㊀ 第４１卷第７期
㊀ ２０１３年
７月
ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ ４１㊀Ｎｏ ７㊀Ｊｕｌｙ㊀
２０１３㊀
煤电极式堆煤传感器布置改造实践
曹㊀ 剑ꎬ郭振涛ꎬ李静静ꎬ朱庆峰
(兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿ꎬ山东济宁㊀ ２７２１００)
摘㊀ 要:针对煤电极式堆煤传感器与矿用输送带控制器相距较远的特殊工况ꎬ仅采用敷设控制电缆的方式则可能会因电缆过长带来通信不稳定㊁ 电压衰减等问题ꎬ因此根据煤电极式堆煤传感器的工作原理ꎬ利用煤电极式堆煤传感器依靠具有导体特性的大地构成回路实现堆煤保护ꎬ将堆煤传感器安放到距离煤仓１７００ｍ处ꎬ实现了堆煤传感器的远距离使用ꎮ济宁三号煤矿应用此方案实现了带式输送机远距离堆煤保护ꎮ
关键词:煤电极ꎻ堆煤ꎻ传感器ꎻ接地电阻ꎻ视电阻率
中图分类号:ＴＤ６７㊀㊀ ㊀ 文献标志码:Ａ㊀㊀ ㊀ 文章编号:０２５３－２３３６(２０１３)０７－０１０７－０３
ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｎＬｏｃａｔｉｏｎＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆ
ＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｏｄｅＴｙｐｅＣｏａｌＰｉｌｅＳｅｎｓｏｒ
(ＪｉｎｉｎｇＮｏ.３ＭｉｎｅꎬＹａｎｚｈｏｕＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｔｄ.ꎬＪｉｎｉｎｇ㊀ ２７２１００ꎬＣｈｉｎａ)
ＣＡＯＪｉａｎꎬＧＵＯＺｈｅｎ￣ｔａｏꎬＬＩＪｉｎｇ￣ｊｉｎｇꎬＺＨＵＱｉｎｇ￣ｆｅｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｔｈｅｍｉｎｅｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒꎬＴｈｅｌａｉｄｃｏｎｔｒｏｌｃａｂｌｅｍｏｄｅｃｏｕｌｄｈａｖｅａｎｕｎｓｔａｂｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎꎬａｖｏｌｔａｇｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｏｂｌｅｍｓｄｕｅｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｏｎｇｃａｂｌｅ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒꎬｒｅｌｙｉｎｇｏｎｔｈｅｇｅｏｔｅｃｔｏｎｉｃｌｏｏｐｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎ￣ｃｏａｌｐｉｌｅｗｉｔｈａｄｉｓｔａｎｃｅｏｆ１７００ｍꎬａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒｃｏｕｌｄｂｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ.Ａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｃｏａｌｐｉｌｅｐｒｏｔｅｃ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒｗａｓｗｅｌｌｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｎｉｎＪｉｎｉｎｇＮｏ.３Ｍｉｎｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅꎻｃｏａｌｐｉｌｅꎻｓｅｎｓｏｒꎻｇｒｏｕｎｄｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
ｄｕｃｔｏｒｆｅａｔｕｒｅｓꎬｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒｃｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｐｉｌｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｅｔｉｎａ
０㊀引㊀ ㊀ 言
㊀ ㊀ 堆煤保护是带式输送机保护技术之一ꎬ堆煤保护一般安装在带式输送机转载点或煤仓口ꎬ当带式输送机转载点煤因卡堵造成堆积或煤仓因满仓造成煤堆积时ꎬ如果没有可靠的堆煤保护措施ꎬ堆积的煤矸会对输送带㊁ 带式输送机架造成严重损坏ꎬ甚至可能导致人员伤亡ꎬ因此堆煤保护具有重要意义ꎮ«煤矿安全规程»明确指出带式输送机须安装堆煤保护[１]ꎬ目前我国使用的堆煤保护依照其动作原理ꎬ大致分为倾斜式堆煤和煤电极式堆煤ꎬ其中煤电极式堆煤由于其动作原理较为科学ꎬ动作较为可靠ꎬ因此应用较广泛ꎮ但煤电极式堆煤传感器一般应用
收稿日期:２０１３－０２－１９ꎻ责任编辑:赵㊀ 瑞
在煤仓口或转载点处ꎬ环境中粉尘多㊁ 潮气重ꎬ造成传感器使用寿命大幅降低ꎬ传感器误动作频率大幅增高ꎬ另外有些带式输送机采用机尾驱动方式ꎬ控制器安装在带式输送机机尾ꎬ而堆煤传感器安装在输送机机头ꎬ堆煤传感器需要的电源和返回给控制器的信号需敷设长距离电缆进行通信ꎬ通信电缆较长会影响信号的传输ꎬ也更容易出现各类故障ꎮ为解决此问题ꎬ笔者根据煤电极式堆煤传感器的工作原理ꎬ尝试采取不同的布置措施以提高煤电极式堆煤传感器的使用寿命ꎬ降低其故障率ꎮ
１㊀煤电极式堆煤传感器工作原理
㊀ ㊀ 煤电极式堆煤传感器自身必须可靠接地ꎬ其下
作者简介:曹㊀ 剑(１９８２ ) ꎬ男ꎬ山东济宁人ꎬ工程师ꎮＴｅｌ:１３７９１７１７７７２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｃａｏｊｉａｎ１３１１３１＠１６３ ｃｏｍ
引用格式:曹㊀ 剑ꎬ郭振涛ꎬ李静静ꎬ等. 煤电极式堆煤传感器布置改造实践[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(７):１０７－１０９.
