引言
近年来煤矿生产环节信息化、自动化、集成化的不断提高，开采资源的精确计量不仅成为信息化的又一突破口，而且为生产管理提供了参考依据，让煤炭资源的生产管理更加精确和透明。黄陵矿业有限公司一号煤矿设计生产能力420万吨/年，2001年由原国家计委验收阶段性正式竣工投产，现矿井核定的生产能力已经达到了600万吨/年，矿井井田开拓方式为平硐式开拓，主运输系统从地面至井下由十部胶带运输机组成，煤炭主要通过十部胶带运输机将综采、掘进的煤炭运送出井口，完成煤炭生产，煤炭资源的计算大多数以工作面宽度、采高、煤机滚筒截割深度和当日截割来回次数来计算产量。产量计算方法比较粗狂。
1光波计量技术简介
JD-T光波精确计量系统是一种非接触式的散装物料在线计量和监控装置，是利用物料对光线束遮挡的原理，在完全抛弃传统的电子秤计量机制基础上以先进的计算机技术、电子技术与光子检测技术相结合而产生的一种非接触式散装固态物料实时在线计量与控制设备。光波精确计量系统作为一种新型计量设备克服了胶带运输机张力、胶带运输机硬度、胶带运输机跑偏、托辊未校准、托辊偏心等对称量准确度影响，安装空间只需50cm即可，斜坡胶带运输机、平行胶带运输机均可安装，动态误差±0.5%，长期使用时的最大误差不超过±2%，而且维护简单，只需定期清理接受器上堆积的异物或进行零点校准即可。
2.光波计量技术原理
光波称计量原理是基于物料对高能光子吸收的原理。光波称发射器稳定地放射出高能光子，物料从光波称发射器及探测器之间穿过，高能光子的一部分被物料吸收，其余部分穿透物料，照射到探测器上，并形成与高能光子强度成比例的电离信号（U），此信号值反应出输送机上通过探测器上物料负荷（F）的大小，如下列公式所示。
高能光子穿透物料后，强度变化规律如下：
N = N0 e-μ×F/S
其中：μ——物料的质量吸收系数，单位：m2/kg；
F——运输机物料负荷，单位：kg/m；
S——输送机宽度，单位：m；
N0——无物料时探测器处强度；
N——有物料时探测器处强度；
探测器输出信号与高能光子强度成正比，因此有：
U = U0 e-μ×F/S；
其中：U ——有物料时的输出信号，单位：V；
U0 ——空载时的输出信号，单位：V；
图（1）
令：K=S/μ 称作物料标定常数，则有：
F= K×㏑（U0/U）；
输送机输送的物料流量P为：
P=F×V；
通过检测U0，U1，并通过标定将K值确定，即可测得输送机输送物料的负荷F。由测速装置测定输送机的速度v，则物料的累积量W为：
W=FiviT
式中：Fi为输送机瞬时负荷；vi为输送机瞬时速度；T为计量周期；N为计算次数，W为累计重量。
3.光波测量系统结构
光波胶带运输机秤有信号发生器、信号接收器、支架及保护筒、标准校验片、前置放大器、速度或开停传感器等组成。
3.1信号发生器
信号发生器如图（1）安装在称体正上方，是光波秤信号的发生装置，产生测量所需的必要信号，通电的情况下才有信号发出，供电电压AC90～240V，维修时请断开供电电源。
3.2信号接收器
信号接送器采用高压电离室，安装在秤体的下方，上下胶带运输机中间，负责接收信号发生器的信号，电离室是胶带运输机秤的核心部件之一。高压电离室是一个内充特殊气体的密封容器，外部为钢壳，内设高压电极和收集极(信号电极)。两电极各通过绝缘子引出。高压电极与高压电源相连；收集极与前置放大器的输入端相连。两极间产生微弱电流，这一电流信号经前置放大器转换成电压信号。电离室具有精度高稳定性好、寿命长、结构简单等优点。胶带运输机秤电离室的外径一般为φ160mm,其长度规格按灵敏区分为:300、400、500、650、800、1000、1200、1400、1600（mm）等多种。每种的外壳长度（包括前放屏蔽筒）为其相应的灵敏区长度加182mm。灵敏区则应从离底端面45mm处算起，安装时应使灵敏区的中心线与胶带运输机中心线重合。例如：800mm的电离室，是指其灵敏区长度为800mm，而其外筒总长度为1070mm，灵敏区的中心位置为从底端量起445mm处，安装时该中心应对准胶带运输机的中心线，其余规格则按此类推。
3.3前置放大器
前置放大器安装在电离室一端的前置屏蔽筒内，屏蔽筒与外界进行防潮密封。它将弱电流信号转换成电压信号，后端的智能处理单元采集此信号后进行运算。放大器中采用了极低温漂的元器件，温度变化对信号的影响很小，因此克服了外加恒温箱所带来的不便。前置放大器由高压块（-400V）、放大器两大部分组成。其中，集电极在平常不可随便摸，以免静电把它烧坏。在焊接时一定要断电情况下，利用电烙铁的余热焊接。
3.4标准校验片
