長(zhǎng)距離大坡度下運(yùn)帶式輸送機(jī)在孟家窯煤業(yè)的應(yīng)用

元松明，寇子明，秦國(guó)棟，張立冬

(1.潞安集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)，山西 忻州 036700； 2.太原理工大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024；3.山西省礦山流體控制工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024；4.礦山流體控制國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024)

隨著煤礦開(kāi)采地質(zhì)條件變化，采區(qū)下運(yùn)帶式輸送機(jī)及運(yùn)輸巷下運(yùn)帶式輸送機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。下運(yùn)輸送帶在軟制動(dòng)技術(shù)、四象限變頻器能耗回饋等關(guān)鍵技術(shù)取得突破，并成功穩(wěn)定運(yùn)行以后，其運(yùn)量大、裝載容易、向電網(wǎng)反向發(fā)電多等諸多優(yōu)點(diǎn)也日趨顯現(xiàn)。但是，下運(yùn)帶式輸送機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)管理實(shí)踐過(guò)程中仍然需要克服長(zhǎng)距離、大坡度、物料滾落帶來(lái)的斷帶、失速重大安全風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)就孟家窯煤業(yè)井下采區(qū)長(zhǎng)距離大坡度采區(qū)下運(yùn)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行實(shí)踐過(guò)程中的一些有效做法以及管控措施進(jìn)行歸納總結(jié)[1-3]。

1 下運(yùn)帶式輸送機(jī)安裝工況

孟家窯煤業(yè)公司位于忻州市寧武縣境內(nèi)，開(kāi)采寧武煤田石炭系2#和5#煤層，煤層傾角在18°～43°，平均傾角為25°，層間距平均為66.19m。孟家窯礦井開(kāi)拓方式為斜井開(kāi)拓，主副斜井布置在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，風(fēng)井布置在李家山風(fēng)井場(chǎng)地。井田范圍內(nèi)劃分5個(gè)采區(qū)，首采區(qū)布置在11采區(qū)，采區(qū)內(nèi)2#和5#煤層采用聯(lián)合開(kāi)采布置方式，兩個(gè)煤層共用一條軌道巷，通過(guò)甩車場(chǎng)和石門，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)備運(yùn)輸，另外在2#和5#兩個(gè)煤層分別布置采區(qū)輸送帶運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷。由于受煤層傾角大的條件限制，采區(qū)大巷均采用偽傾斜布置，在兩條采區(qū)輸送帶運(yùn)輸巷內(nèi)分別安裝了一部長(zhǎng)距離大坡度下運(yùn)帶式運(yùn)輸機(jī)。

1.1 11采區(qū)2#煤帶式輸送機(jī)

圖1 2#煤帶式輸送機(jī)

11采區(qū)2#煤帶式輸送機(jī)型號(hào)為DTC140/120/3×500，運(yùn)量1200t/h，輸送機(jī)長(zhǎng)度980m，帶寬1400mm，帶速0～2.5m/s，平均傾角-22°，局部達(dá)到-27°，提升高度為-338.95m，如圖1所示，輸送帶強(qiáng)度ST/S3150，上帶采用深槽工藝，如圖2所示，機(jī)尾設(shè)置2個(gè)驅(qū)動(dòng)主軸滾筒3套驅(qū)動(dòng)裝置，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YBPT450-4，功率500kW，電壓等級(jí)為1140V，減速器型號(hào)為TSH170F-35.5C，兩驅(qū)動(dòng)滾筒主軸上個(gè)各串1套盤閘制動(dòng)器，制動(dòng)器型號(hào)KPZ-1800/630，變頻調(diào)速電控系統(tǒng)為3套四象限防爆變頻器，輸送機(jī)頭部設(shè)1套重載車張緊裝置，2煤倉(cāng)容量為800t。

圖2 上帶深槽托輥組

1.2 11采區(qū)5#煤帶式輸送機(jī)