１０７
２０１３年第７期
煤炭科学技术
是ꎬ这样就会存在２个问题:
第４１卷
方有金属电极ꎬ当发生堆煤时ꎬ堆积的煤会碰触到其电极ꎬ造成电极接地[３]ꎬ传感器内部就会通过大地构成回路ꎬ使内部继电器动作ꎬ输出信号至控制器中[２]ꎮ煤电极式堆煤传感器工作原理如图１所示ꎮ
㊀ ㊀ １)堆煤传感器需要的直流电源ꎬ电压不高ꎬ一的存在ꎬ易出现衰降ꎬ衰降幅度一般为每千米电缆衰降５％~２０％ꎬ因此长距离为传感器供电ꎬ传感器有时会因为电压过低而无法正常工作ꎬ尤其当电缆中途有接头存在的情况下ꎬ电压衰降会更为严重ꎮ同般为１２~２４Ｖꎬ在经过长距离传输后ꎬ由于电缆阻抗
图１㊀煤电极式堆煤传感器工作原理
２㊀煤仓口或转载点处堆煤传感器布置改造
㊀ 近㊀ [３]堆煤传感器一般安装在煤仓口或是转载点附的影响下ꎬ但这类地点一般环境都很差ꎬ传感器很容易锈蚀㊁ 受潮ꎬꎬ在煤尘及喷雾造成堆煤保护频繁误动作ꎬ因此ꎬ根据煤电极式堆煤传感器工作原理对堆煤传感器的安放位置进行改造ꎮ煤电极式堆煤传感器工作原理是只要传感器下方的电极能够在发生堆煤时碰到堆积的煤矸ꎬ就能使传感器动作ꎬ为了能使传感器的电极碰到煤矸ꎬ需要使用一段细电缆导体将堆煤传感器的煤电极与需进行堆煤保护的原地点相连ꎬ当电缆碰到堆积的煤矸时ꎬ煤电极通过电缆的连接ꎬ与大地构成一个回路ꎬ堆煤传感器会同样动作ꎬ达到了堆煤保护的第一种特殊作用ꎮ这种应用的优点是不必将堆煤传感器放在环境恶劣的煤仓口或转载点ꎬ也可以实现堆煤保护[４]了传感器的使用寿命ꎬ降低传感器的故障次数ꎬ有效提高ꎮ这种应用方案目前已被很多矿井采纳ꎬ下面笔者介绍煤电极式堆煤的另一种特殊应用ꎮ
３㊀机尾驱动式输送机堆煤传感器布置改造
３ ㊀ １㊀驱动的带式输送机㊀ 在矿井煤流运输系统中传统安装方式存在的问题及原因分析ꎬ即带式输送机的控制器与其煤ꎬ不可避免地存在机尾仓㊁ 转载点不在同一地点ꎮ济宁三号煤矿井下的五采边界带式输送机控制器㊁ 主电动机㊁ 驱动装置等均布置在机尾ꎬ而煤仓在带式输送机的机头处ꎬ两者之间相距１７００ｍꎬ带式输送机的大部分保护装置都在机尾ꎬ靠近控制器安装ꎬ而堆煤保护装置安装在机头煤仓附近ꎬ因此就必须单独敷设一路控制电缆为传感器供电ꎬ并返回传感器的信号给机尾控制器ꎬ但１０８
理ꎬ传感器返回给控制器的返回点ꎬ经过长距离电缆的传输ꎬ由于控制器大多数是监测的电平差ꎬ导致信
号也有可能会无法被控制器识别ꎬ造成堆煤保护虽然动作㊀ 地陷㊀ ２)ꎬ但带式输送机却无法停机的事故ꎮ
㊁ 顶板来压一般运输巷的环境都很恶劣㊁ 煤矸弹起㊁ 水管爆裂等现象ꎬ存在如底鼓ꎬ都易造㊁ 成沿途电缆损坏ꎬ如电缆露芯线㊁ 芯线与芯线之间短路或是芯线断裂ꎮ造成传感器无法正常工作ꎮ３ ㊀ ２㊀改进方案的确定
