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基于煤流量監(jiān)測的帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)研究

文檔作者：甄碩磊文檔來源：山西焦煤汾西礦業(yè)正文煤業(yè)		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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上一篇：膠帶輸送機智能化節(jié)能運行研究

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自動化系統(tǒng)設(shè)計
2024年第2期 Mechanical Management and Development No.2,2024
總第250期 機械管理開發(fā) Total250
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2024.02.095
基于煤流量監(jiān)測的帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)研究
甄碩磊
（山西焦煤汾西礦業(yè)正文煤業(yè)， 山西孝義032300)
摘要：采用機器視覺技術(shù)獲取帶式輸送機煤流量并預測煤流變化趨勢，通過模糊控制調(diào)節(jié)帶式輸送機變頻器輸
出電流頻率，從而使得實際帶速接近期望帶速；采用階梯調(diào)速方式避免頻繁調(diào)速問題，提高節(jié)能控制系統(tǒng)運行可靠
性并降低帶式輸送機故障率。現(xiàn)場應用后，該節(jié)能控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)，煤流量監(jiān)測精度較高，帶式輸送機平穩(wěn)運行，
在節(jié)能降耗方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：帶式輸送機；煤炭開采；煤流量監(jiān)測；機器視覺；模糊控制；節(jié)能控制
中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X（2024）02-0245-03
0 引言
帶式輸送機是煤礦井下主要運輸設(shè)備，為滿足井
下運輸需求，帶式輸送機一般按照最大運輸量配電電
機、輸送帶等，而由于井下生產(chǎn)受地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯、水、
采掘設(shè)備運行穩(wěn)定性及人員配備等多因素影響，導致
原煤生產(chǎn)具有一定的不均衡性[1-2]。帶式輸送機往往
長時間處于輕載或者空載運行狀態(tài)，不僅磨損量大而
且導致運行能耗偏高[3]。帶式輸送機是煤礦井下主要
的能耗設(shè)備之一,為降低帶式輸送機運行能耗眾多的學
者及工程技術(shù)人員提出節(jié)能降耗技術(shù),具體如下[4-6]：
1)采用先進逐漸降低運行摩擦阻力，如采用阻力
更小、強度更大且摩阻系數(shù)更低的輸送帶、高效驅(qū)動
電機以及新型托輥等；
2對帶式輸送機布置進行優(yōu)化；
3）對帶式輸送機運行進行優(yōu)化，包括有啟停控
制、依據(jù)負載調(diào)節(jié)速度等。通過調(diào)節(jié)帶式輸送機運行，
實現(xiàn)負載與速度匹配，有助于降低帶式輸送機運行能
耗、實現(xiàn)設(shè)備經(jīng)濟運行，其中關(guān)鍵在于煤流量精準、實
時監(jiān)測。為此,文中就在以往研究成果基礎(chǔ)上，提出采
用機器視覺方法監(jiān)測帶式輸送機煤流量，并依據(jù)煤流
量監(jiān)測結(jié)果通過模糊控制算法調(diào)節(jié)帶式輸送機運行
速度，實現(xiàn)帶式輸送機節(jié)能控制。
1二工程概況
山西某礦設(shè)計產(chǎn)能280萬t/a，采用斜井+平碉
開拓方式，主采煤層包括有2號、5號、7號、9號等，
開采區(qū)內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。現(xiàn)階段
煤炭生產(chǎn)集中在淺部的2號和5號煤層，煤層厚度分
別為3.7m、3.2m，煤質(zhì)均為優(yōu)質(zhì)無煙煤。2號和5號