11采區(qū)5#煤帶式輸送機(jī)型號(hào)為DTL160/150/3×630+1×630，運(yùn)量1500t/h，輸送機(jī)長(zhǎng)度847m，帶寬1600mm，帶速0～3.15m/s，傾角-22°，提升高度為-308m，輸送帶強(qiáng)度ST3150。機(jī)尾設(shè)置2個(gè)滾筒4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)(運(yùn)行方式3用1備)，配4套四象限防爆變頻器，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YBPT630-4，功率630kW，電壓等級(jí)1140V，配2套盤閘制動(dòng)器(型號(hào)KPZ-1800/630)，變頻調(diào)速電控系統(tǒng)為4套四象限防爆變頻器，頭部設(shè)1套液壓絞車張緊裝置。卸載滾筒直接布置5#煤倉(cāng)上口，5#煤倉(cāng)容量為1000t。5#煤帶式輸送機(jī)輸送帶纏繞示意如圖3所示。

圖3 5#煤帶式輸送機(jī)

2 下運(yùn)帶式輸送機(jī)主要危險(xiǎn)因素和預(yù)防措施

2.1 斷帶

斷帶事故是下運(yùn)大坡度帶式輸送機(jī)最嚴(yán)重事故，發(fā)生斷帶時(shí)，大多數(shù)情況處于滿載或重載狀態(tài)，煤炭拋射距離很遠(yuǎn)，會(huì)造成人員傷害威脅，輸送帶堆疊會(huì)造成巷道堵塞，風(fēng)流阻斷等安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面斷帶帶來(lái)的機(jī)架損壞和修復(fù)都將造成較大的直接經(jīng)濟(jì)損失，而且修復(fù)時(shí)間都比較長(zhǎng)，影響全礦生產(chǎn)時(shí)間至少在15～30d之間，間接經(jīng)濟(jì)損失也非常巨大。

斷帶事故發(fā)生的原因，多數(shù)情況是由于在不合格的硫化接頭運(yùn)行至驅(qū)動(dòng)滾筒附近位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力大于輸送帶硫化接頭處破斷力而造成的[4]。接頭不合格和超載是造成斷帶的直接原因，檢修不到位和運(yùn)行管理不到位是造成事故的主要原因。

斷帶預(yù)防措施如下：

1)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)測(cè)，做到早發(fā)現(xiàn)早匯報(bào)。前一班與下一個(gè)班交接時(shí)，兩班崗位司機(jī)協(xié)同配合，共同對(duì)運(yùn)行輸送帶全面檢查一次，對(duì)輸送帶和及硫化接頭斷面磨損情況進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真檢查，崗位司機(jī)按照接頭管理編號(hào)順序?qū)z查情況填寫在專用記錄臺(tái)賬內(nèi)，發(fā)現(xiàn)異常，立即匯報(bào)隊(duì)部值班室和礦調(diào)度室，做到早發(fā)現(xiàn)早匯報(bào)。每周由機(jī)電科主運(yùn)輸專業(yè)管理人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查核實(shí)一次，除進(jìn)行不少于一圈的外觀檢查核查外，還要監(jiān)督隊(duì)組使用鋼絲繩在線監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行一次全面掃描檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，確認(rèn)變化程度。磨損嚴(yán)重或接頭變化較大，則上報(bào)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，盡早確定檢修方案和檢修時(shí)間，做到早處理。

2)礦井給予集中檢修時(shí)間，確保輸送帶不合格接頭重大隱患及時(shí)消除。生產(chǎn)調(diào)度每月根據(jù)機(jī)電科上報(bào)的機(jī)電系統(tǒng)各主要設(shè)備運(yùn)行情況和檢修計(jì)劃，給出1～3d全礦井集中檢修時(shí)間，主運(yùn)輸鋼絲繩輸送帶的檢修充分利用好這1～3d的時(shí)間進(jìn)行集中檢修，重新硫化一個(gè)接頭需要24h檢修時(shí)間，更換一卷輸送帶硫化兩個(gè)接頭需要48～72h。運(yùn)輸隊(duì)提前準(zhǔn)備材料、硫化設(shè)備、人員、編制好檢修措施，確保對(duì)不合格的有斷絲超限磨損嚴(yán)重隱患的硫化接頭重新硫化，對(duì)磨損嚴(yán)重的輸送帶進(jìn)行更換。硫化過(guò)程中落實(shí)好每一步工藝流程，加強(qiáng)對(duì)硫化接頭質(zhì)量的監(jiān)督。同時(shí)，礦井供電系統(tǒng)、大型設(shè)備等可以集中開(kāi)展檢修，采掘機(jī)械可以開(kāi)展精細(xì)化檢修。通過(guò)月度集中檢修，及時(shí)消除設(shè)備缺陷和系統(tǒng)安全隱患，一方面提高了礦井機(jī)電設(shè)備的完好率，另一方面降低了生產(chǎn)期間機(jī)電設(shè)備的事故率，使得全礦井機(jī)電設(shè)備檢修和采煤掘進(jìn)生產(chǎn)形成有機(jī)結(jié)合。

