國能神東煤炭補連塔煤礦（簡稱補連塔煤礦）是世界單井第一大井工煤礦，核定生產(chǎn)能力2 800萬t/a，主運帶式輸送機是煤礦生產(chǎn)運輸?shù)摹爸鲃用}”，完成井下煤炭運往地面。隨著礦井智能化建設(shè)的不斷深入，該礦主運帶式輸送機已實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制與生產(chǎn)期間無人值守模式，提升了生產(chǎn)效率、降低了人力成本；同時，新問題也隨之而來，當(dāng)帶式輸送機突發(fā)故障時，人員難以及時抵達(dá)現(xiàn)場處理，停機時間延長。2023年數(shù)據(jù)顯示，主運帶式輸送機全年平均開機率為88.4%，其中保護(hù)誤動作與人員處理故障路程耗時分別占總停機時長的50%和30%，成為制約生產(chǎn)效率提升的核心問題。

文章來源：《智能礦山》2026年第3期“革新·改造：優(yōu)秀QC成果”欄目

第一作者：王龍，助理工程師，主要從事膠帶機設(shè)備檢修與維護(hù)的相關(guān)研究工作。E-mail：1444567607@qq.com

通訊作者：劉海明，工程師，主要從事科研項目管理、群眾創(chuàng)新創(chuàng)效管理、質(zhì)量小組管理、現(xiàn)場提效管理的相關(guān)研究工作。E-mail：1160920999@qq.com

作者單位：國能神東煤炭補連塔煤礦

引用格式：王龍，劉海明. 礦井主運帶式輸送機開機率提升優(yōu)化策略與實踐 [J]. 智能礦山，2026，7（2）：43-48.

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在智能化礦山建設(shè)的大背景下，減少現(xiàn)場作業(yè)人員同時保障設(shè)備高效運行，已成為煤炭行業(yè)亟待解決的共性難題。筆者基于對補連塔煤礦的應(yīng)用實踐，通過系統(tǒng)性的現(xiàn)狀分析、原因辨識與策略制定，構(gòu)建了融合技術(shù)創(chuàng)新與管理優(yōu)化的主運帶式輸送機開機率提升體系，以期為同類礦山設(shè)備運維提供有益參考。

主運帶式輸送機運行現(xiàn)狀分析

1.1 生產(chǎn)指標(biāo)與現(xiàn)實差距

神東煤炭集團(tuán)明確要求各礦井主運帶式輸送機開機率需≥90%，補連塔煤礦運轉(zhuǎn)二隊帶式輸送機運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，月平均開機率為88.4%，全年僅有5月和9月達(dá)到90%。月度數(shù)據(jù)表明1月開機率最低為86.6%，9月最高為90.6%，整體呈現(xiàn)波動狀態(tài)，與公司標(biāo)準(zhǔn)存在顯著差距，補連塔煤礦運轉(zhuǎn)二隊帶式輸送機開機率見表1。

表1 補連塔煤礦運轉(zhuǎn)二隊帶式輸送機開機率

1.2 保護(hù)誤動作的類型與影響

統(tǒng)計分析2023年主運帶式輸送機運行數(shù)據(jù)，保護(hù)誤動作主要集中在跑偏保護(hù)、堆煤保護(hù)和縱撕保護(hù)3大類。其中，跑偏保護(hù)誤動作占比33.42%，主要因為網(wǎng)片類雜物掛住保護(hù)所致；堆煤保護(hù)誤動作占24.01%，多由玻璃鋼錨桿等長桿狀異物卡塞漏斗引發(fā)；縱撕保護(hù)誤動作占26.18%，主要因輸送帶跑偏撒煤或底帶拉回煤觸發(fā)。

以帶式輸送機機頭卸載點漏斗為例，當(dāng)玻璃鋼錨桿隨煤流進(jìn)入漏斗后，極易卡在門式堆煤保護(hù)裝置處，導(dǎo)致保護(hù)誤動作停機。此類故障影響生產(chǎn)連續(xù)性，還可能引發(fā)撕帶等重大事故。安裝環(huán)境潮濕導(dǎo)致保護(hù)絕緣值下降，也是誤動作的重要誘因，約占總誤動作次數(shù)的15%，帶式輸送機保護(hù)誤動作月平均影響時長統(tǒng)計見表2。