煤層均采用綜采開采方式，煤炭生產(chǎn)受地質(zhì)構(gòu)造影響
明顯,在構(gòu)造發(fā)育區(qū)推進速度較慢（一般在2.0m/d以
內(nèi)）而在正常區(qū)域推進速度較快（正常為4.8m/d）。井
下原煤主要通過帶式輸送機運輸，其中2號煤層、
5號煤層原煤最終均匯集到運輸大巷、主斜井外運。
DTL120/120/3×280型帶式輸送機在該礦井下應
用較為普遍，額定運載量1.2kt/h、輸送帶寬度1200mm、
帶速3.15m/s，采用3臺單機功率280kW電機驅(qū)動。
帶式輸送機現(xiàn)階段均通配備有變頻器，實現(xiàn)軟制動并
降低重載啟動帶來的機械、電氣沖擊影響。2號及5號
煤層綜采工作面由于受構(gòu)造影響，采煤推進速度較
慢，實際煤炭產(chǎn)量遠低于設(shè)計產(chǎn)能。在2021年7月一
2022年8月期間帶式輸送機運行情況進行統(tǒng)計，發(fā)
現(xiàn)空載、輕載占整個帶式輸送機運行總時間的70%以
上，導致帶式輸送機整體能耗較高。因此，文中依據(jù)該
礦井帶式輸送機運行實際情況，提出構(gòu)建帶式輸送機
節(jié)能控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮原有變頻器調(diào)速功能，提高
原煤運輸效率并降低能耗。
2 帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)
2.1 整體架構(gòu)
具體帶式輸送機節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，
整個結(jié)構(gòu)單元包括有圖像采集、集控中心、驅(qū)動電機
以及核心控制單元等構(gòu)成。帶式輸送機運行期間，圖
像采集單元內(nèi)激光發(fā)生器將激光投射到輸送帶表面，
從而形成高亮條紋；高清攝像機采集含有高亮條紋的
輸送帶圖像，并傳輸至集控中心進行分析，計算煤流
量并預測煤流量變化趨勢；將煤流量及預測趨勢信息
通過TCP/IP通信協(xié)議傳輸給核心控制單元；核心控
圖像采集
TC/IP
激光高清
發(fā)射器攝像儀
帶式輸送機
電動機帶式輸送機
集控中心
核心控制單元
控制器變頻器
TCP/IP
圖1 節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)
收稿日期：2023-03-03
作者簡介：甄碩磊（1989一），男，河北曲陽人，本科，畢業(yè)于太原理工大學軟件工程專業(yè)，助理工程師
·246· 第39卷
機械管理開發(fā)
jxglkfbjb@126.com
制單元通過模糊控制算法確定變頻器輸出頻率，并通
過變頻器控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，達到帶式輸送機帶速與
煤流相匹配目的，從而實現(xiàn)節(jié)能控制。
2.2 煤流量監(jiān)測
2.2.1 煤流量監(jiān)測原理
帶式輸送機煤流監(jiān)測技術(shù)中圖像處理原理如圖
2所示，具體由圖像采集、預處理、信息提取等部分組
成，通過對圖像分析獲取實時煤流量。由于帶式輸送
機使用環(huán)境惡劣、光照條件差以及空氣中粉塵濃度高
等，導致獲取的圖像存在噪音干擾嚴重、對比度差等
問題，為此，采用圖像增強（通過直方圖均衡化技術(shù)以
及高斯濾波器)技術(shù)改善圖像對比度、灰度，增強圖像
邊緣信息；依據(jù)圖像灰度特性，分割煤流、輸送帶；將
分割的煤量圖像區(qū)域充填成黑色，通過跟蹤監(jiān)測算
法繪制黑色區(qū)域外輪廓，通過輪廓監(jiān)測獲取黑色區(qū)
域面積。
圖像預處理圖像信息提取
圖像圖像圖像空洞輪廊面積
采集增強分割填充檢測計算
圖2 圖像處理原理
2.2.2 煤流量監(jiān)測方法
根據(jù)圖像分析結(jié)果確定煤流表面積，依據(jù)圖像定
位結(jié)果推算煤流橫截面積，并依據(jù)帶式輸送機運行速
度確定煤流量，具體如圖3所示。
0
0一圓心;R一半徑;a、b一左、右邊緣交點;L一a和b點之間距離
圖3 煤流量計算示意圖
結(jié)合圖3可知，煤流橫截面積Sm表達式為：
Sm=S,-Sa=R’arcsin L LV4R2-L?）. (1) 2R 4
式中：S，為扇形區(qū)域oab面積；S

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