3)合理安排采掘銜接，源頭上防止超載。合理布置采掘頭面數(shù)量以及施工先后順序是源頭控制超載的主要手段。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，一個(gè)采(盤)區(qū)內(nèi)同一煤層一翼最多只能布置1個(gè)采煤工作面和2個(gè)煤(半煤巖)巷掘進(jìn)工作面同時(shí)作業(yè)。這就要求礦井做好采掘銜接設(shè)計(jì)規(guī)劃，防止在同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)多頭面向一條采區(qū)輸送帶同時(shí)裝載造成超載。

4)動(dòng)態(tài)管控好綜采工作面生產(chǎn)工藝，保證均衡生產(chǎn)，防止運(yùn)輸煤量超載。由于大多數(shù)采煤工作面進(jìn)行三機(jī)配套時(shí)，工作面主要設(shè)備的生產(chǎn)能力大于采區(qū)帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力，這就要求綜采工作面正常組織生產(chǎn)時(shí)，控制好采煤機(jī)割煤速度，對(duì)于綜采放頂煤工作面還要制定好放煤工藝，對(duì)放煤窗口大小和放煤口數(shù)量明確規(guī)定，控制好單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)量。

5)采取技術(shù)措施和管理手段，動(dòng)態(tài)控制采區(qū)輸送帶拉運(yùn)煤量，預(yù)防超載。將所有向采區(qū)輸送帶裝載的采掘面運(yùn)輸巷輸送帶開(kāi)停信號(hào)和閉鎖裝置集中安裝在采區(qū)輸送帶司機(jī)操作臺(tái)處，輸送帶司機(jī)在操作室可以一目了然觀察到采掘頭面帶式輸送機(jī)的開(kāi)停狀態(tài)。另外在集控臺(tái)安裝電流過(guò)載聲光報(bào)警裝置，運(yùn)行電流值超過(guò)設(shè)置值，報(bào)警裝置預(yù)警，輸送帶司機(jī)按照超載量限序表，對(duì)拉運(yùn)的采掘面運(yùn)輸巷輸送帶進(jìn)行停機(jī)閉鎖控制，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)管控好采區(qū)輸送帶的拉運(yùn)載荷。綜采面煤流大小通過(guò)集中通信系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備的過(guò)載電流進(jìn)行預(yù)警，通過(guò)預(yù)警采煤機(jī)司機(jī)放慢采煤機(jī)牽引速度，放煤工減小液壓支架放煤窗口的放煤量。

公司賦予下運(yùn)輸送帶崗位司機(jī)對(duì)采掘面巷道輸送帶動(dòng)態(tài)管控權(quán)利，崗位司機(jī)執(zhí)行先閉鎖后匯報(bào)制度，采掘面輸送帶因前級(jí)閉鎖停機(jī)后，由調(diào)度值班員對(duì)于采掘面輸送帶二次開(kāi)啟順序進(jìn)行協(xié)調(diào)，做到避峰運(yùn)行，確保采區(qū)帶式輸送機(jī)不超載。

2.2 輸送帶失速并加速度下滑

采區(qū)帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中一般不會(huì)發(fā)生失速現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)，下運(yùn)帶式輸送機(jī)在重載情況下突然停車后，在二次啟動(dòng)時(shí)才發(fā)生失速下滑現(xiàn)象，其原因是由于液壓盤閘松閘時(shí)間與變頻電動(dòng)機(jī)給電時(shí)間設(shè)置不好，變頻電動(dòng)機(jī)在未產(chǎn)生勵(lì)磁的情況下，制動(dòng)閘已經(jīng)完全松開(kāi)，造成了輸送帶失速并加速下滑現(xiàn)象[5]。

