礦井下運大傾角膠帶輸送機穩(wěn)定運行技術措施探析

【摘 要】本文對礦井下運大傾角膠帶輸送機的運行特點和工況進行了分析，闡述了其穩(wěn)定運行的關鍵技術，結合使用現(xiàn)狀指出了為提高安全可靠性應采取的技術措施。

【關鍵詞】下運大傾角；膠帶輸送機；應用

一、下運大傾角輸送機的運行特點

下運大傾角輸送機在啟動、正常運行及制動停車過程中，由于載荷的變化會引起整個系統(tǒng)運行阻力的變化，該阻力或正或負，處于交變狀態(tài)。系統(tǒng)在有載起車過程中，若加速度過大會使輸送機的張力增大，而對系統(tǒng)各部件也會產生機械和電氣沖擊。在有載停車過程中，若減速度過大也將產生張力增大和滾料現(xiàn)象，甚者使輸送帶與傳動滾筒產生間隙造成打滑以致飛帶。下運大傾角輸送機制動時，需求的制動力大，其制動減速度限定在0.1～0.2rl/s2范圍，使制動平穩(wěn)可靠。

二、下運大傾角輸送機的工況分析

（1）空載及輕載啟動?？蛰d及輕載啟動雖然是兩種不同的工作狀態(tài)，但都有電動正功運行的相似工況。為此，在啟動時要進行負載狀態(tài)的判斷。（2）重載啟功。重載啟動是指承載帶面載有額定物料或接近額定物料的情況，此時啟動輸送機為重載啟動工況。起車指令發(fā)出，制動、檢測系統(tǒng)工作，由物料重力的下行分力牽引輸送機起車運行，經檢測帶速及電機轉速接近同步轉速時，電機投入，為負功運行狀態(tài)，達到額定帶速后，輸送機進入正常運行工況。（3）正常運行。當輸送機正常啟車，經檢測系統(tǒng)測定加速度、速度達到額定值，并延時一定時間后，加載點開始加載，控制系統(tǒng)進入閉環(huán)控制狀態(tài)，輸送機進入正常運行工況。（4）超速制動。在運行過程中，由于加載的非均勻性及使用條件惡劣，造成運量及運行阻力呈動態(tài)變量，以致產生較大下行負力并以一定的加速度快速運行，產生超速。若不加以阻止則會飛車。因此，該工況需設置超速保護且采取制動措施，以遏制超速的發(fā)展，此為超速制動工況。（5）空載正常停機。當輸送機卸載完畢停機時，將按設定程序延時停機。延時停機過程中由于運行阻力克服慣性力而自動減速，當帶速降到0.15m/s時，制動系統(tǒng)投入而逐漸停車。

三、下運大傾角輸送機的技術關鍵

（1）物料在運行中的穩(wěn)定性.下運時物料產生的下行分力使其有向下滾、滑動的趨勢，傾角越大物料下滾、滑的趨勢越大，物料的穩(wěn)定性就越差。當輸送機急停時，由于慣性作用，將使物料產生滾滑。因此，防止物料在輸送機上滾滑是解決輸送物料穩(wěn)定性的主要問題。（2）加速度的控制。合理的啟、制動加速度對確保運行安全性尤為重要，因此必須采用有效的加速度控制裝置以避免加速度的不合理而引發(fā)事故。（3）運行中的飛車現(xiàn)象。當呈現(xiàn)超載或嚴重超載時，將發(fā)生因大于電機的額定轉矩或最大轉矩而超速或飛車現(xiàn)象。因而消除該狀況發(fā)生的潛在因素是解決飛車現(xiàn)象的關鍵。（4）運行中的飛帶現(xiàn)象。由于井下使用條件的惡劣，在膠帶與傳動滾筒間粘聚較多的煤泥、水漿等，導致傳動摩擦系數(shù)減小，不打滑傳動條件破壞，當傳動滾筒停止轉動而輸送帶仍按原運動方向繼續(xù)滑行，即為飛帶現(xiàn)象。須采取可靠措施遏制膠帶滑行。