标准片又叫模拟片、检验片、校验片，其作用是检验胶带运输机秤的长期稳定性。在实物标定后，①测零点；②插上标准片；③开动胶带运输机机；④记录空胶带运输机运行3整圈的累计量，此累计量称作“标准累计量”。此后随时可重复上述步骤，将新测得累计量与 “标准累计量”进行对比。如误差小于1%，则说明胶带运输机秤稳定性好，可放心使用；反之说明胶带运输机秤稳定性差或胶带运输机运行不稳定。
3.5速度或开停传感器
测速传感器：实时测量胶带运输机转速，输出正比于胶带运输机速度的脉冲信号。开停传感器：采用常闭结点。将胶带运输机机的线速度输入计算机，用控制输送机的馈电开关辅助接点（常闭）或通过开停传感器提供胶带运输机机的开停状态。
4.技术特点
1)动态非接触式测量，不受胶带运输机厚度 ,张力, 震动, 冲击惯性的影响。二称重传感器 (气体电离室)，发射装置自然寿命长，稳定性好。三是装置各部分电路使用优秀的全浮空技术设计，增加了系统的可靠性。四是MODBUS-RTU总线+以太网：现场的所有称重传感器，发射装置的各种状态信号均能通过MODBUS-RTU总线或以太网传到地面监控室。五是现场秤体由智能下位机系统实现数据的采集，并计算出物料的负荷、流量、累计量，实现与监控室计算机系统的数据双向传输。通讯线出现故障或监控室计算机系统出现故障不影响秤体处累计量的数据。六是现场秤体断电后能实现关键数据的保存 , 包括静态参数,累计量.断电后数据可以永久保存。七是监控室计算机采集多个现场的秤体信号后, 进行显示、记录和统计处理。实现当日、当班产量报表运行时间报表的显示、查询和打印，实现历史各班的数据查询和打印。实现实时流量的纪录流量曲线的查阅。八是该种结构可实现空转超时报警、流量超限超时报警、恒流量超时报警等管理和防止作弊功能。九是系统测量适用性广，可用于多种物料输送装置：固定式胶带运输机机，悬挂式胶带运输机机，刮板机，螺旋式，链板式输送机，斗式提升机等。十是系统结构简单，安装维修方便，可选配包括视频监控等组件，组成多种工业现场的配料系统，具备较强的扩展性和兼容性。
5.光波测量技术对比
5.1光波秤
一是设备安装时只需加装在胶带运输机上，与胶带运输机机无接触，其次要固定好发生器和接收器即可。二是对环境要求不高。对胶带运输机机震颤，调速等不受影响。水分和灰分变化略有影响。三是光波称重装置参考核子秤国家推荐标准≤±0.5%。并且系统经过实验室测试，误差符合推荐标准。四是在维护方面，初次标定采用实物，后期使用标准模块自动校验，称体校正简单易操作。
5.2电子秤
安装时相对复杂，需要对秤架接触部分进行微调，对传感器的受力平衡要调整一致，秤架部分安装要拆卸胶带运输机机嵌入安装。安装步骤相对复杂。对环境要求较严格，胶带运输机机运行需要稳定，不能频繁涨紧，煤质水分灰分变化不能过大，秤体结构需要经常清扫和维护，井下环境对秤体腐蚀会缩短寿命。在准确度上完全“取决于”电子胶带运输机秤的安装质量和维护水平，±3%、±5%甚至百分之十几的误差都可能经常出现。维护方面，与胶带运输机输送机的维护情况较为紧密，如胶带运输机张力、胶带运输机硬度、胶带运输机跑偏、托辊未校准、托辊偏心等对称量准确度影响很大，在实际应用中很难保障测量精度，而且维护量大、耗费人力物力，校秤时间相对较长。
5.3核子秤
设备安装与胶带运输机机无接触，只需要固定好放射源和秤体即可，但需要注意放射源装置的可靠性，但是放射源管理需要专业团队。对环境要求不高，对胶带运输机机震颤，调速等不受影响。水分和灰分变化略有影响。测量精度上，核子秤满足国家推荐精度标准是≤±1%。误差相比光波秤略高。在日常维护上，采用实物标定方式，在水分和灰分变化过大的情况下标定一次，受到称重物体的水分影响较高。其次受国家对放射源的监管，公安、环保、职业健康部门对使用方的监管及检查比较频繁，如果放射源丢失，相关责任人会受到刑事责任，威胁社会公共安全和矿山企业生产，各单位已经陆续停用核子秤。
6.结 论
光波秤称重系统它不仅可以统计单位时间内的产量，而且光波原理相对安全，它不仅能够反映胶带运输机的开停状态、瞬时流量、设备供电情况等信息，同时可以连接设备监控数据对设备运行效率、形成数据曲线，方便使用者分析与和维护管理，其次相对其他称重原理维护量及使用的复杂难度较低，适合煤矿生产精确计量管理。
参考文献：
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[2］孙继平，煤矿信息化与智能化要求与关键技术］煤炭科学技术，2014,42(9):22-25.
[3] 张开生，物料自校准电子皮带科的设计与应用］．衝器，2019(6):5-10
作者简介朱元军（1984—）男，陕西杨凌人，本科毕业，机电工程师，陕西陕煤黄陵矿业公司一号煤矿信息部就职，主要从事信息化建设管理工作。