輸送帶失速下滑預(yù)防措施：

首先，盡可能避免重載突然停車，主要包括：①帶式輸送機(jī)相關(guān)保護(hù)設(shè)置上，盡可能設(shè)至為延時(shí)停機(jī)，不要設(shè)置緊急停車；②設(shè)計(jì)上保證下運(yùn)輸送帶卸料口有足夠的容量，最好是設(shè)計(jì)為一定容量的煤倉(cāng)；③入料口要大，防止大塊矸石或雜物堵塞煤倉(cāng)落料口；④在采掘面運(yùn)輸巷輸送帶上方安裝隔爆除鐵器，過(guò)濾工作面出來(lái)的廢棄錨桿等鐵器，防止堵塞卡口[6]；⑤采掘面工作巷安裝使用破碎機(jī)，加強(qiáng)對(duì)大塊矸石的源頭控制；⑥采區(qū)輸送帶司機(jī)每次停機(jī)前要將輸送帶上煤炭卸空。

其次，設(shè)置好液壓盤制動(dòng)與電控起停車的配合時(shí)間參數(shù)，主要包括：①采區(qū)下運(yùn)帶式輸送機(jī)安裝完成以后要進(jìn)行空載、正常載荷、過(guò)載載荷試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)調(diào)好液壓盤閘控制與變頻器的配合時(shí)間參數(shù)；②要調(diào)整好啟動(dòng)并達(dá)到設(shè)定速度的加速度時(shí)間參數(shù)和停車前減速度時(shí)間參數(shù)。

2.3 喉震

喉震是指下運(yùn)帶式輸送機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，液壓盤閘制動(dòng)系統(tǒng)與變頻電機(jī)控制系統(tǒng)配合不好，產(chǎn)生的震顫現(xiàn)象。喉震現(xiàn)象容易引發(fā)輸送帶斷帶危險(xiǎn)。

喉震現(xiàn)象預(yù)防措施：

喉震現(xiàn)象產(chǎn)生的原因大多是液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的，如電磁閥24V繼電器觸點(diǎn)粘連，傳感器信號(hào)中斷，PLC控制器故障、盤閘油路泄漏、盤閘內(nèi)彈簧疲勞等。加強(qiáng)液壓系統(tǒng)檢修，防止漏油，觀察壓力表壓力，定期切換工作泵運(yùn)行方式，可以預(yù)防喉振現(xiàn)象的發(fā)生。

注意事項(xiàng)：一旦發(fā)生喉振現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)必須立即停機(jī)，等待專業(yè)檢修人員到場(chǎng)檢修，不允許嘗試多次啟動(dòng)，否則容易發(fā)生電網(wǎng)頂閘和斷帶事故。

2.4 下運(yùn)輸送帶物料滾落

塊狀并接近球體物料在下運(yùn)輸送帶上裝載時(shí)，由于物料與輸送帶接觸面積小，帶面摩擦力小于物料下滑力而造成的物料順著輸送帶面向下加速滾動(dòng)，甚至跳動(dòng)離開(kāi)輸送帶裝載面的現(xiàn)象。

下運(yùn)輸送帶物料滾落措施：

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)下運(yùn)帶坡度大小不同條件，在上輸送帶上方每隔9m設(shè)置一條蓋帶裝置。裝置架可以單獨(dú)設(shè)置，也可以安裝在機(jī)架上，蓋帶使用礦井采掘面退下來(lái)的廢舊輸送帶，一頭懸空固定在蓋帶架橫桿上方，另一頭直接拖在上輸送帶面上，每條蓋帶長(zhǎng)度可選擇6m。運(yùn)輸物料時(shí)，滾動(dòng)物料鉆入蓋帶下面，由于蓋帶作用，將物料與上輸送帶面壓緊貼實(shí)，從而不會(huì)再發(fā)生滾落現(xiàn)象[7]。

通過(guò)安裝自制使用的蓋帶裝置，有效的防止了物料滾落現(xiàn)象，給現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行和檢修創(chuàng)造了有利條件。在帶式輸送機(jī)加工制造時(shí)可以要求廠家在出廠時(shí)，設(shè)計(jì)并加工制作好蓋帶架，安裝使用時(shí)穿上蓋帶即可。

