淺析井工煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)方法

劉治剛

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司梅花井煤礦，寧夏 銀川 751400）

1 實(shí)施背景

井工煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)不可避免有大塊煤（矸）、鐵器和黏渣進(jìn)入，容易造成輸送帶受沖擊力破壞，設(shè)備運(yùn)行受阻，系統(tǒng)功能得不到充分利用。主要表現(xiàn)為：卡堵、蓬倉(cāng)、堆煤、撕帶、跑偏等故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，井工煤礦使用最多的設(shè)備是帶式輸送機(jī)，且系統(tǒng)機(jī)械故障極為頻繁，千萬(wàn)噸礦井每年影響生產(chǎn)時(shí)間可達(dá)100h以上。因此，減少機(jī)械故障，提高帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的可靠性，成為亟待解決的問(wèn)題。

2 改進(jìn)前存在的主要問(wèn)題

（1）大塊煤（矸）破碎效果不佳。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，煤礦都以提高塊煤率作為提高經(jīng)濟(jì)效益的主要抓手，而忽視大塊煤（矸）的破碎問(wèn)題。隨著各地鍋爐由燃煤改燃?xì)夤ぷ鞯耐七M(jìn)，煤炭市場(chǎng)對(duì)塊煤需求量大幅減少，塊煤價(jià)格下滑。從環(huán)保工作的角度看，塊煤已不會(huì)再給煤礦帶來(lái)大幅經(jīng)濟(jì)效益，而大塊煤（矸）對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的不利因素愈發(fā)凸顯。煤礦井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，僅在運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)載機(jī)處設(shè)計(jì)有輪錘式破碎機(jī)。該型式破碎機(jī)對(duì)條形片狀煤（矸）破碎效果不理想，使大塊容易從源頭上進(jìn)入帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，造成系統(tǒng)故障頻繁發(fā)生。

（2）除鐵效果不佳。原系統(tǒng)中多采用帶式電磁除鐵器除鐵，受除鐵器安裝方式、磁化強(qiáng)度容易弱化、永磁除鐵器不利于作業(yè)安全等因素影響，鐵器容易進(jìn)入帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，造成系統(tǒng)故障頻繁發(fā)生。

（3）黏渣進(jìn)入煤倉(cāng)造成蓬倉(cāng)。煤礦巖巷掘進(jìn)、開(kāi)采夾矸層等過(guò)程中，巖石經(jīng)破碎后遇水極易形成黏渣，當(dāng)煤倉(cāng)只有黏渣落入，而原煤摻混較少時(shí)，容易造成煤倉(cāng)因蓬倉(cāng)而滿倉(cāng)，致使帶式輸送機(jī)系統(tǒng)被迫停機(jī)。處理黏渣蓬倉(cāng)故障時(shí)作業(yè)人員安全無(wú)法得到可靠保障，且處理過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3 改進(jìn)措施

（1）在井下煤倉(cāng)上口安裝破碎機(jī)。雙齒輥破碎機(jī)的破碎齒為雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩輥相對(duì)旋轉(zhuǎn)，中間如同篩孔?？蓪⑿∥锪现苯雍Y去，對(duì)大塊進(jìn)行破碎，避免粗細(xì)摻雜破碎的缺陷。具有篩分、破碎雙重功能，對(duì)條形片狀煤（矸），同樣具有較好的破碎能力。但這種破碎機(jī)對(duì)安裝條件要求高，井下一般巷道無(wú)法安裝使用。井下煤倉(cāng)上口恰好具備該型式破碎機(jī)安裝條件，可起到良好的破碎效果。安裝如圖1。

圖1 煤倉(cāng)上口雙齒輥破碎機(jī)

（2）合理選擇除鐵器安裝方式。電磁除鐵器一般有2種安裝方式，一種是橫向安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)身，另一種是縱向傾斜安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)頭拋煤點(diǎn)。前者當(dāng)鐵器被埋在原煤下方，在原煤及鐵器重力作用下，除鐵器磁力有限無(wú)法吸除，而安裝更大功率除鐵器又不利于作業(yè)人員安全。后者由于鐵與煤密度不同，在拋煤點(diǎn)所形成的拋物線也不同，在此處恰好處于鐵器與原煤分離的最佳地點(diǎn)。在拋煤點(diǎn)除鐵，可取得良好的除鐵效果。但后者要求巷道高度必須滿足安裝條件，在條件適宜的拋煤點(diǎn)可挑高巷道高度，按縱向傾斜方式安裝除鐵器，能起到事半功倍的效果。兩種安裝方式如圖2、圖3。

