帶式輸送機(jī)保護(hù)研究及應(yīng)用分析

焦文濤

（晉能控股集團(tuán)有限公司潘家窯礦，山西大同 037003）

皮帶輸送機(jī)是一種連續(xù)輸送的機(jī)械，它的主要用途是輸送塊狀、粒狀和散狀的物料，在晉能煤業(yè)集團(tuán)公司的各個煤礦中占有重要地位。然而，在煤礦井下運輸中，經(jīng)常發(fā)生輸送帶斷裂、撕裂等問題，造成生產(chǎn)停用，進(jìn)行皮帶的更換、修復(fù)，給高產(chǎn)高效礦井帶來了極大的損失。晉能煤炭集團(tuán)公司某煤礦在皮帶運輸車的安全防護(hù)工作中，充分挖掘了皮帶運輸車的潛力，保證了各種安全措施的靈敏度和可靠性，減少因非裝置失效引起的停機(jī)效應(yīng)，改善皮帶運輸機(jī)的運行可靠度，減少皮帶運輸機(jī)的故障率。

晉能煤炭集團(tuán)公司某煤礦現(xiàn)有9 部皮帶運輸車，7部為主干系統(tǒng)，2 部綜采順槽，總輸送里程20km，11 個轉(zhuǎn)載點。主要運輸設(shè)備皮帶輸送機(jī)的停車使下部皮帶機(jī)發(fā)生連鎖故障，導(dǎo)致停機(jī)時間過長，從而對各個工作面的持續(xù)作業(yè)產(chǎn)生不利的影響。皮帶輸送機(jī)故障超過50%，主要是由于：①樹脂錨桿、網(wǎng)片等在傳送皮帶外，容易發(fā)生偏移；②皮帶速度高，落料出口落下的煤導(dǎo)致縱撕裂防護(hù)失效；③搭接點的護(hù)煤溝中有大量的煤堆積，在重負(fù)荷啟機(jī)時，出料口的煤很大，造成撒煤、堆煤、回煤現(xiàn)象，造成縱撕保護(hù)誤動作；④在運輸皮帶上設(shè)置了水煤塊，對防撞的煤層進(jìn)行了防護(hù)，導(dǎo)致了接地電阻型的堆煤層的誤操作。

晉能煤炭集團(tuán)公司某煤礦分公司在2020年完成了30%的減員，2021年完成70%的減員，計劃到2022年完成100%減員。為了減少皮帶機(jī)的故障率，提高礦井產(chǎn)能，必須從多個角度來解決皮帶運輸?shù)腻e誤動作率和提高防護(hù)的敏感性。為了保證煤礦主干交通的正常運營，從各個角度加強(qiáng)了防護(hù)的可靠性。

1 加強(qiáng)對帶式輸送機(jī)保護(hù)的檢查和維護(hù)

為了確保晉能煤炭集團(tuán)公司某煤礦主干輸送系統(tǒng)安全穩(wěn)定，減少裝置的故障，必須對其進(jìn)行檢修保養(yǎng)。

（1）領(lǐng)班組長要在班前會議上把一切工作都安排得明明白白，對皮帶傳動裝置易發(fā)生故障的部位要仔細(xì)檢查。

（2）當(dāng)值時，領(lǐng)班組長及值班人員要了解上一次作業(yè)狀況，并問清楚皮帶輸送機(jī)的防護(hù)有無問題，有沒有解決問題[1]。

（3）各部皮帶運輸機(jī)包機(jī)工人每周都要進(jìn)行一次完整的保護(hù)。確保所有保護(hù)裝置外觀完好，固定牢固，保護(hù)拉線、電纜、插銷無松動、脫落，禁止使用金屬絲等替代螺栓的緊固，牽引繩應(yīng)設(shè)置在傳送皮帶支架的縱向橫桿外側(cè)，不能出現(xiàn)綁扎和墜落現(xiàn)象。在使用過程中，防止皮帶的磨損。包機(jī)員工每個月都要對自己承包的皮帶運輸機(jī)進(jìn)行一次開箱檢查，檢查輸送機(jī)的保護(hù)接頭內(nèi)部有沒有潮濕或進(jìn)水，如果空腔中有水，要檢查外殼密封墊的狀態(tài)，不完整的要更換，并清理接線槽中的污漬，加入干燥劑，檢查連接件的連接部位有無松動或虛接，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)立即進(jìn)行維修。

（4）機(jī)電副組長對全廠皮帶運輸車的安全進(jìn)行全面的檢查，每日早班會向所有工作人員問清安全裝置的運轉(zhuǎn)狀況，對不穩(wěn)定的保護(hù)器使用維修的時機(jī)進(jìn)行檢驗，并對出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的解決。

（5）在停機(jī)維修期間，維修人員應(yīng)對每一條皮帶輸送機(jī)的頭部進(jìn)行一次防護(hù)測試，以確保每一種防護(hù)措施都是靈敏、可靠的。如果發(fā)生了問題，必須馬上進(jìn)行維修，如果發(fā)現(xiàn)線路上的問題找不到，應(yīng)該馬上進(jìn)行維修。

（6）對于年久失修或有淋雨場所的防護(hù)要特別注意，加大檢查次數(shù)，如果防護(hù)設(shè)備的接線腔中潮濕較重，則要將其拆下并取出，并更換新的防護(hù)設(shè)備。

