帶式輸送機(jī)故障及智能保護(hù)裝置的應(yīng)用分析

曹繼東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同037003）

1 8307工作面概況

塔山煤礦三盤區(qū)8307工作面位于盤區(qū)西翼，工作面南北布置，8307工作面設(shè)計(jì)回采長(zhǎng)度920 m，傾向長(zhǎng)度為210 m，工作面回采煤層為山西組4號(hào)煤層，煤層平均厚度為3.5 m，工作面采用一次性采全高綜合機(jī)械化回采工藝，截止2018年12月10日工作面已回采270 m。

在8307工作面回采期間，為2307巷安裝了一部DTL型帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)功率為400 kW，帶寬為1.2 m,運(yùn)輸量為2 500 t/h，由于受帶式輸送機(jī)安裝工藝、檢修維護(hù)水平等影響，8307工作面在前期回采過(guò)程中帶式輸送機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在皮帶跑偏打滑、撕裂斷帶、超速超溫以及堆煤等，嚴(yán)重制約著工作面高效運(yùn)輸，對(duì)此，皮帶二隊(duì)通過(guò)技術(shù)研究，分析了8307工作面帶式輸送機(jī)常見故障及主要原因，并對(duì)輸送機(jī)安裝了一套智能保護(hù)裝置。

2 8307工作面帶式輸送機(jī)故障分析

2.1 皮帶跑偏

1）皮帶在正常生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)皮帶的中心線的垂直度與托輥軸線存在偏角時(shí)，皮帶就會(huì)發(fā)生跑偏。皮帶在運(yùn)送物料時(shí)，皮帶下的托輥受皮帶的牽引運(yùn)動(dòng)，該牽引力可以分為垂直托輥軸線方向及沿托輥軸向兩個(gè)方向的分力，這樣托輥就會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿著軸向移動(dòng)，而此時(shí)的托輥與H型支架固定無(wú)法軸線移動(dòng)，因此托輥就會(huì)給皮帶一個(gè)反向的作用力，皮帶就會(huì)在該作用力的推移下發(fā)生偏移。

2）皮帶在正常運(yùn)行時(shí)，皮帶的中心線與改向滾筒及頭部驅(qū)動(dòng)滾筒的軸線不能保持垂直狀態(tài)，此時(shí)皮帶會(huì)在滾筒的帶動(dòng)下發(fā)生偏移。頭部滾筒及改向滾筒由于使用年份久，磨損嚴(yán)重也會(huì)發(fā)生偏移，此時(shí)皮帶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿遞減方向的附加力，皮帶在該力的作用下發(fā)生偏移[1-2]。

3）廠家在生產(chǎn)滾筒時(shí)有誤差。由于滾筒兩邊的直徑不同，皮帶在運(yùn)行時(shí)向直徑較大的一側(cè)偏移，滾筒會(huì)給皮帶一個(gè)反向牽引力，該牽引力可以分解成沿滾筒表面及垂直滾筒表面兩個(gè)分力，皮帶在該分力的作用下向直徑大的一端偏移。

2.2 輸送帶斷帶

1）輸送帶對(duì)接頭硫化質(zhì)量不高，輸送帶接口拉扯在重載時(shí)發(fā)生斷裂。當(dāng)皮帶機(jī)在重載高速運(yùn)行下對(duì)接頭硫化質(zhì)量不高時(shí)，輸送帶接頭斷裂造成接口部位鋼絲繩芯抽出受力不均發(fā)生斷帶。

2）膠帶表面的芯膠或面膠由于質(zhì)量不合格，在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，膠質(zhì)由于老化變質(zhì)，面膠下面的鋼絲繩與空氣接觸后，再加上煤泥中有大量的水分，鋼絲繩會(huì)組件逐漸失去原有的抗拉強(qiáng)度，從而在生產(chǎn)時(shí)發(fā)生斷裂。

3）由于礦井的運(yùn)煤量不均勻?qū)е缕У睦Τ^(guò)皮帶的抗拉強(qiáng)度，皮帶內(nèi)的鋼絲繩被拉斷。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，皮帶的斷裂點(diǎn)通常在機(jī)頭或變坡點(diǎn)，而且一旦皮帶發(fā)生斷裂，皮帶會(huì)在牽引力及重力的作用力下加速下滑，對(duì)帶式輸送機(jī)人員的安全造成隱患。

2.3 尾部堆煤

皮帶在正常運(yùn)行時(shí)，由于皮帶上的煤塊突然增加或重載停機(jī)時(shí)會(huì)將上部皮帶的煤塊掉落在下皮帶，此時(shí)如果工作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，下皮帶的物料會(huì)隨著皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)被帶入到尾部滾筒，導(dǎo)致皮帶發(fā)生跑偏、斷裂等情況，經(jīng)過(guò)輸送機(jī)在尾部均安裝了一套“犁式清掃裝置”，能夠?qū)ο缕Р糠值拿旱V進(jìn)行回收，但由于該裝置安裝的位置、性能、形式及物料的特性等原因造成該裝置未能對(duì)下皮帶的煤塊完全清理。

3 帶式輸送機(jī)智能保護(hù)裝置應(yīng)用分析

3.1 智能保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)

