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煤矿用智能输送带系统精准定位应用研究

2025-04-06 24 上传者：管理员

摘要：针对无人化、智能化背景下煤矿机电设备预警技术发展趋势，重点分析输送系统中在输送带中预埋射频芯片匹配智能监测系统，实现输送带全生命周期信息跟踪与精准定位的可能性与适用性。通过理论分析及试验，验证产品安全性和可靠性，保障输送带安全有效运行。

关键词：
全生命周期
射频芯片
智能输送
煤矿生产
精准定位
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随着煤炭工业的快速发展,煤矿运输系统面临着越来越高的要求｡传统的输送带在效率､安全性､智能化等方面存在诸多不足,难以满足现代煤矿生产的需求｡因此,研究煤矿井下智能输送带,提高运输系统的智能化水平,对于提升煤矿生产效率､保障生产安全具有重要意义｡

1、煤矿井下智能输送带技术现状

煤矿井下智能输送带已广泛应用于煤炭的开采､运输等环节,提高了生产效率和安全性｡智能输送带的应用减少了人工操作,降低了劳动强度,提高了生产自动化水平｡《中共中央国务院关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》中指出要加快数字化绿色化协同转型发展,推进产业数字化智能化同绿色化的深度融合,将智能控制技术应用于煤矿井下带式输送机,实现设备的自动化､智能化控制是实现智慧矿山的途径之一｡通过PLC与计算机技术结合,设计研制具有高效率､长距离､远程监控等功能的智能输送系统[1-3],实现对输送带作业状态的实时监控[4-6],包括速度､温度､压力等参数的监测,以及故障预警和自动停机等功能｡数字化高性能芳纶输送带入选《2024年矿山安全先进适用技术及装备推广目录》,具有轻量化､节能､防撕裂等显著优势｡随着煤矿开采机械化､自动化程度不断提高[7-9],设备的智能化水平稳步提升,新技术､新材料也在输送带中逐步应用｡目前输送带结合变频调速技术､软启动技术等,可提高输送带的运行效率和稳定性;与远程监控系统联动,通过工业以太网､光纤等通信技术,实现对煤矿井下输送带的远程监控和管理[10];引入信息化管理系统,对输送带的运行数据进行采集､分析和管理,可为生产决策提供数据支持｡

2、智能输送带系统构建方案

(1)系统的组成

智能输送带系统由数据服务器､数据库､后台管理软件､机头采集设备和机头管理软件等软硬件组成,如图1所示｡

图1智能输送带系统组成示意图

①带面内嵌超高频无源芯片该芯片天线配合适当读写器,读取数据最大距离可达10m｡芯片的EPC编号按照一定的编码规则,每个芯片的编号均不同,但同一卷输送带具有相同的编号组码｡

②分站(煤矿用本质安全型)带式输送机机头设置井下分站｡无线网关连接控制箱,实现对输送带在线运行芯片数据的采集｡网关由12V本安电源供电,将无线芯片数据转换为有线传输数据传输给控制箱,由控制箱负责将实时运行数据存储到硬盘｡

③手持机(煤矿用本质安全型)可以读取芯片信息及芯片内记录的输送带出厂信息(如公司名称､产品型号､编号等初始出厂信息,芯片内部容量512位,不包括芯片标识ID)｡

④控制箱(煤矿用隔爆兼本质安全型)控制箱负责运行数据的采集､输送带芯片数据的更新写入､历史数据的存储､数据库的更新查询､寿命管理､维护管理､通信协议的支持等｡控制箱同时具有RJ45以太网通信口､WiFi通信口､光口､RS485通信口｡

⑤网关(煤矿用本质安全型)用于实现数据的采集,同时判断运输方向,将数据传输到远方的控制箱进行逻辑判断,确定是地面还是井下的记录｡

(2)应用场景

①有线口快速以太网,支持屏蔽或非屏蔽铜双绞线(cat5)､光缆和光纤;

②无线口符合TCP/IP的无线连接;

③地面和井下网络通畅｡

(3)工作原理

芯片的基体是输送带,芯片的作用是信息的存贮､身份的识别及智能系统的辅助分析,例如用于产品应变风险辅助监测是其发展的方向,甚至可以在跑偏预警或者张力不匀等监测方面发挥作用｡系统软件功能如图2所示｡

图2系统软件功能示意图

①数据的获取､入库及备份记录位置数据,通过井口数据采集,可以依据2个网关获取数据的先后顺序,判断输送带是下井还是升井,继而在库存管理数据库中标注是地面还是井下信息｡记录运行数据,通过机头数据的采集,可以依据网关获得数据的时刻点,判断输送带的先后顺序,从而实现输送带段在带式输送机沿线的定位｡和智能输送带系统通信,获取输送带相关的运行关键数据｡通过备份程序实现实时数据的备份,提高数据的可靠性｡

