礦用帶式輸送機安全保護裝置應用實例分析

孟慶靈,楊志強,王 瑞

（1.山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同 037003；2.兗煤萬福能源有限公司，山東 菏澤 274922）

帶式輸送機是當今煤礦開采作業(yè)中的重要運輸機械，開采出的煤炭都要通過膠帶輸送，將采煤工作面的原煤運輸?shù)矫簜}，最后到達地面洗煤廠[1-4]。其中，部分礦井存在距離遠、傾角大的情況，其運輸安全性較低。帶式輸送機經(jīng)常發(fā)生卸煤處堆煤等現(xiàn)象，導致電機燒毀、液力耦合器受損等事故發(fā)生,其工作狀況將直接影響到煤礦井下的正常生產(chǎn)[5]。因此，對煤礦帶式輸送機安全保護裝置的安裝和使用，將有助于提高煤炭運輸?shù)陌踩?，從而保障了煤礦整體生產(chǎn)效率[6]。

1 帶式輸送機存在的問題

運轉(zhuǎn)工區(qū)用帶式輸送機是煤炭、矸石等物料運輸?shù)闹匾d體，在長期運行及重載的工況下，輸送帶發(fā)生疲勞破壞及斷裂的可能性較大[7-8]。其中，導致斷帶事故發(fā)生的原因較為復雜，通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，帶式輸送機的輸送帶其自身質(zhì)量并不高，且長期處于不間斷使用狀態(tài)，缺乏保養(yǎng)措施，使輸送帶因過度負荷而斷裂；其次，輸送帶部分接頭質(zhì)量較差，且接頭屬于易損件，更換較為頻繁。接頭大多通過硫化方式進行黏接，如圖1 所示。在接頭黏接過程中，硫化溫度和壓力不易把握，導致橡膠輸送帶出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，在運行過程中遇到受力突變的情況時，極易發(fā)生接頭斷裂；最后，煤礦帶式輸送機缺乏合理的張緊裝置設計，導致其輸送帶受力不均，在高速運行過程中很容易因載荷突變、卷入雜物而破裂。

圖1 輸送帶硫化黏接

兗煤萬福能源有限公司運轉(zhuǎn)工區(qū)使用的是DTII型帶式輸送機，采用驅(qū)動電機+液力耦合器+減速器+傳動滾筒+盤式制動器+逆止器的起、制動控制方式，運輸方式為上運，輸送機相關參數(shù)見表1。

表1 DTII型帶式輸送機技術參數(shù)及工況

輸送機長期運轉(zhuǎn)，加之周圍的空氣濕度大，從而使強力膠帶內(nèi)的部分鋼絲被蒸汽腐蝕，膠帶表面因煤矸石砸落而出現(xiàn)多處破損，從而不可避免地產(chǎn)生斷裂或損壞，但無法從外表上準確地觀察出。這不僅會對機尾作業(yè)礦工的人身安全造成危害，并且會對礦井的安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響，造成重大的經(jīng)濟損失和安全事故。

2 帶式輸送機保護裝置

2.1 防打滑保護

對于礦用帶式輸送機，在10 s之內(nèi)，傳送帶的轉(zhuǎn)速在50%～70%的額定轉(zhuǎn)速范圍，如果轉(zhuǎn)速低于50%或者轉(zhuǎn)速超過110%，防滑裝置報警，則停止傳送帶的運轉(zhuǎn)。其中，當正常運行和停機的速度改變時，裝置不產(chǎn)生誤動作[9-10]。在安裝過程中，對其安裝位置，帶式輸送機防滑保護裝置應安裝在帶式輸送機的回程帶上面，其安裝位置如圖2 所示。在固定式帶式輸送機上安裝時，應在機頭卸載滾筒和驅(qū)動滾筒之間安裝，當兩驅(qū)動滾筒距離很長時，也可選擇安裝在兩驅(qū)動滾筒之間。其它情況應安裝在回程帶靠近機頭處。