1）根據(jù)對(duì)帶式輸送機(jī)發(fā)生的事故原因進(jìn)行分析，決定對(duì)帶式輸送機(jī)安裝一套智能保護(hù)裝置，該裝置內(nèi)置多個(gè)輸入、輸出模塊及數(shù)字量I/O點(diǎn)，此外裝置還配置較大速率的計(jì)算器及擴(kuò)展模塊，能夠完成復(fù)雜的計(jì)算及控制。裝置內(nèi)的電路有監(jiān)測(cè)回路、控制回路、信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大回路、信息輸入輸出回路、聲光報(bào)警回路、綜合保護(hù)電氣回路及控制回路。

2）主控單元采用先進(jìn)的西門子技術(shù)，能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理，是智能保護(hù)裝置的核心部件。顯示單元內(nèi)安裝有液晶顯示模塊。聲光報(bào)警模塊內(nèi)置有蜂鳴器及指示燈，當(dāng)指示燈顯示為綠色時(shí)表明系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)指示燈顯示為紅色時(shí)表明系統(tǒng)異常，并發(fā)出報(bào)警來(lái)提醒工作人員。

3.2 智能保護(hù)裝置功能及原理

1）速度檢測(cè)：該裝置能夠根據(jù)帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的皮帶速度與驅(qū)動(dòng)滾筒的線速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)皮帶的比差檢測(cè)。皮帶滾筒的速度主要是依靠光電式速度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）溫度檢測(cè)：溫度檢測(cè)主要是對(duì)主滾筒運(yùn)行的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)裝置安裝有紅外線溫度傳感器，該傳感器能夠利用被測(cè)物體表面發(fā)生的紅外熱輻射來(lái)測(cè)量溫度，非常適用于對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒表面的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工作人員可以根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)置動(dòng)作溫度和復(fù)位溫度。

3）跑偏檢測(cè)：為了系統(tǒng)能夠在皮帶發(fā)生跑偏的第一時(shí)間被監(jiān)測(cè)到，技術(shù)人員為皮帶安裝一套跑偏檢測(cè)裝置。跑偏檢測(cè)裝置主要由以下部件組成：底座、底座支架、立輥復(fù)位彈簧、微動(dòng)開關(guān)、凸輪、凸輪軸等部件。該裝置能夠根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況產(chǎn)生報(bào)警及停機(jī)兩個(gè)動(dòng)作。皮帶在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)皮帶跑偏與監(jiān)測(cè)裝置上的立輥接觸時(shí)，立輥會(huì)在皮帶的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著皮帶的偏移量不同，立輥也會(huì)發(fā)生一定的偏移。當(dāng)立輥的偏移量達(dá)到12°時(shí)，裝置的一級(jí)動(dòng)作開始響應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)輸出一開一閉2組信號(hào)；當(dāng)立輥的偏移量達(dá)到30°時(shí)，裝置的二級(jí)動(dòng)作開始響應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)輸出一開一閉2組信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)一級(jí)動(dòng)作開始響應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)跑偏矯正裝置也會(huì)在不停機(jī)的狀態(tài)下自動(dòng)對(duì)皮帶進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)系統(tǒng)二級(jí)動(dòng)作開始響應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將信號(hào)傳遞到PLC，控制系統(tǒng)會(huì)立即將重度跑偏的輸送機(jī)停機(jī)，待工作人員進(jìn)行人工校正后，立輥恢復(fù)正常狀態(tài)系統(tǒng)才能繼續(xù)開機(jī)作業(yè)。

4）尾部清煤裝置：為了解決帶式輸送機(jī)尾部堆煤現(xiàn)象，對(duì)帶式輸送機(jī)尾部安裝了新型清掃裝置，該裝置主要由防護(hù)網(wǎng)、清介質(zhì)、固定槽鋼、彈簧加壓裝置等部分組成，如圖1所示；尾部清掃裝置在安裝時(shí)要與皮帶留有一定的傾角，當(dāng)皮帶的下部有物料被拉回時(shí)，該裝置能夠?qū)ο缕У奈锪线M(jìn)行清掃。該裝置底部安裝的耐磨材料在加壓裝置的作用下與皮帶無(wú)縫對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)地對(duì)物料進(jìn)行清掃。尾部清掃裝置上部安裝水的加高防護(hù)裝置能夠有效防止大塊物料及異物翻越清掃器對(duì)尾部滾筒造成損傷；該裝置上的“安全繩”能夠確保清掃裝置脫落后不會(huì)掉入尾部滾筒；該裝置在機(jī)尾滾筒與保護(hù)裝置之間安裝一套防護(hù)隔斷，能夠有效防止人員傷亡事故[3-5]。

圖1 輸送機(jī)機(jī)尾清煤裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用效果

2018年12月份，為8307工作面DTL型帶式輸送機(jī)安裝了一套智能保護(hù)裝置，截止2020年4月8307工作面已回采到位。通過(guò)4個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，安裝該保護(hù)裝置后，在后期回采過(guò)程中帶式輸送機(jī)未發(fā)生斷帶、跑偏現(xiàn)象，降低了皮帶尾浮煤量堆積現(xiàn)象，帶式輸送機(jī)故障率降低了14%，維修費(fèi)用降低了40余萬(wàn)元，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。