主井帶式輸送機(jī)自動(dòng)化卸載裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王振福

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西省古交市，030200)

鎮(zhèn)城底礦2005年礦井核定生產(chǎn)能力為190萬(wàn)t／a。礦井主提升系統(tǒng)采用斜井膠帶輸送方式，主斜井坡度16°，斜長(zhǎng)1095m，主井帶式輸送機(jī)為T(mén)D-75型鋼絲繩芯強(qiáng)力輸送機(jī)，帶速3.15 m／s，運(yùn)輸能力465t／h。井下生產(chǎn)的原煤全部匯集到主煤倉(cāng)，經(jīng)裝載帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載到主井帶式輸送機(jī) (原設(shè)計(jì)未設(shè)置緩沖倉(cāng))，從輸送機(jī)機(jī)頭溜煤斗直接落入選煤廠204帶式輸送機(jī)，進(jìn)入選煤廠進(jìn)行精煤加工。使用中遇到這樣一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)遇到204帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時(shí)，一級(jí)堆煤保護(hù)裝置動(dòng)作，主井帶式輸送機(jī)也隨之帶載停機(jī)。當(dāng)恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，主井帶式輸送機(jī)就會(huì)重載啟動(dòng)，這樣對(duì)機(jī)械設(shè)備和電氣系統(tǒng)造成危害性沖擊，縮短其正常使用壽命，甚至可能會(huì)發(fā)生斷帶事故。另外大量的煤、矸石卡在溜槽斗內(nèi)造成負(fù)荷加重，溜煤斗常常被壓變形或焊縫撐開(kāi)，這時(shí)須由人工進(jìn)行疏通溜煤斗內(nèi)被壓實(shí)的煤，嚴(yán)重影響井下安全生產(chǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，經(jīng)研究決定在主井帶式輸送機(jī)機(jī)頭溜煤斗處設(shè)計(jì)安裝卸載裝置，用于在204帶式輸送機(jī)突然停機(jī)時(shí)，通過(guò)聯(lián)鎖裝置同步啟動(dòng)卸載帶式輸送機(jī)，將原煤從另一出口運(yùn)走，待主井帶式輸送機(jī)空載后停機(jī)，防止了主井帶式輸送機(jī)帶載停機(jī)和啟動(dòng)致使溜煤斗被堵塞或損壞等現(xiàn)象發(fā)生。

1 卸載裝置的工作原理及參數(shù)

1.1 卸載裝置的構(gòu)成

卸載裝置由卸載帶式輸送機(jī)、氣動(dòng)閘門(mén)、信號(hào)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及附件構(gòu)成。卸載帶式輸送機(jī)由電動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)；氣動(dòng)閘門(mén)包括閘板、閘板氣缸和氣缸控制閥；信號(hào)系統(tǒng)包括電氣聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)及信號(hào)報(bào)警燈等。卸載帶式輸送機(jī)與主井帶式輸送機(jī)呈90°方向布置，氣動(dòng)閘門(mén)安裝在溜煤斗上口處，正對(duì)煤流的拋物線落點(diǎn)。卸載裝置安裝位置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 卸載裝置安裝示意圖

1.2 卸載裝置工作原理

正常情況下，氣動(dòng)閘門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，主井帶式輸送機(jī)的煤流經(jīng)溜煤斗直接落入選煤廠204帶式輸送機(jī)上。當(dāng)204帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時(shí)，(此時(shí)一級(jí)堆煤保護(hù)裝置還沒(méi)有動(dòng)作)聯(lián)鎖裝置將氣動(dòng)閘門(mén)打開(kāi)，氣缸動(dòng)作，閘板抬起，主井帶式輸送機(jī)上的煤流就直接落到卸載帶式輸送機(jī)上，氣動(dòng)閘門(mén)打開(kāi)的同時(shí)，卸載帶式輸送機(jī)也同步啟動(dòng)。另外，在卸載帶式輸送機(jī)開(kāi)啟的同時(shí)，204帶式輸送機(jī)的停機(jī)信號(hào)也直接傳送至裝載帶式輸送機(jī)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)，給煤機(jī)停止從主煤倉(cāng)放煤，主井帶式輸送機(jī)上的煤運(yùn)空后停機(jī)。卸載帶式輸送機(jī)控制設(shè)有自動(dòng)操作和手動(dòng)操作兩部分。

1.2.1 自動(dòng)操作

(1)在自動(dòng)操作模式下，若204帶式輸送機(jī)突然停機(jī)，此時(shí)一級(jí)堆煤保護(hù)裝置還沒(méi)有動(dòng)作，卸載帶式輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，閘板提起，同時(shí)給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，主井帶式輸送機(jī)運(yùn)行6 min，將煤通過(guò)卸載帶式輸送機(jī)排出，6min后閘板自動(dòng)放下，7min后卸載帶式輸送機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。