能在堆煤时与堆积的煤矸接触㊀ 煤电极式堆煤动作的关键因素在于其电极必须ꎬ依靠大地构成一个回路ꎬ因此可以将堆煤传感器放在稍远处ꎬ使用电缆来连接煤电极与煤矸石ꎮ笔者将堆煤传感器放置在与煤仓相距１７００ｍ的机尾控制器处ꎬ将原有给堆煤传感器供电及接收返回信号的控制电缆当做连接堆煤煤电极与煤仓里煤矸石的导线ꎬ构成一个超远距离的回路ꎬ来实现堆煤保护ꎮ如图２所示
ꎮ
图２㊀机尾驱动式带式输送机堆煤传感器安装方式
３ ㊀ ３㊀实施改进方案的理论基础
电阻大小是否与其两点间的距离成正比㊀ 实施此方案的思路关键在于大地这个导体ꎬ这就涉及ꎬ其到电阻率ꎮ电阻率是表征物质导电性的基本参数ꎬ某种物质的电阻率实际上就是当电流垂直通过由该物质所组成的边长为ｌｍ立方体时呈现的电阻[５]天然状态下的岩石具有复杂的结构与组分ꎬ组分不
ꎮ
曹㊀ 剑等:煤电极式堆煤传感器布置改造实践２０１３年第７期
同的岩石会有不同的电阻率ꎮ计算所得的电阻率ꎬ不是某一岩层的真电阻率ꎬ而是在电场分布范围内ꎬ各种岩石电阻率综合影响的结果ꎬ即视电阻率ρｓ[６]
ρｓ＝ＫΔＵ/Ｉ
式中:Ｋ为计算系数ꎬ根据现场情况决定ꎻΔＵ为供电电极的电压ꎻＩ为仪器提供的电流ꎮ
㊀ ㊀ 可见ꎬ在电阻率法实际工作中ꎬ一般测得的都是视电阻率ꎬ视电阻率是地质体主要电性参数之一[７]ꎬ对无线电波坑道透视和钻孔测井曲线数据解煤传感器ꎬ可降低对电缆的要求ꎮ传统安装方式中ꎬ堆煤传感器需用４芯(即４股) 控制电缆ꎬ其中２芯电缆传输堆煤传感器的用电ꎬ另外２芯电缆将堆煤传感器的状态返回给带式输送机控制器ꎬ这４芯电缆必须完好ꎬ如果发生断裂㊁ 短路等问题ꎬ就会造成堆煤传感器无法正常工作ꎬ而采用此方案可以用２芯甚至１芯电缆来代替ꎬ且电缆只要没有完全断掉ꎬ就可以继续使用ꎬ也不存在失爆等问题ꎬ电缆接头锈蚀氧化后升高的电阻值也不会对其有影响ꎮ释精度均有重要影响ꎮ只有当电极排列位于某种单一岩性地层时㊀ 率㊀ ꎻｊ视电阻率ꎬ才会测到该地层的真电阻率为２点间的电流密度ρ[８]ｓ＝ρｊ/ｊ０ꎮ其中ꎻｊ０为地表水平:ρ为２点处的电阻ꎮ㊁ 地下在半无限均匀岩石条件下的电流密度㊀ 极所在介质的真电阻率成正比㊀ 视电阻率表达式表明某点的视电阻率和测量电ꎮ
ꎬ其比例系数就是测量电极间实际电流密度与假设地下为均匀介质时正常场电流密度之比[９]个问题ꎮ㊀ :
但在实际操作中ꎬ却存在２造软煤和硬煤㊀ １)依据视电阻率将不同煤体结构类型分为构ꎬ进一步细分时ꎬ数值重叠交叉较多ꎬ因而较为困难㊀ 差异㊀ ２)ꎬ同一煤体结构类型煤分层的视电阻率具有一构造软煤与硬煤分层煤视电阻率存在明显ꎬ基本上没有实际操作的可能性[１０]ꎮ定的规律性ꎮ对于济宁三号煤矿来说ꎬ构造软煤视电阻率为６６~８７０Ω ｍꎬ常见值为４２０Ω ｍ左右ꎬ一般在４５３０Ω ｍ以下ꎬ硬煤的视电阻率为２０５点又因煤中灰分３２０Ω ｍꎬ一般为㊁ 水分的影响１９６５Ω ｍꎬ以及煤体本身的不均左右[１１]ꎮ个别测~一性而１使视电阻率有较㊀ ７００大的变化[１２]ꎬ因此计算接测量㊀ 因此采取一种更为简单的方法ｍ距离的大地导体电阻不现实ꎮ
