矿山生产中，一条条输送带承担着煤炭、矿石等散料运输任务。可传统设备长期面临能耗高、粉尘大、故障发现滞后等难题。来自辽宁工程技术大学的张英祺带领团队，将轮轨输送、柔性传感与智能预警技术融合，研发出柔性自感知智能轮轨带式输送机，让传统输送装备从“只会运输”走向“绿色输送、主动感知、提前预警”。
矿山输送装备升级迫在眉睫
在阜新及周边矿区调研中，团队发现，传统带式输送机的压陷、旋转、弯曲等运行阻力占总能耗较大比重；敞开式运输还容易产生粉尘和撒料。与此同时，视觉、红外和人工巡检易受粉尘、水雾等环境影响，输送带内部隐性损伤往往难以及时发现。
一次纵向撕裂不仅可能造成设备停机，还会带来高额经济损失。怎样让输送机“跑得更省”，同时让输送带“看得见自己的状态”，成为团队持续攻关的方向。
传统敞开式输送场景中的粉尘问题
经过持续调研，团队将行业共性问题归纳为三点：本体能耗高、状态感知精度低、运维预警滞后。传统方案往往只能解决其中一个环节，结构节能与智能监测彼此分离。
走进矿山一线，把问题做成课题
从阜新海州露天煤矿，到内蒙古平庄煤业，再到中煤科工沈阳研究院、晋能控股同欣煤矿，团队成员不断走进矿山、企业和科研院所，与现场技术人员交流设备运行中的真实需求。
在一次次调研和试验中，他们逐渐明确了技术路线：重新设计输送机本体，降低运行阻力并实现密闭输送；研发能够嵌入橡胶输送带的柔性传感器；再通过仿真与算法，让有限的传感阵列覆盖整条皮带的关键状态。
团队深入矿山现场开展输送设备故障检测调研
真正把想法变成装备并不容易。管状皮带怎样稳定成型，柔性传感器怎样在长期弯曲拉伸中不脱落，传感器又该布置在哪里，都是需要逐一解决的工程难题。
柔性传感器嵌入输送带的制备与集成过程
让输送带既节能，又会“感知”
在机械本体上，团队创新设计内置双轨密闭管状轮轨输送架构，并建立整机耦合模型优化结构。通过轮轨滚动支撑和FOC双电机矢量解耦控制，整机横向尺寸较传统侧置方案压缩50%，运行能耗较传统托辊输送机降低30%以上，同时实现密闭输送。
在感知层面，团队利用碳纳米管与石墨烯构建协同双导电网络，并开发硫化共交联工艺，让柔性传感器在输送带制造过程中直接与橡胶本体形成稳定结合。其应变传递效率超过99%，使用寿命较表面贴装方案提升3倍以上。
有了传感器，团队又基于Abaqus有限元仿真研究全路径应变分布规律，精准布设传感阵列，并融合形变、张力、温振等信息，实现跑偏、撕裂等6类典型故障识别，预警准确率达到95%以上。
柔性自感知智能轮轨带式输送机现场示范图
从实验室走向矿山现场
目前，项目相关研究已形成5篇高水平学术论文、3项发明专利和1项实用新型专利，并依托2项国家自然科学基金相关研究基础持续迭代。更重要的是，技术正在从论文、样机走向真实矿山。
2025年2月，团队相关智能轮轨技术与陕煤集团柠条塔矿业签订458万元技术开发项目，在超长距离输送带安全高效更换场景中开展工程应用验证。项目数据显示，单次作业工期由7—10天缩短至3—4天，井下作业人员减少约70%，牵引效率提升4—5倍。
团队现场装配场景
对张英祺和团队而言，这项成果的意义不只是一台设备。他们把机械设计、柔性电子、控制算法等专业知识带进矿山现场，也在“发现问题—技术攻关—工程验证”的过程中完成了一次真正的创新创业实践。
未来，团队将继续推进样机定型与示范应用，并逐步拓展山西、内蒙古、辽宁等核心矿区以及港口、冶金、水泥等场景，让矿山输送装备更节能、更智能、更安全。
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