圖2 防打滑保護裝置安裝位置

傳感器加裝：一般采用磁體式傳感器或滾輪式傳感器，根據(jù)煤礦井下的實際工況，選用靈敏度更高的磁體式傳感器，應在換向滾筒的側(cè)邊安裝磁體，并以磁體為中心，在相應的輸送帶支架上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，并以螺釘緊固，間隔不超過50 mm，動作靈活可靠。若輸送帶出現(xiàn)打滑，控制箱可及時對其電源進行切斷。保護裝置試驗方法：將磁鐵型傳感器的防滑保護接上測試按鍵，當輸送機處于正常無負載工況時，按下測試鍵，保護輸出回路，切斷電源，保護裝置發(fā)出警報，停止工作。

測試周期：靈敏度測試一天一次，一個月進行一次性能測試。

2.2 堆煤保護

根據(jù)煤礦用帶式輸送機保護裝置技術條件，如果在2 s之內(nèi)連續(xù)監(jiān)控到高度超出規(guī)定的高度，就會發(fā)出警報，停止輸送機的運轉(zhuǎn)。通過采用改變傳感器的傾斜角度或運動沖量來達到保護目的，其防護作用的作用力不超過9.8 N。堆煤保護裝置安裝位置示意圖如圖3所示。對于其安裝位置：

圖3 堆煤保護裝置安裝位置示意圖

1）兩輸送機進行搭接時，把堆煤傳感器吊在卸載滾筒之前，應高于落煤點，與下方輸送機的上皮帶面的最高處相距200～300 mm、落煤點400～800 mm 的煤流方向，距離不應超過卸載滾筒的軸線。其中，帶面中間應為觸頭位置；在安裝過程中，應充分考慮噴淋設備的狀態(tài)，以避免裝置誤動作。

2）當膠帶與煤倉直接搭接時，在不低于機頭下部膠帶200 mm的位置安裝，它的平面位置應當靠近卸載點前方的煤倉口，并在滿倉部位設置一個傳感器，堆煤防護必須靈敏可靠。

3）防護控制線應沿礦井頂部豎向引下，傳感器觸點垂直懸掛，對其進行牢固，不得因風而搖擺，防止發(fā)生誤動作。

4）輸送機前端裝有除鐵器外的其他設備，如對堆煤保護裝置傳感器的安裝有影響，則需采用特殊的支架進行安裝，以保證傳感器的固定可靠。堆煤保護裝置結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。

圖4 堆煤保護裝置結(jié)構(gòu)組成

裝置試驗方法：在帶式輸送機無負荷運轉(zhuǎn)時，人工移動堆煤開關的觸點或?qū)㈦姌O型煤位探測器接地，保護設備發(fā)出警報，并停止工作。其測試周期為每日一次，并填寫記錄。

2.3 防跑偏保護

根據(jù)礦井運輸裝備保護裝置的技術要求，需有以下幾點防護特點：

1）在膠帶運行跑偏時，裝置應發(fā)出警報；

2）當傳送帶超過托輥20 mm時，停止運行；

3）對于使用位移傳感器的保護裝置，其要求傳感器在20～100 N 的范圍內(nèi)提供防護工作所必需的正向力。根據(jù)設備的安裝規(guī)范和要求，運行時應采用一對裝置進行保護。對于礦用可伸縮帶式輸送機，機頭一側(cè)應設于儲帶倉處，尾部設于離尾滾筒50 m 以內(nèi)，若輸送機發(fā)生坡度改變，則在變坡部位設置一套；傳感導向棒安裝于槽形托輥的外緣0～20 mm處，垂直于托輥，防止輸送帶跑偏。防跑偏保護裝置安裝位置示意圖如圖5所示。

圖5 防跑偏保護裝置安裝位置示意圖

在安裝時應注意，帶式輸送機變坡點位置應安裝一組；其次，不能用鐵絲或鋼絲綁牢，要用專門的架子固定于機架上，防跑偏保護裝置實物圖如圖6所示。

圖6 防跑偏保護裝置實物圖

裝置試驗方法：在正常無負載情況下，人工推壓傳感器導桿，并持續(xù)3～5 s，使限位開關動作，保護裝置發(fā)出警報，輸送機自動停止，釋放傳感導向棒，可立即自動復位。每日測試一次，并填寫測試記錄。