②数据的查询､分析提取和报表建立通过引入大数据､云计算等先进技术,对输送带运行数据的深度挖掘和分析,实现输送带运行圈数､运行时间的累计,实现各段输送带到达机头数据的实时记录(包含时间标签)｡通过通信接口获取智能输送带系统的运行速度､张力､皮带秤等参数,可以实现输送带寿命相关参数的记录,以便后期积累数据后按照修正后的数学模型,模拟计算出输送带的剩余寿命｡实现定点停车,根据需要将需要修复､更换的输送带停止于定点位置｡

3、产品验证

评估芯片的预埋位置及型式,着重从以下几方面进行验证:

(1)芯片本身的安全性芯片作为一个信号读取元件,不可避免地会有信号发生,这就可能带来瓦斯爆炸风险,因此其功率要限制在安全范围内,即功率不能大于6W,必要时进行技术评估｡

(2)使用性能输送带的使用性能主要体现在强度､粘合､接头性能方面｡强度是设备运行和配套的基础参数,对于选型的合理性至关重要｡目前此类芯片一般是敷设在输送带骨架层中,如果数量多或者体积大,就会对产品的使用强度产生或多或少的影响,因此首先就要约束预埋的数量和预埋芯片的体积,不宜过多､过大,需要明确芯片的尺寸及其埋设的位置､数量｡

(3)安全性能异物产品埋设在输送带中,必然需要考虑当该芯片发生裸露时,在滚筒堵转或者与之发生摩擦或者处于风险环境中是否会带来不确定的安全风险,因此采用喷灯燃烧和滚筒摩擦性能的检测作为产品安全性能的保障,降低产品事故风险｡

综上所述,选取4种1600s塑料整芯输送带(1#､3#为有芯片输送带､2#､4#为无芯片输送带)进行对比试验｡依照MT/T914—2019标准要求对芯片功率､埋设芯片的灵敏度､芯片带耐久性能､喷灯燃烧性能､滚筒摩擦性能进行测试｡测试采用的无源超高频RFID芯片无源发射功率小于6W｡对比结果如表1所示｡

表1测试数据

综合分析结果,嵌入芯片的输送带依然可以满足MT/T914—2019要求｡该系统成功应用于上湾煤矿12401工作面和榆家梁煤矿52209工作面,为煤矿节省了人力物力,优化了带面管理,同时方便了矿方的日常维护､更换等｡

4、结语

随着科技的不断发展,新材料､新技术将不断涌现,为煤矿井下智能输送带的发展提供新的动力｡未来的智能输送带将更加高效､节能､环保､安全､可靠｡根据国家发改委提出的2035年各类煤矿基本实现智能化的目标和煤矿､隧道安全生产的实际需求,自动化与智能化是关键因素｡未来将有更多的设备可以实现由计算机辅助､单人操作且控制更加精准｡智能化系统可以监控整机状态,为设备维护提供辅助判断,减少维护频率,为长时间可靠运行提供保障｡未来自动化及智能化必然会随着生产效率和安全生产能力提高而持续不断地发展｡

参考文献:

[1]白然,周彦果,刘晨羽,等.人工智能芯片技术近期主要发展动向分析[J].无人系统技术,2024,7(3):101-108.

[2]李宏杰,郭占东,钱瑾,等.浅析煤矿机电设备故障诊断和预警技术发展趋势[J].物联网技术,2023,13(8):84-86+89.

[3]张保龙,黄海燕,金保华.基于机器视觉的煤矿输送带防纵撕系统研究[J].煤炭技术,2023,42(7):149-151.

[4]高明,贾文静.浅谈智能控制技术在煤矿井下带式输送机中的应用价值[J].中国新技术新产品,2015(4):1.

[5]周爱平,曹正远.煤矿胶带运输监控系统技术现状及智能化方案设计[J].工矿自动化,2023,49(S2):13-17.

[6]种磊.带式输送机在线监测与故障诊断系统的研究与应用[J].煤矿机械,2022,43(7):152-155.

[7]凌斌.红柳林煤矿运输装备智能化技术研究现状与发展趋势[J].内蒙古煤炭经济,2021(6):156-157.

[8]张亚鹏.井下皮带输送机运行状态在线监测系统[J].机电工程技术,2020,49(5):108-110.

[9]鄂思佳.煤矿主井皮带运输机在线监测系统研究[J].机械管理开发,2021,36(1):140-141+170.

[10]吴景红.输送带的带面监测装置设计[J].煤炭技术,2024,43(3):274-275.

文章来源:李冰晶,张连军.煤矿用智能输送带系统精准定位应用研究[J].煤矿机械,2025,46(04):219-221.