智能化背景下煤矿井下带式输送机智能监控与保护系统设计

智能化背景下煤矿井下带式输送机智能监控与保护系统设计 杭文华 煤矿行业向智能化、少人化转型背景下，带式输送机作为井下主运核心设备，其安全高效运行直接关系煤矿生产效率与人员安全。传统监控系统存在感知精度低、故障响应慢、管控协同弱等短板，无法适配煤矿 “安全优先、高效生产、少人无人” 的核心需求。机器视觉、多传感融合等新技术的发展提供了技术基础，本文结合井下复杂环境与运输需求，融合增强感知、协同控制等关键技术，设计集精准检测、智能诊断、快速响应、协同管控于一体的智能监控与保护系统，补齐传统系统短板，提升井下运输自动化与安全保障水平，为煤矿智能化开采筑牢运输支撑。 一、系统需求分析与总体架构设计 （一）系统需求分析 煤矿井下带式输送机作业环境具有高湿度、高粉尘、空间狭窄、电磁干扰强的特点，且承担煤炭与物料连续运输任务，其监控与保护系统需满足多方面核心需求：既要精准检测转载点卡堵、堆煤、皮带跑偏 / 纵撕、异物混入等设备故障，实时识别人员误入危险区域等违章行为并实现快速报警与联动保护，也要通过多传感融合技术在恶劣环境下稳定采集料流、载荷分布、煤仓煤位等关键参数，支撑输送机与给煤机的协同联动及动态调速，同时需具备数据集中处理、可视化监控、历史查询等功能，支持通过上位系统、移动端 APP 完成调度相关操作，实现运输流程智能化管控，契合煤矿少人化发展趋势。 （二）系统总体架构设计 本系统采用 “感知层 - 控制层 - 管控层 - 应用层” 四层分布式架构，各层级独立协同，形成数据采集、处理、分析到决策执行的完整闭环，保障系统稳定、可扩展及智能化。 感知层是系统数据采集基础，整合矿用本安型摄像仪、结构光发射器、测距 / 视觉 / 速度 / 煤位传感器及声光报警器等设备。设备适配井下恶劣环境，通过专用网线、CAN 总线接入控制层，实现异物、堆煤、皮带状态、载荷流量、煤仓存储等数据采集及现场报警。 控制层是核心处理与控制中枢，由矿用本安型控制箱、给煤机控制器、协同控制站及隔爆兼本安型电源组成。接收感知层数据并实时处理，完成故障识别与状态评估；根据煤仓数据控制给煤机启停调速，通过标准协议实现多设备协同运行与变频调速，同时提供稳定供电保障。 管控层主要负责数据存储、集中管理与调度决策，包含上位管控系统、辅助运输管控一体化平台及数据库服务器。接收控制层数据并完成存储、分析与可视化展示，支持人工调度优先与远程控制，通过二维 GIS 呈现设备状态，提供历史轨迹回放、数据查询统计功能。 应用层为用户交互窗口，涵盖监控中心客户端与移动端 APP。客户端供值班人员实时查看设备参数、报警信息及监控画面，处理报警事件；移动端支持井下人员叫车、装料确认等操作，实现物资运输申请、审批与跟踪，提升调度灵活性与效率。 二、系统关键技术实现 （一）矿用智能传感技术优化 矿用智能传感技术是系统实现精准监控的核心，针对井下复杂环境的特殊性，本系统采用 “机器视觉 + 多传感融合” 的技术方案，对传感检测能力进行全面优化，确保检测数据的准确性与可靠性。 在异物检测技术方面，基于深度学习构建轻量化多任务检测模型，针对大块煤、矸石、锚杆、木头四类异物。通过矿用本安型网络摄像仪采集皮带运输画面，模型提取目标特征并快速识别定位，突破传统人工检测局限，实现昏暗、粉尘环境下的实时精准检测。 堆煤检测采用 “结构光投射 + 图像分析” 方案，通过结构光发射器与摄像仪配合，量化堆煤高度与面积。给煤机状态检测融合运行电流与料流数据，电流过大无料流判定为卡堵，电流过小无料流判定为空仓，确保监控精准。 皮带跑偏与下带面撕裂检测技术聚焦于皮带运行状态的实时监测。跑偏检测通过摄像仪追踪胶带轨迹，偏离预设轨迹即触发声光报警与后台信息上传。