另外，日常運(yùn)行時(shí)，由于物料長(zhǎng)時(shí)間與蓋帶產(chǎn)生摩擦，蓋帶需要定期更換[8]。

2.5 電控系統(tǒng)故障

下運(yùn)輸送帶必須使用四象限變頻器電控裝置，隨著裝載物和輸送帶運(yùn)行速度的變化，變頻器存在一會(huì)做正功一會(huì)做負(fù)功現(xiàn)象?？蛰d或輕載時(shí)一般做正功，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能克服輸送帶與滾筒的摩擦阻力運(yùn)行；當(dāng)滿載或過(guò)載時(shí)電動(dòng)機(jī)做負(fù)功，物料從高位運(yùn)輸?shù)降臀?，重力?shì)能通過(guò)電動(dòng)機(jī)變頻器和電控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電能，變頻器處于逆變發(fā)電狀態(tài)。

礦井電網(wǎng)電壓波動(dòng)會(huì)對(duì)四象限變頻器發(fā)生運(yùn)行產(chǎn)生影響，為變頻器供電的并列運(yùn)行的移動(dòng)變電站變比和阻抗參數(shù)存在差別，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還要進(jìn)行功率平衡，斬波和逆變對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波等多種因數(shù)均對(duì)變頻器、濾波器產(chǎn)生影響，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，層發(fā)生過(guò)移變和高壓開(kāi)關(guān)三相不平衡漏電頂閘，IGBT功率器件損壞，整流測(cè)充電回路限流電阻損壞等故障[9-11]。四象限變頻器電控原理如圖4所示。

圖4 四象限變頻器電控原理圖

電控系統(tǒng)故障預(yù)防措施：①變電所值班員隨時(shí)觀察系統(tǒng)電壓實(shí)時(shí)調(diào)整礦井主變壓器油載調(diào)壓開(kāi)關(guān)等位，確保用電側(cè)電壓在電器設(shè)備允許幅值之內(nèi)；②多電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)在配置移動(dòng)變電站時(shí)，選擇同型號(hào)、同廠家、同一批次、相同阻抗的設(shè)備；③多電機(jī)驅(qū)動(dòng)并列運(yùn)行的移動(dòng)變電站現(xiàn)場(chǎng)必須做到調(diào)節(jié)電壓檔位相同；④變頻器工作環(huán)境選擇在專用硐室，通風(fēng)良好，沒(méi)有煤塵的場(chǎng)所，要定期對(duì)散熱系統(tǒng)進(jìn)行檢查檢修；⑤設(shè)計(jì)廠家還要針對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)四象限變頻器在電網(wǎng)電壓波動(dòng)情況下繼續(xù)開(kāi)展技術(shù)公關(guān)；⑥同一部帶式輸送機(jī)選擇的變頻器、電抗器參數(shù)也必須相同，輸出廠前必須進(jìn)行不同工況電氣性能參數(shù)調(diào)整和電氣試驗(yàn)；⑦加強(qiáng)機(jī)電維護(hù)技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)關(guān)鍵部位配件的備用，減少因電控系統(tǒng)故障而影響礦井生產(chǎn)時(shí)間[12-15]。

3 結(jié)論

1)根據(jù)孟家窯煤業(yè)11采區(qū)5#煤輸送帶運(yùn)行電流電壓數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下每日可向電網(wǎng)反饋發(fā)電3.0×103kW·h左右，年均發(fā)電2.25×106kW·h，發(fā)電效果明顯。

2)與上運(yùn)輸送帶相比，下運(yùn)輸送帶特點(diǎn)裝載容易，過(guò)載能力強(qiáng)也是一項(xiàng)較大優(yōu)勢(shì)。

3)與上運(yùn)輸送帶相比，下運(yùn)輸送帶底帶受力大，要求底托輥強(qiáng)度大，底托輥間距由3.0m縮小為1.5m，另外，在變坡段集中安裝?400mm的地臺(tái)滾筒替代底托輥，解決變坡段底托輥強(qiáng)度不足問(wèn)題。

4)與上運(yùn)輸送帶相比，下運(yùn)帶式輸送機(jī)只要保證機(jī)架安裝基礎(chǔ)牢固，機(jī)架強(qiáng)度大，就可以有效減少機(jī)架震動(dòng)，下運(yùn)輸送帶運(yùn)行速度可以由2.5m/s提高至3.5m/s，運(yùn)量也將大幅提高。

5)通過(guò)加強(qiáng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的安全管理，在實(shí)踐中不斷摸索其運(yùn)行特點(diǎn)，加上不斷地改造和創(chuàng)新管控，長(zhǎng)距離大坡度下運(yùn)帶式輸送機(jī)是可以安全運(yùn)行的，可以滿足安全生產(chǎn)能力要求。