(2)若204帶式輸送機(jī)能在6min內(nèi)再次啟動(dòng)，閘板自動(dòng)放下，卸載帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行，煤流重新回到選煤廠204帶式輸送機(jī)上，自動(dòng)給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)出開(kāi)機(jī)信號(hào)，給煤機(jī)開(kāi)始從主煤倉(cāng)中放煤。

(3)若204帶式輸送機(jī)停機(jī)后，卸載帶式輸送機(jī)沒(méi)有立即自動(dòng)開(kāi)啟，造成204帶式輸送機(jī)上發(fā)生堆煤現(xiàn)象，一級(jí)堆煤保護(hù)裝置動(dòng)作，同時(shí)，聯(lián)鎖裝置自動(dòng)開(kāi)啟卸載帶式輸送機(jī)，閘板上提，給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，將主井帶式輸送機(jī)上的煤全部排出，并保持此狀態(tài)。直至204帶式輸送機(jī)運(yùn)行后將溜煤斗中的煤排出后，按復(fù)位按鈕才能解除此狀態(tài)。

(4)在溜煤斗上口還增設(shè)了二級(jí)堆煤保護(hù)裝置，若204帶式輸送機(jī)停機(jī)后，卸載帶式輸送機(jī)沒(méi)有立即自動(dòng)開(kāi)啟，一級(jí)堆煤保護(hù)裝置也沒(méi)有動(dòng)作，溜煤斗中的堆煤造成二級(jí)堆煤保護(hù)裝置動(dòng)作，主井帶式輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)，并給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)出停機(jī)信號(hào)。

1.2.2 手動(dòng)操作

主井帶式輸送機(jī)若要進(jìn)行檢修性運(yùn)行 (清淤)等工作時(shí)，可將旋鈕搬至手動(dòng)位置，按啟動(dòng)鍵，閘板上提，卸載帶式輸送機(jī)開(kāi)啟，可將主井帶式輸送機(jī)上的淤泥、雜物等排出。工作完畢按停止鍵，使閘板復(fù)位，卸載帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行。

1.3 卸載裝置的控制原理

卸載裝置的控制采用西門(mén)子S7-200PLC控制，卸載裝置控制框圖見(jiàn)圖2。具體流程如下:

(1)主井帶式輸送機(jī)運(yùn)行，選煤廠204帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，卸載帶式輸送機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，閘板處于下放位置。

(2)主井帶式輸送機(jī)運(yùn)行，204帶式輸送機(jī)停止時(shí)，給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)停機(jī)信號(hào)10s，卸載帶式輸送機(jī)立即啟動(dòng)，閘板提起。同時(shí)檢測(cè)卸載帶式輸送機(jī)是否運(yùn)行和閘板是否提到位。如卸載帶式輸送機(jī)沒(méi)有運(yùn)行或閘板沒(méi)有提到位，立刻停止主井帶式輸送機(jī)；如卸載帶式輸送機(jī)和閘板都正常，給主井帶式輸送機(jī)發(fā)出卸載帶式輸送機(jī)啟動(dòng)信號(hào) (燈光)，5min后給主井帶式輸送機(jī)發(fā)停機(jī)信號(hào)，主井帶式輸送機(jī)停機(jī)后聯(lián)動(dòng)閘板下放、卸載帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行。若執(zhí)行還不到5min，204帶式輸送機(jī)重新開(kāi)動(dòng)，先放閘板，若下放閘板過(guò)程中被卡住，提起重放，直至放到位為止。確認(rèn)閘板放到位后，停止卸載帶式輸送機(jī)，給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)3次開(kāi)機(jī)信號(hào)。

(3)在溜煤斗上方做一個(gè)二級(jí)堆煤信號(hào)。

圖2 卸載裝置控制框圖

(4)主井帶式輸送機(jī)的開(kāi)機(jī)信號(hào)取自高壓柜的一臺(tái)電機(jī)的中間繼電器。

(5)卸載帶式輸送機(jī)的確認(rèn)開(kāi)機(jī)信號(hào)取自卸載帶式輸送機(jī)導(dǎo)向滾筒附近的接近開(kāi)關(guān)，同時(shí)用此開(kāi)關(guān)信號(hào)作為卸載帶式輸送機(jī)的打滑保護(hù)。

(6)閘板位置信號(hào)取4個(gè)，上位信號(hào)取2個(gè)，下位信號(hào)取2個(gè)，以確保閘板無(wú)側(cè)斜。閘板位置信號(hào)傳感器使用接近開(kāi)關(guān)。

(7)給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)送開(kāi)機(jī)信號(hào)，本信號(hào)接點(diǎn)與裝載帶式輸送機(jī)信號(hào)按鈕并聯(lián)，可以自動(dòng)發(fā)送信號(hào)和手動(dòng)發(fā)送信號(hào)。

(8)發(fā)生一級(jí)堆煤時(shí)間超過(guò)0.2s，給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)停機(jī)信號(hào)10s，啟動(dòng)卸載帶式輸送機(jī)，提起閘板，按第 (2)條執(zhí)行。