ꎬ经测量发现ꎬ在济宁三号煤矿平均ꎬ即用万用表直１０００ｍ的距离实际测量２点间的接地电阻为１３０ｋΩꎬ相对于煤电极式堆煤传感器的动作电阻为１０００ｋΩꎬ理论上其最远的安装距离可达７６９０ｍꎬ已超过大多数带式输送机长度ꎮ济宁三号煤矿五采边界带式输送机长１７００ｍꎬ测量的带式输送机机头与机尾间的接地电阻为２２１ｋΩꎬ多次实践试验ꎬ利用１７００ｍ长度的煤电极导线ꎬ可成功实现堆煤保护ꎮ
４㊀结㊀ ㊀ 论
㊀ ㊀ １)在机尾驱动式带式输送机中远距离使用堆
个导体㊀ ㊀ ２)ꎬ因不存在电压衰减的问题因此堆煤传感器可靠性高ꎬꎮ
整个大地就是一㊀ 送机转载点或煤仓口㊀ ３)堆煤传感器不必安放在环境恶劣的带式输ꎬ可以大幅提高其使用寿命ꎬ节约了材料更换费用㊀ 安装使用的难题㊀ ４)解决了机尾驱动式带式输送机的堆煤保护ꎬ减少了维护工作量ꎮ
ꎬ节约了材料费用ꎬ降低了生产影响ꎬ提高了带式输送机运行的稳定性和安全性ꎮ
参考文献:
[１]㊀曹护㊀ [Ｊ]. 剑ꎬ张振平工矿自动化ꎬ郑学瑞ꎬ２０１１(９):５０ꎬ等 浅析煤矿带式输送机－５１.
六大保
[２]㊀王建国２０１１ꎬ１６(４):５７ 胶带机监控保护装置功能的实现－５８.
[Ｊ].煤矿开采ꎬ[３]㊀秦[Ｊ].㊀ 河北煤炭蕊 基于ꎬ２０１２(２):６８ＰＬＣ控制的胶带输送机保护系统的设计开发[４]㊀张旭波 输送机转载点防堵口保护装置的改造－６９.(２):４７ꎬ７４.
[Ｊ].煤ꎬ２０１２[５]㊀娄国伟江气象ꎬ２０１１(４):４１ 土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究－４２.
[Ｊ].黑龙
[６]㊀李企业导报㊀ 洁ꎬ赵玉玲ꎬ２０１１(２１):２９９.
探究降低岩样电阻率测量误差的实验[Ｊ].
[７]㊀张志祥２０１２(１):１０８ꎬ１３５.ꎬ孙建明 电阻率法求渗透系数的应用[Ｊ].科技信息ꎬ[８]㊀陈添槐压力现场ꎬ彭实㊀ 测奇与ꎬ汤正俊分析[ Ｊ].大直径圆形煤仓内壁堆煤温度及侧
武汉大学学报:工学版ꎬ２０１２ꎬ４５[９]㊀(３):９７蒋志龙－１００.矿自动化ꎬ张大女ꎬ２０１２(８):９１ 基于－ＡＤＸＬ３３５９３.的堆煤传感器的设计[Ｊ].工
[１０]㊀２００５(１):７７.
宋晨星ꎬ郭翠荣 煤仓满仓堆煤保护的研制[Ｊ].洁净煤技术ꎬ[１１]㊀孙设计㊀ 君[Ｊ].ꎬ崔工矿自动化㊀ 凯 基于水银开关的矿用本安型堆煤传感器的
ꎬ２０１１(５):７８－７９.
[１２]㊀王与应用㊀ 成[Ｊ]. 胶带输送机机头和机尾堆煤保护装置的设计制作
中国设备工程ꎬ２００７(１２):４３－４４.