表2 帶式輸送機保護(hù)誤動作月平均影響時長統(tǒng)計

1.3 人員故障處理時間瓶頸

補連塔煤礦運轉(zhuǎn)二隊管理22煤共計9部帶式輸送機，運輸系統(tǒng)總長17 000 m，生產(chǎn)期間每班僅3人負(fù)責(zé)設(shè)備監(jiān)護(hù)。2023年數(shù)據(jù)顯示，人員處理故障的平均路程耗時為952 min/月，其中7月最高為1 045 min，5月最低為838 min。造成耗時過長的原因包括：主運輸系統(tǒng)距離長，最遠(yuǎn)巷道帶式輸送機長度為4 900 m；井下車輛限速限制了人員通行速度；作業(yè)人員技能水平不足，面對電氣故障時常需等待專業(yè)人員支援，進(jìn)一步延長了處理時間?！绊憫?yīng)慢、處理慢”的現(xiàn)狀，在無人值守模式下對開機率構(gòu)成嚴(yán)重威脅，人員處理故障路程時長統(tǒng)計見表3。

表3 人員處理故障路程時長統(tǒng)計

開機率不足成因剖析

（1）保護(hù)裝置技術(shù)缺陷

傳統(tǒng)保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計與信號傳輸方式上存在技術(shù)短板，難以適配煤礦井下復(fù)雜工況。拉繩縱撕保護(hù)采用有線連接模式，井下高濕度環(huán)境易導(dǎo)致線路絕緣層老化、破損，引發(fā)信號傳輸中斷，直接觸發(fā)誤停機；門式堆煤保護(hù)未針對長桿狀異物設(shè)計防護(hù)結(jié)構(gòu)，玻璃鋼錨桿等異物隨煤流進(jìn)入漏斗后，極易卡塞保護(hù)觸發(fā)機構(gòu)，導(dǎo)致堆煤保護(hù)誤動作頻發(fā)；跑偏保護(hù)缺乏防異物干擾設(shè)計，網(wǎng)片類雜物易纏繞或觸碰保護(hù)開關(guān)，造成非故障性停機；保護(hù)裝置的安裝基準(zhǔn)缺乏精準(zhǔn)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，安裝角度、間距等參數(shù)未結(jié)合帶式輸送機運行特性與煤流狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化，進(jìn)一步加劇了保護(hù)誤動作風(fēng)險。

（2）智能化監(jiān)測與控制技術(shù)滯后

礦井主運帶式輸送機盡管已實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，但智能化技術(shù)應(yīng)用深度不足，未形成全流程閉環(huán)管控體系。狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)依賴人工巡檢，缺乏基于多源傳感器的實時數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，無法精準(zhǔn)監(jiān)測帶式輸送機滾筒溫度、輸送帶張力、電機電流等關(guān)鍵參數(shù)，難以提前識別潛在故障隱患；故障處置環(huán)節(jié)存在技術(shù)瓶頸，變頻器、組合開關(guān)等核心設(shè)備未搭載遠(yuǎn)程復(fù)位模塊，導(dǎo)致誤報故障需人工現(xiàn)場處置，延長帶式輸送機停機時間。

（3）環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)設(shè)計缺失

帶式輸送機保護(hù)裝置與井下特殊環(huán)境的適配性不足，缺乏針對性技術(shù)防護(hù)設(shè)計。降塵噴霧系統(tǒng)運行導(dǎo)致沿線濕度升高，而保護(hù)裝置未采用防潮密封技術(shù)與絕緣增強設(shè)計，使得電氣元件絕緣值下降，引發(fā)短路或誤觸發(fā)；煤流中的水煤、大塊矸石對保護(hù)裝置的沖擊防護(hù)不足，未設(shè)計緩沖減震結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致保護(hù)機構(gòu)易變形、靈敏度異常；溫度、粉塵等環(huán)境因素對傳感器性能的影響未得到有效控制，影響保護(hù)裝置的可靠性，進(jìn)一步增加了其誤動作的發(fā)生概率。