圖2 改進(jìn)前除鐵器安裝方式

圖3 改進(jìn)后除鐵器安裝方式

（3）實(shí)現(xiàn)除鐵器與金屬探測(cè)聯(lián)動(dòng)。鐵器進(jìn)入煤流線時(shí)間，主要集中在采煤機(jī)截割工作面上、下口期間，除鐵器平時(shí)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。電磁除鐵器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，容易造成磁化強(qiáng)度減弱，除鐵能力降低。磁感應(yīng)金屬探測(cè)裝置可智能區(qū)分鐵器、帶扣、鋼絲繩芯接頭等，可智能控制除鐵器自動(dòng)啟停。也就是說(shuō)，僅有帶扣或鋼絲繩芯接頭通過(guò)時(shí)，除鐵器不會(huì)開(kāi)啟；當(dāng)有鐵器通過(guò)時(shí)，金屬探測(cè)裝置控制除鐵器開(kāi)啟，進(jìn)行除鐵。若鐵器過(guò)后，后續(xù)再無(wú)鐵器，會(huì)自動(dòng)停止。當(dāng)檢測(cè)到大件鐵器，超出除鐵器吸附能力時(shí)，可強(qiáng)行停止膠帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，保障系統(tǒng)安全。金屬探測(cè)裝置原理。

（4）設(shè)計(jì)永磁除鐵器液壓行走裝置。永磁除鐵器具有良好的除鐵效果，但不利于人員近距離檢修和除鐵作業(yè)。在永磁除鐵器和帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，若除鐵器出現(xiàn)故障或者除鐵器吸入大塊鐵器并卡堵時(shí)，既會(huì)影響帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行，也不利于人員現(xiàn)場(chǎng)處理故障時(shí)的作業(yè)安全。因此，永磁除鐵器日常檢修、故障處理、從除鐵器上去除大件鐵器、人工回收廢鐵等作業(yè)過(guò)程中，存在安全隱患多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低等問(wèn)題。在永磁除鐵器下邊框架上安裝行走輪，在除鐵地點(diǎn)安裝行走軌道、液壓取鐵裝置、底抽閘板箱等。采用液壓泵站、液壓油缸作為動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)除鐵器安裝位置的可調(diào)節(jié)性及取鐵、裝車等環(huán)節(jié)的機(jī)械化。實(shí)現(xiàn)人員遠(yuǎn)距離操作，確保了運(yùn)行、檢修、故障處理、廢鐵回收、裝車運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)的安全，提高了工作效率。永磁除鐵器液壓行走裝置如圖4。

圖4 永磁除鐵器液壓行走裝置

（5）在搭接點(diǎn)安裝給煤機(jī)。帶式輸送機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)載點(diǎn)物料的沖擊力容易使輸送帶受到劃扯、打砸，造成輸送帶故障。此現(xiàn)象在大角度搭接點(diǎn)更為頻繁。其原因是物料要由原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向改變角度，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c原運(yùn)動(dòng)方向夾角較大的另一種運(yùn)動(dòng)方向。物料運(yùn)動(dòng)方向的改變，必然有外力的作用，這個(gè)外力就是被搭接輸送帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)物料產(chǎn)生的摩擦力。按照作用力與反作用力原理，輸送帶要有足夠大的力改變物料運(yùn)動(dòng)方向，必然要承受物料所帶來(lái)反作用力的沖擊。在巷道高度適宜的大角度直接搭接點(diǎn)，增加卸載倉(cāng)容積，并安裝給煤機(jī)。通過(guò)給煤機(jī)甲帶緩沖煤流沖擊力，避免輸送帶直接受煤流沖擊力破壞，減少修補(bǔ)和更換輸送帶頻次。給煤機(jī)甲帶檢修、維護(hù)、更換作業(yè)，比修補(bǔ)和更換帶式輸送機(jī)輸送帶作業(yè)，要容易很多，不僅能延長(zhǎng)輸送帶使用壽命，而且不會(huì)造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)停產(chǎn)。搭接點(diǎn)給煤機(jī)安裝如圖5。