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ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ ４１㊀Ｎｏ ７㊀Ｊｕｌｙ㊀
２０１３㊀
煤电极式堆煤传感器布置改造实践
曹㊀ 剑ꎬ郭振涛ꎬ李静静ꎬ朱庆峰
(兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿ꎬ山东济宁㊀ ２７２１００)
摘㊀ 要:针对煤电极式堆煤传感器与矿用输送带控制器相距较远的特殊工况ꎬ仅采用敷设控制电缆的方式则可能会因电缆过长带来通信不稳定㊁ 电压衰减等问题ꎬ因此根据煤电极式堆煤传感器的工作原理ꎬ利用煤电极式堆煤传感器依靠具有导体特性的大地构成回路实现堆煤保护ꎬ将堆煤传感器安放到距离煤仓１７００ｍ处ꎬ实现了堆煤传感器的远距离使用ꎮ济宁三号煤矿应用此方案实现了带式输送机远距离堆煤保护ꎮ
关键词:煤电极ꎻ堆煤ꎻ传感器ꎻ接地电阻ꎻ视电阻率
中图分类号:ＴＤ６７㊀㊀ ㊀ 文献标志码:Ａ㊀㊀ ㊀ 文章编号:０２５３－２３３６(２０１３)０７－０１０７－０３
ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｎＬｏｃａｔｉｏｎＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆ
ＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｏｄｅＴｙｐｅＣｏａｌＰｉｌｅＳｅｎｓｏｒ
(ＪｉｎｉｎｇＮｏ.３ＭｉｎｅꎬＹａｎｚｈｏｕＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｔｄ.ꎬＪｉｎｉｎｇ㊀ ２７２１００ꎬＣｈｉｎａ)
ＣＡＯＪｉａｎꎬＧＵＯＺｈｅｎ￣ｔａｏꎬＬＩＪｉｎｇ￣ｊｉｎｇꎬＺＨＵＱｉｎｇ￣ｆｅｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｔｈｅｍｉｎｅｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒꎬＴｈｅｌａｉｄｃｏｎｔｒｏｌｃａｂｌｅｍｏｄｅｃｏｕｌｄｈａｖｅａｎｕｎｓｔａｂｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎꎬａｖｏｌｔａｇｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｏｂｌｅｍｓｄｕｅｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｏｎｇｃａｂｌｅ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒꎬｒｅｌｙｉｎｇｏｎｔｈｅｇｅｏｔｅｃｔｏｎｉｃｌｏｏｐｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎ￣ｃｏａｌｐｉｌｅｗｉｔｈａｄｉｓｔａｎｃｅｏｆ１７００ｍꎬａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒｃｏｕｌｄｂｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ.Ａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｃｏａｌｐｉｌｅｐｒｏｔｅｃ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒｗａｓｗｅｌｌｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｎｉｎＪｉｎｉｎｇＮｏ.３Ｍｉｎｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅꎻｃｏａｌｐｉｌｅꎻｓｅｎｓｏｒꎻｇｒｏｕｎｄｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
ｄｕｃｔｏｒｆｅａｔｕｒｅｓꎬｔｈｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｔｙｐｅｃｏａｌｐｉｌｅｓｅｎｓｏｒｃｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｐｉｌｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｅｔｉｎａ
０㊀引㊀ ㊀ 言
㊀ ㊀ 堆煤保护是带式输送机保护技术之一ꎬ堆煤保护一般安装在带式输送机转载点或煤仓口ꎬ当带式输送机转载点煤因卡堵造成堆积或煤仓因满仓造成煤堆积时ꎬ如果没有可靠的堆煤保护措施ꎬ堆积的煤矸会对输送带㊁ 带式输送机架造成严重损坏ꎬ甚至可能导致人员伤亡ꎬ因此堆煤保护具有重要意义ꎮ«煤矿安全规程»明确指出带式输送机须安装堆煤保护[１]ꎬ目前我国使用的堆煤保护依照其动作原理ꎬ大致分为倾斜式堆煤和煤电极式堆煤ꎬ其中煤电极式堆煤由于其动作原理较为科学ꎬ动作较为可靠ꎬ因此应用较广泛ꎮ但煤电极式堆煤传感器一般应用
收稿日期:２０１３－０２－１９ꎻ责任编辑:赵㊀ 瑞
在煤仓口或转载点处ꎬ环境中粉尘多㊁ 潮气重ꎬ造成传感器使用寿命大幅降低ꎬ传感器误动作频率大幅增高ꎬ另外有些带式输送机采用机尾驱动方式ꎬ控制器安装在带式输送机机尾ꎬ而堆煤传感器安装在输送机机头ꎬ堆煤传感器需要的电源和返回给控制器的信号需敷设长距离电缆进行通信ꎬ通信电缆较长会影响信号的传输ꎬ也更容易出现各类故障ꎮ为解决此问题ꎬ笔者根据煤电极式堆煤传感器的工作原理ꎬ尝试采取不同的布置措施以提高煤电极式堆煤传感器的使用寿命ꎬ降低其故障率ꎮ
１㊀煤电极式堆煤传感器工作原理
㊀ ㊀ 煤电极式堆煤传感器自身必须可靠接地ꎬ其下
作者简介:曹㊀ 剑(１９８２ ) ꎬ男ꎬ山东济宁人ꎬ工程师ꎮＴｅｌ:１３７９１７１７７７２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｃａｏｊｉａｎ１３１１３１＠１６３ ｃｏｍ
引用格式:曹㊀ 剑ꎬ郭振涛ꎬ李静静ꎬ等. 煤电极式堆煤传感器布置改造实践[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(７):１０７－１０９.