(9)若二級(jí)堆煤保護(hù)裝置動(dòng)作，立即給裝載帶式輸送機(jī)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，給主井帶式輸送機(jī)發(fā)出停機(jī)信號(hào)5s。兩級(jí)堆煤全部解除后，按復(fù)位按鈕才能下放閘板。復(fù)位按鈕放在主井帶式輸送機(jī)機(jī)頭。

(10)在低壓控制柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)卸載帶式輸送機(jī)單獨(dú)啟動(dòng)測(cè)試點(diǎn)，接入24V電壓時(shí)可單獨(dú)啟動(dòng)卸載帶式輸送機(jī)，用于調(diào)試卸載帶式輸送機(jī)。

(11)在低壓控制柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)閘板上提測(cè)試點(diǎn)，接入24V電壓時(shí)閘板上提。

(12)增加卸載帶式輸送機(jī)就地啟停按鈕，特殊情況下可專(zhuān)門(mén)向外排煤。

2 卸載帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

卸載帶式輸送機(jī)運(yùn)輸長(zhǎng)度9m，寬度400mm，外形尺寸9000mm×1405mm×430mm (長(zhǎng)×寬×高)，總重量4.52t；電動(dòng)主滾筒直徑630mm，功率 22kW，轉(zhuǎn) 速 3.2m／s；改 向 滾 筒 直 徑160mm；卸載滾筒直徑320mm。

閘板氣缸直徑100mm，行程700mm，推力314kg。閘板外形尺寸1000mm×1100mm×50 mm (長(zhǎng)×寬×厚)，重量600kg。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)卸載帶式輸送機(jī)支架為整體框架結(jié)構(gòu)，輸送機(jī)更加穩(wěn)固可靠；為減小機(jī)器體積，機(jī)架設(shè)計(jì)為平展型，并在其兩側(cè)加裝擋煤板，以阻止煤泄漏，同時(shí)增加煤的容量；將機(jī)尾、機(jī)頭滾筒設(shè)計(jì)安裝在操作人員容易到達(dá)的地方，便于檢修；在卸載帶式輸送機(jī)落煤點(diǎn)間隔200mm連續(xù)鋪設(shè)10根托輥以承載較大負(fù)荷。

(2)由于場(chǎng)地的限制，卸載帶式輸送機(jī)高度和寬度尺寸不能太大，為此，采用體積較小的電動(dòng)滾筒作為傳動(dòng)滾筒。

(3)由于閘板受煤塊、矸石沖擊力較大，磨損、變形嚴(yán)重，將閘板加工成中空，并在中間沖擊點(diǎn)范圍內(nèi)，使用焊有尖錘的耐磨鋼板，用螺栓與閘板相聯(lián)接，一方面可將大塊矸石、煤塊擊碎，減少運(yùn)輸阻力，保護(hù)破碎機(jī)，另一方面可以抗耐磨，且鋼板磨損后以便更換。

(4)主井帶式輸送機(jī)、裝載帶式輸送機(jī)、204帶式輸送機(jī)與卸載裝置，利用PLC控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)聯(lián)鎖操作，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性。

3 經(jīng)濟(jì)效益

主井帶式輸送機(jī)卸載裝置投入現(xiàn)場(chǎng)使用以來(lái)，運(yùn)行良好，在選煤廠運(yùn)輸設(shè)備出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，能及時(shí)地將原煤轉(zhuǎn)載至卸載帶式輸送機(jī)上運(yùn)出，杜絕了主井帶式輸送機(jī)重載啟動(dòng)和停機(jī)，減少了溜煤斗堵塞或損壞現(xiàn)象，同時(shí)縮短了主井帶式輸送機(jī)的停機(jī)時(shí)間，提高了設(shè)備使用壽命和工作效率。生產(chǎn)效率顯著提高。

(1)減少停機(jī)節(jié)省的費(fèi)用。主井帶式輸送機(jī)額定運(yùn)輸能力為465t／h，實(shí)際運(yùn)輸能力約400t／h，煤售價(jià)300元／t，按平均每天減少停機(jī)10min計(jì)算，一年節(jié)省費(fèi)用計(jì)576萬(wàn)元。

(2)節(jié)省修理或更換相關(guān)設(shè)備及修復(fù)溜煤斗所花費(fèi)用。設(shè)備和配件費(fèi)20萬(wàn)元，材料費(fèi)2萬(wàn)元，人工費(fèi)9萬(wàn)元，共計(jì)31萬(wàn)元。

(3)投入研制該裝置成本及維護(hù)費(fèi)用。卸載裝置研制費(fèi)4.5萬(wàn)元，年維護(hù)費(fèi)2.4萬(wàn)元，共計(jì)6.9萬(wàn)元。

因此，設(shè)計(jì)安裝該卸載裝置后，每年可創(chuàng)效益約600萬(wàn)元，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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