圖5 在搭接點(diǎn)安裝給煤機(jī)

（6）改進(jìn)卸載倉(cāng)型式。在巷道高度無(wú)法滿足給煤機(jī)安裝的情況下，為避免直接搭接膠帶機(jī)輸送帶承受過(guò)度沖擊力破壞，可采取合理選擇轉(zhuǎn)載點(diǎn)落煤位置，并改進(jìn)卸載倉(cāng)型式的方法，避免物料沖擊力破壞。

按照平拋運(yùn)動(dòng)位移公式：

式中，x為物料水平方向位移；v0為帶式輸送機(jī)帶速；t為物料自拋出點(diǎn)至落點(diǎn)所需時(shí)間；y為物料豎直方向位移；g為重力加速度。

通過(guò)計(jì)算并繪制拋物線，將落煤點(diǎn)選擇在被搭接膠帶機(jī)側(cè)邊上方的緩沖區(qū)域，使煤流沖擊力經(jīng)緩沖后，再?gòu)穆涿喊迳匣奖淮罱幽z帶機(jī)輸送帶中間位置，可起到預(yù)防煤流沖擊力破壞輸送帶的作用。改進(jìn)前后卸載倉(cāng)型式如圖6、圖7。

圖6 改進(jìn)前卸載倉(cāng)型式

圖7 改進(jìn)后卸載倉(cāng)型式

（7）設(shè)計(jì)高壓沖倉(cāng)夾具。實(shí)踐表明，自煤倉(cāng)下口用水管注入高壓水進(jìn)行沖倉(cāng)，是處理蓬倉(cāng)最安全有效的做法。因受水管內(nèi)高壓水壓力影響，水管容易出現(xiàn)蛇形擺動(dòng)，傷及作業(yè)人員。尤其在蓬倉(cāng)嚴(yán)重時(shí)，需接8Mpa以上的清水泵打壓，才有足夠壓力快速?gòu)氐椎靥幚砼顐}(cāng)故障。沖倉(cāng)管路接入水壓越高危險(xiǎn)因素越大。因此，沖倉(cāng)管路不僅要牢固可靠，保障作業(yè)人員安全，而且要隨用隨裝，方便快捷，不影響正常生產(chǎn)。針對(duì)井下煤倉(cāng)卸載型式和常用給料機(jī)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)由絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成的沖倉(cāng)夾具，既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全操作，又可以方便、快捷，提高處理蓬倉(cāng)速度。具體制作方法：在下倉(cāng)口閘板上方合適位置安裝支座，在支座上留出軸孔，安裝絲杠，在絲杠上旋入螺母，螺母下方安裝導(dǎo)向套，并使導(dǎo)向套與固定在支座上的導(dǎo)向桿配合。在絲杠一頭安裝絞盤和把手。在螺母頂部安裝旋轉(zhuǎn)架，并將沖倉(cāng)管路固定在旋轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)軸上。管路兩頭焊接直通接頭，以便安裝高壓膠管。具體操作原理：當(dāng)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤使絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母沿導(dǎo)向桿做水平位移，可使沖倉(cāng)管路通過(guò)下倉(cāng)口觀察窗進(jìn)入或退出倉(cāng)內(nèi)。當(dāng)螺母受力時(shí)，而絲杠不會(huì)旋轉(zhuǎn)，確保沖倉(cāng)管路在工作時(shí)不會(huì)因水壓作用產(chǎn)生位移，起到固定管路的作用。旋轉(zhuǎn)架可實(shí)現(xiàn)管路在水平面的旋轉(zhuǎn)，以便調(diào)整沖倉(cāng)方位，方位調(diào)定后，將管路伸入倉(cāng)內(nèi)一頭固定在觀察窗鎖扣上，防止管路左右擺動(dòng)。為防止大塊煤（矸）下落時(shí)砸壞管路，可使管路沖倉(cāng)頭伸入倉(cāng)內(nèi)稍超出倉(cāng)壁即可，帶有柔性的膠管可緩沖大塊煤（矸）下落沖擊力，不使管路被砸壞，造成沖倉(cāng)工作中斷，防止高壓水外泄傷及人員。通過(guò)直通接頭插接200～300mm的高壓膠管伸入倉(cāng)內(nèi)。管路另一頭同樣采用直通接頭插接高壓膠管，并在安全位置安裝截止閥后，與高壓水源或泵站連接，實(shí)現(xiàn)人員在安全位置關(guān)停高壓水源。圖8為沖倉(cāng)夾具機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖8 高壓沖倉(cāng)夾具