（4）系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)架構(gòu)不合理

主運系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)的技術(shù)協(xié)同性不足，形成結(jié)構(gòu)性運行矛盾。主運帶式輸送機雖采用無人巡檢+遠(yuǎn)程控制模式，但輔助運輸系統(tǒng)的限速設(shè)計未考慮緊急故障處置的時間需求，且缺乏智能調(diào)度與優(yōu)先通行技術(shù)支撐，導(dǎo)致人員抵達(dá)故障現(xiàn)場耗時過長；運輸系統(tǒng)的布局設(shè)計未結(jié)合故障響應(yīng)效率進(jìn)行優(yōu)化，遠(yuǎn)程控制中心與現(xiàn)場設(shè)備信號傳輸延遲未通過5G、工業(yè)以太網(wǎng)等高速通信技術(shù)進(jìn)行降低，影響遠(yuǎn)程操作的實時性；各帶式輸送機單元獨立運行，未建立基于負(fù)載均衡的協(xié)同控制算法，當(dāng)某單元故障時，無法快速實現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，加劇了停機對整體生產(chǎn)的影響。

開機率提升的優(yōu)化策略與實施

3.1 保護(hù)裝置技術(shù)創(chuàng)新與升級

針對保護(hù)誤動作核心問題，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料革新，研發(fā)適配井下工況的新型保護(hù)裝置，構(gòu)建多層次技術(shù)防護(hù)體系。

（1）防跑偏保護(hù)優(yōu)化裝置

創(chuàng)新設(shè)計可調(diào)節(jié)式防異物防護(hù)結(jié)構(gòu)，由高強度耐磨防護(hù)板、彈性支腿與長孔調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。防護(hù)板安裝于跑偏保護(hù)的過煤側(cè)，形成異物阻隔屏障；彈性支腿可根據(jù)煤流沖擊力度自適應(yīng)調(diào)整角度，避免防護(hù)板變形；長孔調(diào)節(jié)機構(gòu)通過絲杠傳動實現(xiàn)防護(hù)板間距與高度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，適配不同煤量與輸送帶運行狀態(tài)。該裝置可使跑偏保護(hù)誤動作率降低85%，防跑偏保護(hù)誤動作裝置如圖1所示。

圖1 防跑偏保護(hù)誤動作裝置

（2）門式堆煤保護(hù)防護(hù)改造

采用分級阻隔+異物導(dǎo)向的技術(shù)方案，在帶式輸送機機頭漏斗內(nèi)部安裝由角鋼框架與廢舊阻燃輸送帶組成的雙層防護(hù)擋板。上層擋板傾斜角度設(shè)計為30°，利用煤流重力實現(xiàn)長桿狀異物的導(dǎo)向分離，擋板與漏斗內(nèi)壁采用緩沖鉸鏈連接，降低煤流沖擊對擋板的損傷，從根源上杜絕堆煤保護(hù)誤動作，門式堆煤防護(hù)裝置如圖2所示。

圖2 門式堆煤防護(hù)裝置

（3）無線拉繩縱撕保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)

構(gòu)建發(fā)射器-接收器-控制器三位一體的保護(hù)系統(tǒng)，通過將拉繩縱撕保護(hù)由傳統(tǒng)的有線式連接改為無線式，利用無線發(fā)射器和無線接收器代替纜線傳遞信號，避免了因線路故障（如絕緣低、線路斷、保護(hù)壞等）造成的停機問題。經(jīng)現(xiàn)場測試，該無線保護(hù)裝置信號傳輸穩(wěn)定，有效提升了帶式輸送機運行的可靠性，無線拉繩縱撕保護(hù)裝置原理如圖3所示，無線拉繩縱撕保護(hù)裝置如圖4所示。

圖3 無線拉繩縱撕保護(hù)裝置原理

圖4 無線拉繩縱撕保護(hù)裝置

3.2 智能化運維技術(shù)體系搭建

以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為核心，構(gòu)建全流程遠(yuǎn)程運維與智能監(jiān)測系統(tǒng)，提升帶式輸送機故障處置效率與預(yù)判能力。

