摘要

　　煤礦帶式輸送機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展主要圍繞高效軟啟動(dòng)及功率平衡技術(shù)、輸送帶動(dòng)力學(xué)研究、運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性研究、智能感知技術(shù)、無人巡檢技術(shù)、智能控制技術(shù)和智能化運(yùn)維等方面闡述。目前高效軟啟動(dòng)及功率平衡技術(shù)采用永磁直驅(qū)技術(shù)效率更高，節(jié)能效果更為明顯，減小設(shè)備維護(hù)量，并提高了可靠性。

　　通過輸送帶動(dòng)力學(xué)研究開發(fā)帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析軟件通過輸送帶壓陷阻力研究開發(fā)低阻力輕量化輸送帶、高速低阻力托輥和優(yōu)化托輥間距。采用煤流轉(zhuǎn)載離散元（EDEM）分析技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。通過智能感知技術(shù)可以檢測帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)煤量、異物識(shí)別、故障自主診斷等，無人巡檢技術(shù)采用巡檢機(jī)器人代替人實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)沿線多項(xiàng)工況檢查。智能控制技術(shù)主要有啟停自適應(yīng)控制、煤量自適應(yīng)調(diào)速、多級協(xié)同控制、煤流均衡技術(shù)等。存在的問題有低壓陷阻力輸送帶的相關(guān)理論和數(shù)據(jù)測試研究不成熟；自動(dòng)張緊裝置的智能化控制技術(shù)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力有待提高；非金屬托輥的可靠性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證,不銹鋼托輥成本高；煤量檢測傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性不足；故障診斷和識(shí)別準(zhǔn)確度較差；異物識(shí)別、堆煤等采用視頻圖像分析技術(shù)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(jī)巡檢機(jī)器人爬坡難、功耗高、續(xù)航差,功能不足,電池充電困難；煤礦設(shè)備信息化建設(shè)水平落后；帶式輸送機(jī)托輥缺少唯一編號(hào)和標(biāo)識(shí)，不利于辨識(shí)。節(jié)能低碳和智能化是煤礦帶式輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢。未來，永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)將進(jìn)一步與煤礦帶式輸送機(jī)深度融合，產(chǎn)生新一代高效集成永磁（滾筒）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過智能感知、智能控制、運(yùn)維管理，建立帶式輸送機(jī)智能集控系統(tǒng)，代替固定人員值守。托輥更換機(jī)器人、托輥發(fā)電技術(shù)、智能化運(yùn)維平臺(tái)會(huì)成為帶式輸送機(jī)無人化技術(shù)的重要裝備。

　　引言

　　帶式輸送機(jī)因具有運(yùn)量大、運(yùn)距長、效率高、可連續(xù)運(yùn)輸、工作安全、噪聲小等特點(diǎn)，已成為我國煤礦井下主運(yùn)輸（原煤輸送）的主要運(yùn)輸設(shè)備之一。帶式輸送機(jī)在我國煤礦的應(yīng)用經(jīng)歷了從通用到特殊、小型到大型、單機(jī)到成套的發(fā)展歷程。21世紀(jì)以來，隨著工業(yè)制造水平的提高和電子信息技術(shù)的發(fā)展，帶式輸送機(jī)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出大運(yùn)量、高帶速、大功率、長運(yùn)距、多機(jī)型等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍涵蓋了大中小型井工礦和露天礦的散料運(yùn)輸[1]。當(dāng)前全球正出現(xiàn)以人工智能、大數(shù)據(jù)、智能制造、仿真技術(shù)為代表的新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮，通過信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使得產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和管理等向信息化、智能化方向發(fā)展，促進(jìn)了煤礦帶式輸送機(jī)的智能化發(fā)展。2020年2月國家八部委《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確了發(fā)展目標(biāo)、主要任務(wù)以及保障措施等內(nèi)容。到2035年，各類煤礦要基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。圍繞滿足“智慧礦山”生產(chǎn)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(jī)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新以高可靠性設(shè)計(jì)、高效軟啟動(dòng)及功率平衡技術(shù)、動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、智能感知技術(shù)、無人巡檢技術(shù)、智能化運(yùn)維管理等關(guān)鍵技術(shù)為突破口，攻克制約設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過程中的技術(shù)瓶頸，加強(qiáng)基礎(chǔ)和核心技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)我國井工和露天煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)的節(jié)能低耗和智能化發(fā)展[2-3]。

　　大綱

　　1帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀分析

　　1）在高效軟啟動(dòng)及功率平衡技術(shù)方面，近幾年永磁變頻同步直驅(qū)系統(tǒng)在煤礦帶式輸送機(jī)得到廣泛應(yīng)用。

　　2）我國輸送帶動(dòng)力學(xué)行為的研究取得了一定的進(jìn)展，東北大學(xué)、上海煤科等科研單位已開發(fā)出帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析軟件，并在一些長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)上取得了較好的應(yīng)用效果。

　　3）帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性不僅取決于各部帶式輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，還取決于轉(zhuǎn)載點(diǎn)的設(shè)計(jì)是否合理。