（8）安裝自動(dòng)糾偏器。跑偏故障是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一，不僅可使沿線撒煤，而且可引發(fā)撕帶、斷帶、損壞設(shè)備等其他更嚴(yán)重的故障現(xiàn)象。輸送帶跑偏現(xiàn)象直接影響膠帶機(jī)安全運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，需安裝防跑偏保護(hù)，或安排專門的巡檢工經(jīng)常巡視，出現(xiàn)跑偏時(shí)要立即停機(jī)進(jìn)行調(diào)偏處理。直接制約著遠(yuǎn)程集控化操作的實(shí)施，處理輸送帶跑偏不僅會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度，而且會(huì)嚴(yán)重制約膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)正常運(yùn)行，造成影響生產(chǎn)時(shí)間增加。針對(duì)膠帶機(jī)實(shí)際運(yùn)行中輸送帶容易發(fā)生跑偏的現(xiàn)象，在膠帶機(jī)機(jī)身部位安裝液壓自動(dòng)糾偏器，有效預(yù)防輸送帶跑偏現(xiàn)象，使輸送帶運(yùn)行更為穩(wěn)定、可靠，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集控化操作創(chuàng)造有利條件。自動(dòng)糾偏器主要由立輥、油泵、油缸、糾偏架等組成。當(dāng)輸送帶跑偏時(shí)，輸送帶帶動(dòng)立輥轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵工作，控制油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)糾偏架旋轉(zhuǎn)，實(shí)施自動(dòng)糾偏。自動(dòng)糾偏器安裝如圖9。

圖9 自動(dòng)糾偏器

（9）安裝卸載倉(cāng)滿倉(cāng)保護(hù)裝置。在實(shí)際生產(chǎn)中，容易發(fā)生帶式輸送機(jī)機(jī)頭堆煤現(xiàn)象，容易造成機(jī)頭堆煤，甚至發(fā)生卸載倉(cāng)滿倉(cāng)、埋機(jī)頭故障，甚至引發(fā)撕帶、斷帶事故。原使用的電極式堆煤保護(hù)使用中存在問(wèn)題：皮帶上飛出的煤塊會(huì)碰觸堆煤傳感器，導(dǎo)致傳感器誤動(dòng)作，影響膠帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)存在的問(wèn)題，可設(shè)計(jì)安裝卸載倉(cāng)滿倉(cāng)保護(hù)裝置，作為電極式堆煤保護(hù)的后備保護(hù)。安裝方法：在卸載倉(cāng)適當(dāng)高度位置留出側(cè)孔，在側(cè)孔外安裝轉(zhuǎn)軸式門板及行程開(kāi)關(guān)，將行程開(kāi)關(guān)常閉節(jié)點(diǎn)串聯(lián)接入膠帶機(jī)控制回路即可。動(dòng)作原理：正常情況下，門板處于關(guān)閉狀態(tài)，不會(huì)觸及行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)卸載倉(cāng)內(nèi)物料堆積達(dá)到側(cè)孔高度位置時(shí)，物料會(huì)自側(cè)孔溢出，觸動(dòng)門板轉(zhuǎn)動(dòng)，使行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)。卸載倉(cāng)滿倉(cāng)保護(hù)裝置安裝如圖10。

圖10 卸載倉(cāng)滿倉(cāng)保護(hù)裝置安裝現(xiàn)場(chǎng)