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２０１３年第７期
煤炭科学技术
是ꎬ这样就会存在２个问题:
第４１卷
方有金属电极ꎬ当发生堆煤时ꎬ堆积的煤会碰触到其电极ꎬ造成电极接地[３]ꎬ传感器内部就会通过大地构成回路ꎬ使内部继电器动作ꎬ输出信号至控制器中[２]ꎮ煤电极式堆煤传感器工作原理如图１所示ꎮ
㊀ ㊀ １)堆煤传感器需要的直流电源ꎬ电压不高ꎬ一的存在ꎬ易出现衰降ꎬ衰降幅度一般为每千米电缆衰降５％~２０％ꎬ因此长距离为传感器供电ꎬ传感器有时会因为电压过低而无法正常工作ꎬ尤其当电缆中途有接头存在的情况下ꎬ电压衰降会更为严重ꎮ同般为１２~２４Ｖꎬ在经过长距离传输后ꎬ由于电缆阻抗
图１㊀煤电极式堆煤传感器工作原理
２㊀煤仓口或转载点处堆煤传感器布置改造
㊀ 近㊀ [３]堆煤传感器一般安装在煤仓口或是转载点附的影响下ꎬ但这类地点一般环境都很差ꎬ传感器很容易锈蚀㊁ 受潮ꎬꎬ在煤尘及喷雾造成堆煤保护频繁误动作ꎬ因此ꎬ根据煤电极式堆煤传感器工作原理对堆煤传感器的安放位置进行改造ꎮ煤电极式堆煤传感器工作原理是只要传感器下方的电极能够在发生堆煤时碰到堆积的煤矸ꎬ就能使传感器动作ꎬ为了能使传感器的电极碰到煤矸ꎬ需要使用一段细电缆导体将堆煤传感器的煤电极与需进行堆煤保护的原地点相连ꎬ当电缆碰到堆积的煤矸时ꎬ煤电极通过电缆的连接ꎬ与大地构成一个回路ꎬ堆煤传感器会同样动作ꎬ达到了堆煤保护的第一种特殊作用ꎮ这种应用的优点是不必将堆煤传感器放在环境恶劣的煤仓口或转载点ꎬ也可以实现堆煤保护[４]了传感器的使用寿命ꎬ降低传感器的故障次数ꎬ有效提高ꎮ这种应用方案目前已被很多矿井采纳ꎬ下面笔者介绍煤电极式堆煤的另一种特殊应用ꎮ
３㊀机尾驱动式输送机堆煤传感器布置改造
３ ㊀ １㊀驱动的带式输送机㊀ 在矿井煤流运输系统中传统安装方式存在的问题及原因分析ꎬ即带式输送机的控制器与其煤ꎬ不可避免地存在机尾仓㊁ 转载点不在同一地点ꎮ济宁三号煤矿井下的五采边界带式输送机控制器㊁ 主电动机㊁ 驱动装置等均布置在机尾ꎬ而煤仓在带式输送机的机头处ꎬ两者之间相距１７００ｍꎬ带式输送机的大部分保护装置都在机尾ꎬ靠近控制器安装ꎬ而堆煤保护装置安装在机头煤仓附近ꎬ因此就必须单独敷设一路控制电缆为传感器供电ꎬ并返回传感器的信号给机尾控制器ꎬ但１０８
理ꎬ传感器返回给控制器的返回点ꎬ经过长距离电缆的传输ꎬ由于控制器大多数是监测的电平差ꎬ导致信
号也有可能会无法被控制器识别ꎬ造成堆煤保护虽然动作㊀ 地陷㊀ ２)ꎬ但带式输送机却无法停机的事故ꎮ
㊁ 顶板来压一般运输巷的环境都很恶劣㊁ 煤矸弹起㊁ 水管爆裂等现象ꎬ存在如底鼓ꎬ都易造㊁ 成沿途电缆损坏ꎬ如电缆露芯线㊁ 芯线与芯线之间短路或是芯线断裂ꎮ造成传感器无法正常工作ꎮ３ ㊀ ２㊀改进方案的确定