　　4）隨著視頻分析技術(shù)、人工智能的發(fā)展，帶式輸送機(jī)的智能感知技術(shù)也得到較快發(fā)展。通過視頻圖像分析技術(shù)，寧夏廣天下電子公司、上海煤科院均研制了帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)煤量檢測、異物識(shí)別等設(shè)備，可作為帶式輸送機(jī)智能調(diào)速的依據(jù)，同時(shí)及時(shí)識(shí)別出輸送帶上的異物可以避免人員和財(cái)產(chǎn)損失。

　　5）帶式輸送機(jī)智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能、高效和可靠運(yùn)行。通過啟停自適應(yīng)控制、煤量自適應(yīng)調(diào)速、多級協(xié)同控制、煤流均衡技術(shù)等，提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)載效率，平衡各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的出力，達(dá)到節(jié)能減排，降低損耗，延長設(shè)備使用壽命的經(jīng)濟(jì)效益，減少頻繁調(diào)速，溢煤，灑煤和重載，并滿足現(xiàn)代化采煤工業(yè)的要求。

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

　　7）與帶式輸送機(jī)智能化運(yùn)行配套的智能化運(yùn)維管理平臺(tái)是目前市場上現(xiàn)存產(chǎn)品的短板。傳統(tǒng)自動(dòng)化控制采集設(shè)備運(yùn)行、故障信息并實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視功能，缺少設(shè)備的管理功能，同時(shí)未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享、深度融合和利用。

　　2有待解決的問題與挑戰(zhàn)

　　1）亟需開展低壓陷阻力輸送帶的相關(guān)理論研究和數(shù)據(jù)測試研究工作，降低帶式輸送機(jī)模擬摩擦系數(shù)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；技術(shù)難題在于根據(jù)高分子材料動(dòng)態(tài)性能建立橡膠的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，這也是研究低阻力輸送帶的基礎(chǔ)。

　　2）開發(fā)的帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析軟件與國外已經(jīng)商業(yè)化的分析軟件，在黏彈性模型、軟件性能、分析結(jié)果等方面存在較大差距。

　　3）自動(dòng)張緊裝置的智能化控制技術(shù)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力有待提高，同時(shí)使張緊的響應(yīng)速度與張緊車所需要的移動(dòng)速度匹配,滿足輸送機(jī)啟動(dòng)、停車等各種動(dòng)態(tài)工況。

　　4）非金屬托輥的可靠性還需要進(jìn)一步驗(yàn)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(fā)生，國內(nèi)外已研究出許多防撕裂保護(hù)裝置

　　6）異物識(shí)別、堆煤等采用視頻圖像分析技術(shù)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(fù)雜。

　　7）故障診斷和識(shí)別準(zhǔn)確度較差，目前研究帶式輸送機(jī)機(jī)械設(shè)備故障診斷的煤機(jī)設(shè)備企業(yè)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(guī)模推廣。

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

　　9）帶式輸送機(jī)托輥缺少唯一編號(hào)和標(biāo)識(shí)，不利于辨識(shí)、維修和查找。

　　10）煤礦設(shè)備信息具有保密性，設(shè)備投入生產(chǎn)后，煤機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家無法取得設(shè)備數(shù)據(jù)接入許可，煤機(jī)設(shè)備的智能化運(yùn)維受阻。

　　3技術(shù)展望

　　節(jié)能環(huán)保是煤礦帶式輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢之一。未來，永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)將進(jìn)一步與煤礦帶式輸送機(jī)深度融合，產(chǎn)生新一代高效集成永磁（滾筒）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化帶式輸送機(jī)布置，優(yōu)化軟啟動(dòng)和功率平衡控制策略，驅(qū)動(dòng)張緊協(xié)同控制，減小系統(tǒng)動(dòng)張力，降低輸送帶選型，降低系統(tǒng)能耗，降低單位運(yùn)輸成本，提升生產(chǎn)效率。

　　4結(jié)論

　　綜合國內(nèi)外煤礦帶式輸送機(jī)裝備在節(jié)能和智能化方面的現(xiàn)狀、存在的問題和發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)外應(yīng)用的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)從實(shí)際應(yīng)用效果來看還無法滿足井下煤流運(yùn)輸無人值守要求，其關(guān)鍵和難點(diǎn)包括煤礦帶式輸送機(jī)的巡檢、故障分析和診斷算法、工況智能感知和大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)管理。隨著煤礦裝備智能化管理的發(fā)展趨勢，通過采用新技術(shù)、新材料、新工藝等多種手段實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的節(jié)能；通過采用先進(jìn)的視頻圖像識(shí)別技術(shù)、無人巡檢技術(shù)、智能控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)，是帶式輸送機(jī)智能化發(fā)展的重要支撐。

　　煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)采用智能感知、故障診斷、自動(dòng)控制、信息融合等技術(shù)，以數(shù)字化膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行智能化、煤流協(xié)同運(yùn)行智能化為重點(diǎn)，以煤料量檢測、轉(zhuǎn)載點(diǎn)堵塞、輸送帶撕裂、無人巡檢、故障診斷等關(guān)鍵工況監(jiān)測為突破，實(shí)現(xiàn)煤礦帶式輸送機(jī)安全、高效、智能運(yùn)行。以期實(shí)現(xiàn)“集中遠(yuǎn)控、無人值守、設(shè)備在線監(jiān)測和故障預(yù)警”的建設(shè)目標(biāo)。

　　引用格式

　　蔣衛(wèi)良,郗存根,宋興元,等.煤礦帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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.