（10）使用帶式輸送機(jī)中部驅(qū)動(dòng)技術(shù)。大型井工煤礦順槽帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離可長(zhǎng)達(dá)5km以上。當(dāng)運(yùn)輸距離增加時(shí)，輸送帶最大張力隨之增大，需用輸送帶帶強(qiáng)也隨之增加。當(dāng)帶強(qiáng)無(wú)法滿足要求時(shí)，傳統(tǒng)方案采用多臺(tái)帶式輸送機(jī)接力運(yùn)輸。存在浪費(fèi)設(shè)備資源，安裝后管理、維護(hù)成本高等問(wèn)題。按照摩擦傳動(dòng)條件，使用逐點(diǎn)計(jì)算法可知，中部驅(qū)動(dòng)技術(shù)可大幅度降低輸送帶張力，從而降低輸送帶規(guī)格。既滿足了生產(chǎn)需要，節(jié)約了設(shè)備資源和能耗，又免去了合帶占用時(shí)間長(zhǎng)，須工作面較長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)才能完成合帶作業(yè)的弊病。尤其在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量可伸縮帶式輸送機(jī)安裝設(shè)計(jì)中，其技術(shù)效果更加明顯。帶式輸送機(jī)頭部加中部驅(qū)動(dòng)技術(shù)張力分布如圖11。

圖11 帶式輸送機(jī)頭部加中部驅(qū)動(dòng)技術(shù)張力分布

（11）采用無(wú)基礎(chǔ)底座安裝帶式輸送機(jī)。制作堅(jiān)固無(wú)基礎(chǔ)底座，采用支柱將底座可靠固定在巷道底板上，帶式輸送機(jī)通過(guò)底座螺栓安裝在無(wú)基礎(chǔ)底座上。免去挖基礎(chǔ)坑、澆灌混凝土等環(huán)節(jié)，節(jié)省巷道施工費(fèi)用，安裝、拆卸方便，縮短安裝工期，且無(wú)基礎(chǔ)底座及支柱等可重復(fù)利用，節(jié)省安裝成本。圖12為帶式輸送機(jī)無(wú)基礎(chǔ)底座安裝圖。

圖12 帶式輸送機(jī)無(wú)基礎(chǔ)底座安裝圖

4 取得的效果

上述改進(jìn)措施經(jīng)過(guò)在梅花井煤礦的實(shí)踐應(yīng)用，使帶式輸送機(jī)系統(tǒng)安全性、可靠性、平穩(wěn)性大幅提高，為系統(tǒng)無(wú)人值守、有人巡視、遠(yuǎn)程集控化操作，提供了有利條件。

（1）安全效益。極大地降低了機(jī)電事故率，避免了處理系統(tǒng)卡堵、蓬倉(cāng)，修補(bǔ)和更換輸送帶等作業(yè)本身存在的諸多危險(xiǎn)因素，安全效益非常明顯。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。

①帶式輸送機(jī)系統(tǒng)機(jī)械故障影響生產(chǎn)時(shí)間大幅減少。故障影響時(shí)間同期對(duì)比如圖13。

圖13 故障影響時(shí)間同期對(duì)比

全年減少影響生產(chǎn)時(shí)間=102.89-35.64=67.25小時(shí)/年

按原煤產(chǎn)量960萬(wàn)噸/年、工作制16小時(shí)/日計(jì)算，礦井系統(tǒng)產(chǎn)能=960萬(wàn)噸/年÷365天÷16小時(shí)=0.1644萬(wàn)噸/小時(shí)。全年可增加原煤產(chǎn)量=礦井系統(tǒng)產(chǎn)能×每年可減少影響生產(chǎn)時(shí)間=0.1644萬(wàn)噸/小時(shí)×67.25小時(shí)=11.06萬(wàn)噸/年。按原煤價(jià)格334.93元/噸計(jì)算，可增加經(jīng)濟(jì)效益=11.06萬(wàn)噸/年×334.93元/噸=3704萬(wàn)元/年。

②實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控化操作。極大地提高了工作效率，達(dá)到了“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的目的。在設(shè)備總臺(tái)數(shù)同比增加8臺(tái)的情況下，系統(tǒng)作業(yè)人員總數(shù)同比減少42人。圖14為設(shè)備和作業(yè)人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

圖14 設(shè)備和作業(yè)人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)

梅花井煤礦運(yùn)輸輔助區(qū)隊(duì)人均年收入約為15.14萬(wàn)元/年，直接節(jié)約人工工資約為15.14萬(wàn)元/年×42=636萬(wàn)元/年。

③經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)。

3704萬(wàn)元/年+636萬(wàn)元/年=4340萬(wàn)元/年。

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)管理方式較為粗放，通過(guò)采取技術(shù)手段對(duì)各系統(tǒng)實(shí)施改進(jìn)，走“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)”之路，可保障作業(yè)安全，有效釋放產(chǎn)能。社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益挖掘空間巨大。