（1）變頻器自動復(fù)位技術(shù)改造

基于PLC控制邏輯設(shè)計自動復(fù)位系統(tǒng)，將變頻器復(fù)位信號接入華寧控制機的英式先導(dǎo)控制輸出端。通過編程設(shè)置復(fù)位觸發(fā)條件，當(dāng)系統(tǒng)檢測到變頻器無硬件故障的誤報警時，控制機輸出5 s脈沖信號，驅(qū)動變頻器執(zhí)行復(fù)位操作；在復(fù)位過程中，實時監(jiān)測電機電流、母線電壓等參數(shù)，通過閉環(huán)控制算法確保復(fù)位成功，避免二次停機。該改造無需人工干預(yù)，將變頻器誤報故障處置時間從平均40 min縮短至5 min以內(nèi)，變頻器自動復(fù)位改造如圖5、圖6所示，其中，圖5為變頻器復(fù)位按鈕接線端子接線，圖6為變頻器主控器模塊接線。

圖5 變頻器復(fù)位按鈕接線端子接線

圖6 變頻器主控器模塊接線

（2）組合開關(guān)遠(yuǎn)程復(fù)位系統(tǒng)構(gòu)建

依托HIONE系統(tǒng)平臺，搭建組合開關(guān)遠(yuǎn)程控制模塊。在PLC控制器上增設(shè)專用復(fù)位端子，將組合開關(guān)的復(fù)位信號與PLC進(jìn)行硬接線連接，通過平臺下發(fā)控制指令，實現(xiàn)復(fù)位信號的遠(yuǎn)程通斷；開發(fā)故障聯(lián)動診斷功能，結(jié)合組合開關(guān)運行數(shù)據(jù)與歷史故障記錄，通過機器學(xué)習(xí)算法判斷故障類型，僅對誤報故障執(zhí)行遠(yuǎn)程復(fù)位，對真實故障發(fā)出預(yù)警并鎖定復(fù)位功能；系統(tǒng)支持復(fù)位操作日志自動記錄，便于故障溯源與數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)使組合開關(guān)故障處置效率提升70%，基于HIONE系統(tǒng)的組合開關(guān)遠(yuǎn)程復(fù)位系統(tǒng)界面如圖7所示。

圖7 基于HIONE系統(tǒng)的組合開關(guān)遠(yuǎn)程復(fù)位系統(tǒng)界面

（3）主控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)升級

將井下帶式輸送機控制系統(tǒng)接入井下環(huán)網(wǎng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)控制信號與數(shù)據(jù)的高速傳輸，時延<50 ms；地面集控室部署可視化監(jiān)控平臺，集成電機溫度、輸送帶帶速、張力、輸送帶保護(hù)狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)的實時顯示功能，基于大數(shù)據(jù)分析建立電機電流異常、滾筒溫度升高等故障的閾值模型，當(dāng)參數(shù)超出閾值時自動發(fā)出聲光預(yù)警，并推送故障處置建議，實現(xiàn)監(jiān)測-預(yù)警-處置的閉環(huán)管理，故障識別準(zhǔn)確率>92%，帶式輸送機主控制器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面如圖8所示。

圖8 帶式輸送機主控制器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面

3.3 智能監(jiān)測與自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用

引入先進(jìn)傳感技術(shù)與控制算法，實現(xiàn)帶式輸送機精準(zhǔn)監(jiān)測與高效運行，降低帶式輸送機故障發(fā)生率與能耗。

（1）礦用智能集中潤滑系統(tǒng)部署

采用分布式潤滑技術(shù)，在帶式輸送機各滾筒軸承處安裝智能潤滑泵站，通過PLC控制器實現(xiàn)潤滑周期、注油量的精準(zhǔn)控制；系統(tǒng)搭載壓力傳感器與流量傳感器，實時監(jiān)測潤滑管路的壓力與流量狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)堵塞或泄漏時自動報警；通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)與帶式輸送機運行數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，根據(jù)滾筒負(fù)載、運行時長等參數(shù)動態(tài)調(diào)整潤滑策略，避免因滾筒缺油導(dǎo)致的高溫停機，使帶式輸送機滾筒故障發(fā)生率降低80%，帶式輸送機滾筒智能集中潤滑系統(tǒng)界面如圖9所示。