2.4 防撕裂保護

DTII 型輸送機在日常的運行過程中，膠帶撕裂的情況時有出現(xiàn)，撕裂后只能進行修補和更換，造成約10萬元的經(jīng)濟損失。根據(jù)礦井安全技術要求，在輸送帶上發(fā)生縱向撕裂時，要及時發(fā)出警報，停止運行。主運輸送機在距落煤點10 m處安裝防撕裂保護裝置，在上下兩層膠帶之間加設保護。一般地，可采用壓電式、翻板式、牽引鋼繩式、紅外線感應式等保護方式，使用標準托架安裝，并將防撕裂保護裝置與傳送帶的縱向橫梁連接。

目前常用的是翻板式以及壓電式，如圖7 所示。其中，翻板式保護裝置是通過在上帶的下方安裝L 形翻板裝置，當膠帶縱向撕裂發(fā)生時，撒落的煤塊觸發(fā)信號，發(fā)出警報。這兩種裝置存在以下問題：首先，若有煤塊掉落在翻板裝置上，會引起裝置的誤動作；其次，萬福能源運轉(zhuǎn)工區(qū)DTII型輸送機的帶寬為1 200 mm，壓電式裝置的寬度為800～900 mm，在實際運行過程中，不能進行全面的保護，會出現(xiàn)帶邊發(fā)生撕裂的現(xiàn)象，且壓電式保護裝置的密封效果一般，易受潮，可能出現(xiàn)誤動作，影響正常生產(chǎn)運行。為避免此類問題，選擇采用紅外線感應式的保護方式，加裝紅外探測器。

圖7 壓電式及翻板式保護裝置

紅外感應裝置試驗方法：當輸送機處于無負荷運轉(zhuǎn)時，屏蔽紅外線探測器，并發(fā)出警報，輸送機停止工作。每天進行一至兩次試驗，并記錄試驗情況。

3 應用效果

結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)要求，對工區(qū)DTII型帶式輸送機加裝上述保護裝置后，經(jīng)過五個多月的試運行，輸送機打滑、膠帶撕裂等情況明顯減少，可靠率高達96%。在運輸過程中，由于經(jīng)常出現(xiàn)滿載或過載現(xiàn)象，防打滑保護裝置可通過高靈敏度的磁體式傳感器進行有效保護23 次；由于輸送帶上有大小不一的煤塊及煤矸石，裝置能有效地防止在卸煤過程中給設備造成的破壞，從而提高煤機裝備的使用壽命。其中，保護裝置的靈敏程度可以根據(jù)情況變化而調(diào)整，尤其對于大型或者高速運行的帶式輸送機，需要靈敏度高的保護裝置，一般必須在0.5 s 之內(nèi)發(fā)出停車信號。另外在控制系統(tǒng)中，要將帶式輸送機的前級閉鎖信號與堆煤保護一起使用；裝置有效防止輸送帶跑偏30 余次，且運行中未發(fā)生過嚴重跑偏，效果很好；在裝置加裝之前，由于膠帶撕裂導致每月停機次數(shù)約為5～8次，通過紅外感應，能及時發(fā)現(xiàn)膠帶斷裂的部位，加強了對膠帶表面損傷和縱撕情況的監(jiān)測，并在檢修班進行維修，撕裂次數(shù)減少至每月1～2次，確保帶式輸送機的連續(xù)安全運行，既節(jié)省了維修經(jīng)費、保障了電機和減速器的安全，又減少了更換膠帶時造成的礦工傷亡等情況，確保了礦井的正常生產(chǎn)。在五個多月的運行中，輸送機相較于同期多增加約100 h 的生產(chǎn)時間,可多運輸物料量約12 萬噸，取得顯著的改造效果，為煤礦生產(chǎn)取得了非常好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

1）增加帶式輸送機的綜合防護裝置，并將裝置與控制系統(tǒng)相連接，使輸送機能及時停機預警，從而減少故障的影響。

2）安裝防護裝置后，輸送帶、機架、托輥等零部件的非正常磨損顯著降低，礦工進行維修的勞動強度得到了一定的改善。

3）增加輸送機生產(chǎn)時間，提高運輸量，為煤礦取得了良好的經(jīng)濟效益。