下带面撕裂检测在皮带承载面与回程面间部署摄像仪与结构光发射器，通过分析光线图案变形，实现撕裂故障早期预警与精准定位。 载荷分布检测技术是整合非接触式测距、机器视觉及速度传感器数据，检测装置安装于皮带入料位置。通过数据融合算法，结合物料高度、覆盖范围与皮带运行速度，计算瞬时流量与总运量，为煤流协同控制提供数据支撑。 （二）故障智能诊断与保护执行机制 故障智能诊断与保护执行机制是系统保障设备安全运行的核心环节，通过构建 “数据采集 - 智能分析 - 故障诊断 - 保护联动” 的闭环流程，实现对各类故障的快速识别与及时处置，最大限度降低故障造成的损失。 给煤机智能调速控制机制以煤仓煤位数据为核心依据，实现给煤量与皮带运输能力的动态匹配。煤仓煤位传感器实时采集煤仓煤位信息并传输至给煤机控制器，控制器内置多级阈值判断逻辑：当煤仓煤位高于设定的常规放煤阈值时，控制器启动给煤机进行正常放煤；当煤仓煤位高于高速放煤阈值时，控制器控制给煤机以高速运行，提升放煤效率；当煤仓煤位低于设定的最低阈值时，控制器立即停止给煤机运行，避免给煤机空转造成能源浪费与设备磨损。该机制通过精准的阈值控制与动态调速，确保煤流供应的均衡性，为皮带机稳定运行提供保障。 煤流协同控制机制基于载荷分布检测数据与多设备联动逻辑，实现带式输送机与给煤机、后续运输设备的协同运行。系统配置 1 台协同控制站，作为多设备协同的核心枢纽。各单机监控系统通过标准以太网接口与协同控制站通信，实时上传皮带载荷分布、运行速度、故障状态等数据。协同控制站根据这些数据，结合生产计划与运输需求，向各设备发送控制命令：对于变频驱动的皮带机，根据载荷情况动态调整速度设定值，实现高效经济运行；对于多台串联运行的皮带机，根据前级皮带的运量数据调整后级皮带的运行状态，避免物料堆积或输送脱节。该协同机制打破了传统设备独立运行的局限，提升了整个运输系统的运行效率与协调性。 周界管理与人员安全保护机制聚焦于设备危险区域的人员闯入防控。在带式输送机驱动部等关键危险区域附近安装矿用本安型智能摄像仪，构建电子围栏监控区域。摄像仪通过图像识别算法精确识别人员行为，当检测到人员闯入电子围栏时，立即触发联动保护机制：矿用本安型声光报警器在现场发出强烈的声光报警信号，提醒闯入人员撤离；同时，摄像仪将报警画面实时传输至后台控制室，管控系统自动跳转切换至事发区域的实时监控画面，并通过语音提醒后台值班人员。该机制实现了人员闯入风险的实时预警与快速响应，有效防范人员伤亡事故的发生。 故障报警与应急处理机制覆盖设备故障、人员违章、运输异常等场景，保障风险快速处置。系统支持超速、闯红灯、区域超时停留、设备故障等多种报警类型，报警信息涵盖设备编号、车牌号等关键要素，通过管控平台弹窗、报警提示音、移动端推送等多渠道通知相关人员。设备故障时，系统可按严重程度自动触发停机、调整关联设备等保护措施；人员违章与运输异常则由管理人员通过管控平台或移动端 APP 下发处置指令，现场配合执行。同时，系统支持故障数据存储与历史轨迹回放，为故障分析及预防措施制定提供支撑。 总结 本文针对煤矿井下带式输送机安全高效运行需求，设计了集精准感知、智能诊断、协同管控、快速保护于一体的智能监控与保护系统，其构建 “感知层 - 控制层 - 管控层 - 应用层” 四层架构并明确各层级设备与功能以适配井下复杂环境及多维度管控需求，关键技术上采用 “机器视觉 + 多传感融合” 优化矿用智能传感，实现异物、堆煤、皮带状态、载荷分布等参数精准检测，同时搭建故障智能诊断与保护机制，通过给煤机调速、煤流协同控制等功能快速识别处置故障，有效解决了传统监控系统感知精度低、协同性差、保护滞后等问题，能显著提升井下运输安全性与高效性、减少现场操作人员，契合煤矿智能化、少人化发展趋势。