構建多產業鏈、多系集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦智能化體系。圍繞滿足“智慧礦山”生產需要，立足煤礦安全、高效、綠色、低碳、智能開采的新形勢和新要求，煤礦帶式輸送機領域的科技創新以高可靠性設計、高效軟啟動及功率平衡技術、動態分析技術、智能感知技術、無人巡檢技術、智能化運維管理等關鍵技術為突破口，攻克制約設備在設計、制造和運行過程中的技術瓶頸，加強基礎和核心技術研究，實現我國井工和露天煤礦主運輸系統的節能低耗和智能化發展[2-3]。

　　大綱

　　1帶式輸送機關鍵技術現狀分析

　　1）在高效軟啟動及功率平衡技術方面，近幾年永磁變頻同步直驅系統在煤礦帶式輸送機得到廣泛應用。

　　2）我國輸送帶動力學行為的研究取得了一定的進展，東北大學、上海煤科等科研單位已開發出帶式輸送機動態分析軟件，并在一些長距離大運量帶式輸送機上取得了較好的應用效果。

　　3）帶式輸送機運輸系統運行的穩定性和可靠性不僅取決于各部帶式輸送機的運行穩定性和可靠性，還取決于轉載點的設計是否合理。

　　4）隨著視頻分析技術、人工智能的發展，帶式輸送機的智能感知技術也得到較快發展。通過視頻圖像分析技術，寧夏廣天下電子公司、上海煤科院均研制了帶式輸送機實時煤量檢測、異物識別等設備，可作為帶式輸送機智能調速的依據，同時及時識別出輸送帶上的異物可以避免人員和財產損失。

　　5）帶式輸送機智能控制技術可以實現帶式輸送機的節能、高效和可靠運行。通過啟停自適應控制、煤量自適應調速、多級協同控制、煤流均衡技術等，提高帶式輸送機的運載效率，平衡各驅動電機的出力，達到節能減排，降低損耗，延長設備使用壽命的經濟效益，減少頻繁調速，溢煤，灑煤和重載，并滿足現代化采煤工業的要求。

　　6）無人巡檢技術采用巡檢機器人對帶式輸送機沿線托輥損壞、斷帶、縱撕、跑偏、打滑、堆煤、火災等各種事故的有效檢測。

　　7）與帶式輸送機智能化運行配套的智能化運維管理平臺是目前市場上現存產品的短板。傳統自動化控制采集設備運行、故障信息并實現控制和監視功能，缺少設備的管理功能，同時未實現數據的共享、深度融合和利用。

　　2有待解決的問題與挑戰

　　1）亟需開展低壓陷阻力輸送帶的相關理論研究和數據測試研究工作，降低帶式輸送機模擬摩擦系數的設計基準；技術難題在于根據高分子材料動態性能建立橡膠的準確數學模型，這也是研究低阻力輸送帶的基礎。

　　2）開發的帶式輸送機動態分析軟件與國外已經商業化的分析軟件，在黏彈性模型、軟件性能、分析結果等方面存在較大差距。

　　3）自動張緊裝置的智能化控制技術和動態響應能力有待提高，同時使張緊的響應速度與張緊車所需要的移動速度匹配,滿足輸送機啟動、停車等各種動態工況。

　　4）非金屬托輥的可靠性還需要進一步驗證，耐高溫特性需要提高

　　5）輸送帶縱向撕裂檢測滯后，為減少輸送帶縱向撕裂事故的發生，國內外已研究出許多防撕裂保護裝置

　　6）異物識別、堆煤等采用視頻圖像分析技術易受外界因素和圖像噪聲影響，需要采用多種濾波方法，提取特征值，算法較復雜。

　　7）故障診斷和識別準確度較差，目前研究帶式輸送機機械設備故障診斷的煤機設備企業很多，但是受到檢測手段有限和診斷算法的影響，未能在煤礦上大規模推廣。

　　8）帶式輸送機巡檢機器人存在下述3方面問題：致爬坡難、功耗高、續航差/功能不足/電池充電困難

　　9）帶式輸送機托輥缺少唯一編號和標識，不利于辨識、維修和查找。

　　10）煤礦設備信息具有保密性，設備投入生產后，煤機設備生產廠家無法取得設備數據接入許可，煤機設備的智能化運維受阻。

　　3技術展望

　　節能環保是煤礦帶式輸送機技術發展趨勢之一。未來，永磁驅動技術將進一步與煤礦帶式輸送機深度融合，產生新一代高效集成永磁（滾筒）驅動系統；采用動態設計優化帶式輸送機布置，優化軟啟動和功率平衡控制策略，驅動張緊協同控制，減小系統動張力，降低輸送帶選型，降低系統能耗，降低單位運輸成本，提升生產效率。

　　4結論

　　綜合國內外煤礦帶式輸送機裝備在節能和智能化方面的現狀、存在的問題和發展趨勢。目前國內外應用的帶式輸送機系統從實際應用效果來看還無法滿足井下煤流運輸無人值守要求，其關鍵和難點包括煤礦帶式輸送機的巡檢、故障分析和診斷算法、工況智能感知和大數據信息平臺管理。隨著煤礦裝備智能化管理的發展趨勢，通過采用新技術、新材料、新工藝等多種手段實現帶式輸送機的節能；通過采用先進的視頻圖像識別技術、無人巡檢技術、智能控制技術和大數據平臺，基于物聯網和大數據技術構建遠程運維系統，是帶式輸送機智能化發展的重要支撐。

　　煤礦帶式輸送機系統采用智能感知、故障診斷、自動控制、信息融合等技術，以數字化膠帶機監控系統為基礎，以煤礦帶式輸送機系統運行智能化、煤流協同運行智能化為重點，以煤料量檢測、轉載點堵塞、輸送帶撕裂、無人巡檢、故障診斷等關鍵工況監測為突破，實現煤礦帶式輸送機安全、高效、智能運行。以期實現“集中遠控、無人值守、設備在線監測和故障預警”的建設目標。

　　引用格式

　　蔣衛良,郗存根,宋興元,等.煤礦帶式輸送機關鍵技術發展現狀與展望[J].智能礦山,2020,1（1）：98-104.

　　JIANGWeiliang,XICungen,WANGXingyuan,etal.Developmentstatusandprospectofkeytechnologyofcoalminebeltconveyor[J].JournalofIntelligentMine,2020，1（1）：98-104.

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