四、應采取的技術關鍵措施

（1）防止物料滾滑。大傾角輸送物料穩(wěn)定性的要因是物料與膠帶間及物料間的摩擦力是否大于物料重力的下行分力，通常采取的措施：增加輔帶的壓帶式、提高側輥槽角的深槽托輥組加防滾擋裝置式等。壓帶式輸送是借助輔帶對物料施加壓力，產生足夠的摩擦阻力以阻止物料的滾滑，達到物料的穩(wěn)定運行，提高輸送傾角。其結構形式多種，因結構復雜、制造成本較高，原煤料流的非均勻性等因素，使應用受到一定限制。深槽型輸送機是通過增加側輥槽角，進而增加槽深，使輸送帶擠壓物料，從而增大了物料和輸送帶間的摩擦力，以及增大了物料間的內摩擦，達到增阻防滑，穩(wěn)定輸送的目的。其結構形式：單（雙）梁、雙排V型四輥結構，底V輥槽角為250，側輥槽角50°～60°，經中、邊支柱裝配于梁架上，具有加工精度高，對中性良好等特點。其設計原則：盡量減小底V輥的支撐長度；加大側輥槽角以提高物料的堆積深度；加長側輥的長度以增加托輥對物料的夾持長度。為防止大塊物料在輸送帶中浮于碎料表面而滾動及少量料流中的單個塊料在膠帶上的下行滾動，而采用柔性防滾擋裝置。由柔性擋簾、跑偏抗輥、門式框架等構成。通常安裝間距20m左右。（2）增加阻尼力改善運行工。由于負載的不均勻性、斷續(xù)性，常使電機工作在正負功率交變狀態(tài)，使帶速不易控制而發(fā)生飛車事故。欲改善該工況，使輸送機在穩(wěn)定狀態(tài)下運行，就需適當增加運行阻力。采用阻尼技術消除物料下行分力以降低驅動力，對簡化驅動系統(tǒng)、提高安全可靠性，十分重要。阻尼結構形式多樣，有同定阻尼板式、浮動阻尼板式、含油軸承式阻尼托輥、端面摩擦式阻尼托輥、液力式阻尼托輥等。其中浮動阻尼板式因結構簡單、經濟實用、阻尼效果良好而應用較多。其工作原理：當空載或輕載時，由托輥支撐膠帶運行，重載時，托輥受力下沉，由阻尼板支撐膠帶并產生滑動摩擦阻力，起到阻尼作用，以消減物料下行分力，改善運行工況，使輸送機T作在正功或微負功狀態(tài)，避免飛車事故產生。（3）采用可控制動系統(tǒng)。一是制動力矩可控；二是具有斷電可控制動；三是具有定車功能；四是具有重載起動、制動力矩零速保持功能；五是實現(xiàn)多機制動力矩平衡；六是易實現(xiàn)煤礦井下防爆要求；七是盡量做到節(jié)能。經過不斷創(chuàng)新，現(xiàn)已開發(fā)了智能閘瓦磨損和彈簧失效檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備高性能的接觸式位移傳感器和專用檢測分析模塊，通過連續(xù)檢測每個制動閘的閘瓦位移信號，專用模塊經過分析可輸出閘開信號，閘瓦磨損報警信號等。（4）飛帶捕捉裝置。由于飛帶誘因不能根除，所以設置飛帶捕捉保護十分必要。其工作原理：當速度檢測裝置發(fā)出輸送帶打滑信號，控制系統(tǒng)發(fā)出制動或停機指令，本裝置亦投人工作，使輸送帶按預定減速度平穩(wěn)減速至停止滑行。主要結構由支架、夾緊器、滑行小車、重錘塊和限位緩沖器等組成。設計中應注意的問題：一是夾緊力大于系統(tǒng)運行的總合力；二是夾緊力作用在膠帶表面比壓應滿足膠帶表面許用比壓要求，以免損傷膠帶；三是液壓缸的頂壓力要大于彈簧的極限變形力。（5）特殊的電控技術及保護。一是電機的同步投入。當帶機在重載情況下啟動時，不能直接對電機送電，若啟動太快物料易出現(xiàn)下滑或滾料，此時是靠物料的下滑力啟動輸送機。當逐漸松開制動器時，輸送帶帶動電機旋轉，經速度傳感器檢測轉速，達到電機的同步轉速時，PLC控制電機自動送電，而使電機運行于發(fā)電狀態(tài)。二是電機的同步切除。當帶機重載停車時，不能直接切斷電機，否則易出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，造成嚴重事故。三是電機啟動控制。電機的啟動控制在下運皮帶機中有：直接啟動控制、可控軟啟動控制等。當輸送帶空載或輕載，逐漸松開制動器時，輸送機不能自動啟動，這時據(jù)測速裝置檢測輸送機處于零速狀態(tài)或起車太慢時，需直接啟動電機，達額定帶速后再對輸送機加載。但此時不應造成較大沖擊和物料的滾滑，否則，采用可控軟啟動控制來啟動電機。四是運行中的超速保護裝置。由鼠籠型三相異步電動機的機械特性知，當負載力矩超過電機的最大發(fā)電制動力矩Mn時，電機的轉速上升，制動力矩急劇下降，出現(xiàn)嚴重的飛車現(xiàn)象。為此在控制時，要求電機的轉速不能超過極限制動力下的臨界轉速。超速分為兩級，即超速I和超速Ⅱ。超速I：當輸送機上的載荷超過額定負載一定量時，電機轉速增加，此時應停止向輸送機加載或減載，因為電機潛在著嚴重的超速危險。超速Ⅱ：當輸送機上的載荷使電動機的轉速接近于發(fā)電制動臨界轉速時，說明系統(tǒng)處于嚴重的超載工況，停止加載已無法解決，應立即發(fā)出停車信號，此工況下對應的電機轉速叫超速Ⅱ。

五、結論

通過對下運大傾角膠帶輸送機的應用研究和改進設計，現(xiàn)已成功應用全國多個礦井。但與實際應用的高可靠性要求存在局部不足，如防爆可控自冷盤閘制動裝置的閘頭磨損自動補償功能，飛帶捕捉裝置的沖擊較大、對膠帶全斷面捕捉功能要求等。將在今后的應用研究中進一步完善和提高，以促進我國煤礦大傾角開采運輸技術的長足發(fā)展。