煤矿带式输送机关键技术发展现状与展望

煤矿带式输送机领域的发展主要围绕高效软启动及功率平衡技术、输送带动力学研究、运行稳定性和可靠性研究、智能感知技术、无人巡检技术、智能控制技术和智能化运维等方面阐述。目前高效软启动及功率平衡技术采用永磁直驱技术效率更高，节能效果更为明显，减小设备维护量，并提高了可靠性。

通过输送带动力学研究开发带式输送机动态分析软件通过输送带压陷阻力研究开发低阻力轻量化输送带、高速低阻力托辊和优化托辊间距。采用煤流转载离散元（EDEM）分析技术优化设计，提高带式输送机运行的稳定性和可靠性。通过智能感知技术可以检测带式输送机实时煤量、异物识别、故障自主诊断等，无人巡检技术采用巡检机器人代替人实现带式输送机沿线多项工况检查。智能控制技术主要有启停自适应控制、煤量自适应调速、多级协同控制、煤流均衡技术等。存在的问题有低压陷阻力输送带的相关理论和数据测试研究不成熟；自动张紧装置的智能化控制技术和动态响应能力有待提高；非金属托辊的可靠性还需要进一步验证,不锈钢托辊成本高；煤量检测传感器的准确性和可靠性不足；故障诊断和识别准确度较差；异物识别、堆煤等采用视频图像分析技术易受外界因素和图像噪声影响,输送带纵向撕裂检测滞后，带式输送机巡检机器人爬坡难、功耗高、续航差,功能不足,电池充电困难；煤矿设备信息化建设水平落后；带式输送机托辊缺少唯一编号和标识，不利于辨识。节能低碳和智能化是煤矿带式输送机技术发展趋势。未来，永磁驱动技术将进一步与煤矿带式输送机深度融合，产生新一代高效集成永磁（滚筒）驱动系统。通过智能感知、智能控制、运维管理，建立带式输送机智能集控系统，代替固定人员值守。托辊更换机器人、托辊发电技术、智能化运维平台会成为带式输送机无人化技术的重要装备。

引言

带式输送机因具有运量大、运距长、效率高、可连续运输、工作安全、噪声小等特点，已成为我国煤矿井下主运输（原煤输送）的主要运输设备之一。带式输送机在我国煤矿的应用经历了从通用到特殊、小型到大型、单机到成套的发展历程。21世纪以来，随着工业制造水平的提高和电子信息技术的发展，带式输送机的技术发展呈现出大运量、高带速、大功率、长运距、多机型等特点，应用范围涵盖了大中小型井工矿和露天矿的散料运输[1]。当前全球正出现以人工智能、大数据、智能制造、仿真技术为代表的新一轮技术创新浪潮，通过信息网络技术的应用，使得产品功能设计、制造、运行和管理等向信息化、智能化方向发展，促进了煤矿带式输送机的智能化发展。2020 年 2 月国家八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了发展目标、主要任务以及保障措施等内容。到2035年，各类煤矿要基本实现智能化，构建多产业链、多系集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。围绕满足“智慧矿山”生产需要，立足煤矿安全、高效、绿色、低碳、智能开采的新形势和新要求，煤矿带式输送机领域的科技创新以高可靠性设计、高效软启动及功率平衡技术、动态分析技术、智能感知技术、无人巡检技术、智能化运维管理等关键技术为突破口，攻克制约设备在设计、制造和运行过程中的技术瓶颈，加强基础和核心技术研究，实现我国井工和露天煤矿主运输系统的节能低耗和智能化发展[2-3]。

大纲

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带式输送机关键技术现状分析

1）在高效软启动及功率平衡技术方面， 近几年永磁变频同步直驱系统在煤矿带式输送机得到广泛应用。

2）我国输送带动力学行为的研究取得了一定的进展，东北大学、上海煤科等科研单位已开发出带式输送机动态分析软件，并在一些长距离大运量带式输送机上取得了较好的应用效果。

3）带式输送机运输系统运行的稳定性和可靠性不仅取决于各部带式输送机的运行稳定性和可靠性，还取决于转载点的设计是否合理。

4）随着视频分析技术、人工智能的发展，带式输送机的智能感知技术也得到较快发展。通过视频图像分析技术，宁夏广天下电子公司、上海煤科院均研制了带式输送机实时煤量检测、异物识别等设备，可作为带式输送机智能调速的依据，同时及时识别出输送带上的异物可以避免人员和财产损失。