能在堆煤时与堆积的煤矸接触㊀ 煤电极式堆煤动作的关键因素在于其电极必须ꎬ依靠大地构成一个回路ꎬ因此可以将堆煤传感器放在稍远处ꎬ使用电缆来连接煤电极与煤矸石ꎮ笔者将堆煤传感器放置在与煤仓相距１７００ｍ的机尾控制器处ꎬ将原有给堆煤传感器供电及接收返回信号的控制电缆当做连接堆煤煤电极与煤仓里煤矸石的导线ꎬ构成一个超远距离的回路ꎬ来实现堆煤保护ꎮ如图２所示
ꎮ
图２㊀机尾驱动式带式输送机堆煤传感器安装方式
３ ㊀ ３㊀实施改进方案的理论基础
电阻大小是否与其两点间的距离成正比㊀ 实施此方案的思路关键在于大地这个导体ꎬ这就涉及ꎬ其到电阻率ꎮ电阻率是表征物质导电性的基本参数ꎬ某种物质的电阻率实际上就是当电流垂直通过由该物质所组成的边长为ｌｍ立方体时呈现的电阻[５]天然状态下的岩石具有复杂的结构与组分ꎬ组分不
ꎮ
曹㊀ 剑等:煤电极式堆煤传感器布置改造实践２０１３年第７期
同的岩石会有不同的电阻率ꎮ计算所得的电阻率ꎬ不是某一岩层的真电阻率ꎬ而是在电场分布范围内ꎬ各种岩石电阻率综合影响的结果ꎬ即视电阻率ρｓ[６]
ρｓ＝ＫΔＵ/Ｉ
式中:Ｋ为计算系数ꎬ根据现场情况决定ꎻΔＵ为供电电极的电压ꎻＩ为仪器提供的电流ꎮ
㊀ ㊀ 可见ꎬ在电阻率法实际工作中ꎬ一般测得的都是视电阻率ꎬ视电阻率是地质体主要电性参数之一[７]ꎬ对无线电波坑道透视和钻孔测井曲线数据解煤传感器ꎬ可降低对电缆的要求ꎮ传统安装方式中ꎬ堆煤传感器需用４芯(即４股) 控制电缆ꎬ其中２芯电缆传输堆煤传感器的用电ꎬ另外２芯电缆将堆煤传感器的状态返回给带式输送机控制器ꎬ这４芯电缆必须完好ꎬ如果发生断裂㊁ 短路等问题ꎬ就会造成堆煤传感器无法正常工作ꎬ而采用此方案可以用２芯甚至１芯电缆来代替ꎬ且电缆只要没有完全断掉ꎬ就可以继续使用ꎬ也不存在失爆等问题ꎬ电缆接头锈蚀氧化后升高的电阻值也不会对其有影响ꎮ释精度均有重要影响ꎮ只有当电极排列位于某种单一岩性地层时㊀ 率㊀ ꎻｊ视电阻率ꎬ才会测到该地层的真电阻率为２点间的电流密度ρ[８]ｓ＝ρｊ/ｊ０ꎮ其中ꎻｊ０为地表水平:ρ为２点处的电阻ꎮ㊁ 地下在半无限均匀岩石条件下的电流密度㊀ 极所在介质的真电阻率成正比㊀ 视电阻率表达式表明某点的视电阻率和测量电ꎮ
ꎬ其比例系数就是测量电极间实际电流密度与假设地下为均匀介质时正常场电流密度之比[９]个问题ꎮ㊀ :
但在实际操作中ꎬ却存在２造软煤和硬煤㊀ １)依据视电阻率将不同煤体结构类型分为构ꎬ进一步细分时ꎬ数值重叠交叉较多ꎬ因而较为困难㊀ 差异㊀ ２)ꎬ同一煤体结构类型煤分层的视电阻率具有一构造软煤与硬煤分层煤视电阻率存在明显ꎬ基本上没有实际操作的可能性[１０]ꎮ定的规律性ꎮ对于济宁三号煤矿来说ꎬ构造软煤视电阻率为６６~８７０Ω ｍꎬ常见值为４２０Ω ｍ左右ꎬ一般在４５３０Ω ｍ以下ꎬ硬煤的视电阻率为２０５点又因煤中灰分３２０Ω ｍꎬ一般为㊁ 水分的影响１９６５Ω ｍꎬ以及煤体本身的不均左右[１１]ꎮ个别测~一性而１使视电阻率有较㊀ ７００大的变化[１２]ꎬ因此计算接测量㊀ 因此采取一种更为简单的方法ｍ距离的大地导体电阻不现实ꎮ