圖9 帶式輸送機滾筒智能集中潤滑系統(tǒng)界面

（2）主運帶式輸送機智能調(diào)速系統(tǒng)研發(fā)

基于電機功率平衡原理，構(gòu)建以電流信號為核心的負(fù)載感知模型。通過安裝高精度電流傳感器，實時采集電機運行電流，結(jié)合帶式輸送機額定負(fù)載參數(shù)，通過 PID算法計算最優(yōu)運行速度；將調(diào)速系統(tǒng)分為低速（額定速度90%）、中速（額定速度95%）、高速（額定速度100%）3個檔位，由遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載變化自動切換，或人工遠(yuǎn)程干預(yù)調(diào)整；系統(tǒng)具備節(jié)能優(yōu)化功能，在空載、輕載時自動降低運行速度，減少電機能耗，經(jīng)測試可實現(xiàn)綜合節(jié)能>15%，降低輸送帶磨損，延長設(shè)備使用壽命，主運帶式輸送機智能調(diào)速系統(tǒng)投、撤界面如圖10所示，主運帶式輸送機智能調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面如圖11所示。

圖10 主運帶式輸送機智能調(diào)速系統(tǒng)投、撤界面

圖11 主運帶式輸送機智能調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

（3）智能巡檢機器人應(yīng)用與部署

在帶式輸送機沿線部署搭載多傳感器的智能巡檢機器人，集成紅外熱成像儀、聲音采集器、高清攝像頭等設(shè)備，實現(xiàn)對滾筒溫度、輸送帶跑偏、托輥異響等故障的全方位監(jiān)測；機器人采用軌道式移動設(shè)計，配備激光導(dǎo)航與避障模塊，可按照預(yù)設(shè)路徑自主巡檢，也可通過遠(yuǎn)程控制執(zhí)行定點排查；巡檢數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至地面平臺，結(jié)合圖像識別、聲音頻譜分析等AI算法，自動識別故障特征，預(yù)警準(zhǔn)確率為94%；機器人搭載應(yīng)急處理模塊，可對輕微跑偏等故障進(jìn)行自動校正，為重大故障處置爭取時間，帶式輸送機智能巡檢機器人如圖12所示。

圖12 帶式輸送機智能巡檢機器人

主運帶式輸送機開機率提升優(yōu)化策略效果

通過實施制定的優(yōu)化策略，補連塔礦主運帶式輸送機月平均保護(hù)誤動作和人員處理故障路程時長為1 870 min，與實施前對比降低26.4%，帶式輸送機月平均開機率提升為92.3%，順利實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，具有一定推廣價值，主運帶式輸送機實施前與實施后故障停機時間如圖13所示。

圖13 主運帶式輸送機實施前與實施后故障停機時間

總 結(jié)

（1）通過系統(tǒng)分析補連塔煤礦主運帶式輸送機開機率問題，明確了帶式輸送機保護(hù)誤動作與人員故障處理耗時過長是制約該礦帶式輸送機開機率的核心因素。通過保護(hù)裝置技術(shù)創(chuàng)新與升級、智能化運維技術(shù)體系搭建、智能監(jiān)測與自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用等多項具體措施的實施，使帶式輸送機開機率>90%。

（2）提出的防跑偏保護(hù)誤動作裝置、無線拉繩縱撕保護(hù)裝置、變頻器自動復(fù)位技術(shù)改造、礦用智能集中潤滑系統(tǒng)部署、智能調(diào)速系統(tǒng)等技術(shù)方案，為同類礦山提供了全面、系統(tǒng)的解決方案。

（3）隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，主運帶式輸送機的運維模式將向全智能化、少人化方向持續(xù)演進(jìn)；在礦井智能化進(jìn)程中，設(shè)備運維模式從人工主導(dǎo)向智能主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，通過技術(shù)手段彌補無人值守模式下的人員響應(yīng)短板。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

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主編：王國法院士

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