5）带式输送机智能控制技术可以实现带式输送机的节能、高效和可靠运行。通过启停自适应控制、煤量自适应调速、多级协同控制、煤流均衡技术等，提高带式输送机的运载效率，平衡各驱动电机的出力，达到节能减排，降低损耗，延长设备使用寿命的经济效益，减少频繁调速，溢煤，洒煤和重载，并满足现代化采煤工业的要求。

6）无人巡检技术采用巡检机器人对带式输送机沿线托辊损坏、断带、纵撕、跑偏、打滑、堆煤、火灾等各种事故的有效检测。

7）与带式输送机智能化运行配套的智能化运维管理平台是目前市场上现存产品的短板。传统自动化控制采集设备运行、故障信息并实现控制和监视功能，缺少设备的管理功能，同时未实现数据的共享、深度融合和利用。

2

有待解决的问题与挑战

1）亟需开展低压陷阻力输送带的相关理论研究和数据测试研究工作，降低带式输送机模拟摩擦系数的设计基准；技术难题在于根据高分子材料动态性能建立橡胶的准确数学模型，这也是研究低阻力输送带的基础。

2）开发的带式输送机动态分析软件与国外已经商业化的分析软件，在黏弹性模型、软件性能、分析结果等方面存在较大差距。

3）自动张紧装置的智能化控制技术和动态响应能力有待提高，同时使张紧的响应速度与张紧车所需要的移动速度匹配,满足输送机启动、停车等各种动态工况。

4）非金属托辊的可靠性还需要进一步验证，耐高温特性需要提高

5）输送带纵向撕裂检测滞后，为减少输送带纵向撕裂事故的发生，国内外已研究出许多防撕裂保护装置

6）异物识别、堆煤等采用视频图像分析技术易受外界因素和图像噪声影响，需要采用多种滤波方法，提取特征值，算法较复杂。

7）故障诊断和识别准确度较差，目前研究带式输送机机械设备故障诊断的煤机设备企业很多，但是受到检测手段有限和诊断算法的影响，未能在煤矿上大规模推广。

8）带式输送机巡检机器人存在下述3方面问题：致爬坡难、功耗高、续航差/功能不足/电池充电困难

9）带式输送机托辊缺少唯一编号和标识，不利于辨识、维修和查找。

10）煤矿设备信息具有保密性，设备投入生产后，煤机设备生产厂家无法取得设备数据接入许可，煤机设备的智能化运维受阻。

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技术展望

节能环保是煤矿带式输送机技术发展趋势之一。未来，永磁驱动技术将进一步与煤矿带式输送机深度融合，产生新一代高效集成永磁（滚筒）驱动系统；采用动态设计优化带式输送机布置，优化软启动和功率平衡控制策略，驱动张紧协同控制，减小系统动张力，降低输送带选型，降低系统能耗，降低单位运输成本，提升生产效率。

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结论

综合国内外煤矿带式输送机装备在节能和智能化方面的现状、存在的问题和发展趋势。目前国内外应用的带式输送机系统从实际应用效果来看还无法满足井下煤流运输无人值守要求，其关键和难点包括煤矿带式输送机的巡检、故障分析和诊断算法、工况智能感知和大数据信息平台管理。随着煤矿装备智能化管理的发展趋势，通过采用新技术、新材料、新工艺等多种手段实现带式输送机的节能；通过采用先进的视频图像识别技术、无人巡检技术、智能控制技术和大数据平台，基于物联网和大数据技术构建远程运维系统，是带式输送机智能化发展的重要支撑。

煤矿带式输送机系统采用智能感知、故障诊断、自动控制、信息融合等技术，以数字化胶带机监控系统为基础，以煤矿带式输送机系统运行智能化、煤流协同运行智能化为重点，以煤料量检测、转载点堵塞、输送带撕裂、无人巡检、故障诊断等关键工况监测为突破，实现煤矿带式输送机安全、高效、智能运行。以期实现“集中远控、无人值守、设备在线监测和故障预警”的建设目标。