ꎬ经测量发现ꎬ在济宁三号煤矿平均ꎬ即用万用表直１０００ｍ的距离实际测量２点间的接地电阻为１３０ｋΩꎬ相对于煤电极式堆煤传感器的动作电阻为１０００ｋΩꎬ理论上其最远的安装距离可达７６９０ｍꎬ已超过大多数带式输送机长度ꎮ济宁三号煤矿五采边界带式输送机长１７００ｍꎬ测量的带式输送机机头与机尾间的接地电阻为２２１ｋΩꎬ多次实践试验ꎬ利用１７００ｍ长度的煤电极导线ꎬ可成功实现堆煤保护ꎮ
４㊀结㊀ ㊀ 论
㊀ ㊀ １)在机尾驱动式带式输送机中远距离使用堆
个导体㊀ ㊀ ２)ꎬ因不存在电压衰减的问题因此堆煤传感器可靠性高ꎬꎮ
整个大地就是一㊀ 送机转载点或煤仓口㊀ ３)堆煤传感器不必安放在环境恶劣的带式输ꎬ可以大幅提高其使用寿命ꎬ节约了材料更换费用㊀ 安装使用的难题㊀ ４)解决了机尾驱动式带式输送机的堆煤保护ꎬ减少了维护工作量ꎮ
ꎬ节约了材料费用ꎬ降低了生产影响ꎬ提高了带式输送机运行的稳定性和安全性ꎮ
参考文献:
[１]㊀曹护㊀ [Ｊ]. 剑ꎬ张振平工矿自动化ꎬ郑学瑞ꎬ２０１１(９):５０ꎬ等 浅析煤矿带式输送机－５１.
六大保
[２]㊀王建国２０１１ꎬ１６(４):５７ 胶带机监控保护装置功能的实现－５８.
[Ｊ].煤矿开采ꎬ[３]㊀秦[Ｊ].㊀ 河北煤炭蕊 基于ꎬ２０１２(２):６８ＰＬＣ控制的胶带输送机保护系统的设计开发[４]㊀张旭波 输送机转载点防堵口保护装置的改造－６９.(２):４７ꎬ７４.
[Ｊ].煤ꎬ２０１２[５]㊀娄国伟江气象ꎬ２０１１(４):４１ 土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究－４２.
[Ｊ].黑龙
[６]㊀李企业导报㊀ 洁ꎬ赵玉玲ꎬ２０１１(２１):２９９.
探究降低岩样电阻率测量误差的实验[Ｊ].
[７]㊀张志祥２０１２(１):１０８ꎬ１３５.ꎬ孙建明 电阻率法求渗透系数的应用[Ｊ].科技信息ꎬ[８]㊀陈添槐压力现场ꎬ彭实㊀ 测奇与ꎬ汤正俊分析[ Ｊ].大直径圆形煤仓内壁堆煤温度及侧
武汉大学学报:工学版ꎬ２０１２ꎬ４５[９]㊀(３):９７蒋志龙－１００.矿自动化ꎬ张大女ꎬ２０１２(８):９１ 基于－ＡＤＸＬ３３５９３.的堆煤传感器的设计[Ｊ].工
[１０]㊀２００５(１):７７.
宋晨星ꎬ郭翠荣 煤仓满仓堆煤保护的研制[Ｊ].洁净煤技术ꎬ[１１]㊀孙设计㊀ 君[Ｊ].ꎬ崔工矿自动化㊀ 凯 基于水银开关的矿用本安型堆煤传感器的
ꎬ２０１１(５):７８－７９.
[１２]㊀王与应用㊀ 成[Ｊ]. 胶带输送机机头和机尾堆煤保护装置的设计制作
中国设备工程ꎬ２００７(１２):４３－４４.
１０９