（7）針對每個防護(hù)設(shè)備的易損壞零件，應(yīng)在皮帶運輸機(jī)前端放置備用零件，以防發(fā)生損壞后進(jìn)行替換。

（8）機(jī)電技師要定期向包機(jī)員工進(jìn)行防護(hù)工作原理和故障處理方面的理論知識，并由機(jī)務(wù)副組長負(fù)責(zé)向現(xiàn)場解釋各種問題的解決辦法，并做好對設(shè)備的預(yù)防性檢修，確保主運系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

2 加裝各類保護(hù)誤動作的防護(hù)裝置

為有效地解決皮帶輸送機(jī)保護(hù)的誤動作問題，確保各保護(hù)功能的正常工作，增加多種保護(hù)裝置以預(yù)防誤動作。

（1）跑偏保護(hù)防護(hù)裝置。制造0.6m×0.4m 的鋼板，采用夾具和螺釘將其緊固于縱橫梁，以保護(hù)跑位防護(hù)裝置，在高速運轉(zhuǎn)中樹脂錨桿、網(wǎng)片隨煤炭流動而不會因接觸跑偏而產(chǎn)生故障。在皮帶實際發(fā)生偏差時，皮帶的邊緣可以精確地接觸到跑動防護(hù)，從而導(dǎo)致皮帶停止運轉(zhuǎn)。

（2）縱撕保護(hù)防護(hù)裝置。當(dāng)漏煤斗煤量較大或運輸皮帶較重時，煤體轉(zhuǎn)速為0～4.5m/s，由于其強(qiáng)勁的沖力，會使煤粉飛散，導(dǎo)致縱撕裂防護(hù)失效。采用防錯操作、安裝擋煤皮、護(hù)板等防護(hù)措施，可以有效地阻止煤體的撞擊，減少縱撕防護(hù)的發(fā)生。

①翻板縱撕防護(hù)裝置在上下兩條上架之間設(shè)置一層護(hù)板或護(hù)板，其形狀尺寸取決于上架的間距、上帶面和橫梁的間距。由于護(hù)煤槽內(nèi)的煤塊很難進(jìn)入上、下輸送帶之間，從而避免了縱撕保護(hù)的誤動作。

②下料皮帶縱向撕裂保護(hù)設(shè)備由一臺廢棄的托滾輪筒殼體剪斷，一面用鋼板與鋼管焊在一起形成夾具，夾住傳送皮帶的縱向橫桿；圓管可以作為“保護(hù)傘”，確保在拋煤過程中不會碰到底部的輸送機(jī)皮帶縱撕裂保護(hù)。

③在護(hù)煤槽的搭接點兩端，用10mm厚鋼板制成梯形，并帶有弧度。然后再采用相同厚度的三角板進(jìn)行拉筋焊接，焊接2道，避免了鋼板碰撞變形。同時，在每臺清掃臂上焊接一條小鏈條，以避免鋼板的開焊，使輸送皮帶受到損壞。可根據(jù)煤粉的數(shù)量來選擇噴煤臂的密度，通常選用4條。通常情況下，在斷電后，搭接點處的煤塊堆積高度要比皮帶邊緣高25～30cm，第1道清掃裝置設(shè)置在皮帶邊緣10cm 處；第2 通道清掃機(jī)與第1通道間隔75cm，與第1通道相對，其高度與第1通道相同；第3 和第2 條槽的間隔75cm，并且在第1 條槽的斜面上，其高度在條邊邊緣6cm 處；第4 條和3 條線的間隔為75cm，在3條線的斜線上，與3條線的高度相同。

（3）堆煤保護(hù)防護(hù)裝置。在煤層保護(hù)前端設(shè)置擋煤片，能有效地阻止煤流對煤層的沖擊，并具有一定的防護(hù)效果。另外，在上水或漏煤的過程中，由于水分較大，會使煤層中的水分沿著煤層向下流動，造成與地面接觸。在煤層防護(hù)端部加裝防護(hù)罩，防止水流沿著防護(hù)罩向外漫溢，從而減少了防護(hù)功能的誤動作。

3 帶式輸送機(jī)保護(hù)改造升級

3.1 縱撕保護(hù)改造

目前，與之相匹配的皮帶運輸機(jī)的控制系統(tǒng)均具備縱撕式保護(hù)功能，但其性能并不理想。為了提高縱撕保護(hù)的可靠性和靈敏度，本文介紹了一種新型的縱撕式防護(hù)裝置。

具體實施方式：在皮帶輸送機(jī)的兩邊分別安裝縱撕開關(guān)架，并用鋼索（可選?4mm）將其連接。鋼索一頭與支架相連，一頭繞著一個帶小滑輪的豎桿，與自制的套管式拉桿機(jī)構(gòu)相連接。套管式拉桿機(jī)構(gòu)是一根直徑為20mm 的伸長螺栓，通過一個彈簧，在底部安裝一個大的墊圈和一個匹配的螺帽，外面用1/2″的鋼管包裹；采用鋼板焊接封口，確保螺旋上端及墊圈底部能上下移動；將一顆螺絲帽焊在螺桿末端，以緊固鋼索。在鋼管的底部，有一條長方形的凹槽，將一條4cm長8mm的細(xì)長鋼條（波動棒）焊接到大襯板上，并可以隨著絲杠在凹槽中上下運動。然后將一個帶偏移傳感器的零件豎直地固定在套管機(jī)構(gòu)的下部，一個用于跑偏的操作開關(guān)的豎桿上，一個用于防止復(fù)位的擋板，在另一端安裝了一個拉桿機(jī)構(gòu)的波動桿，當(dāng)它向上運動的時候，可以驅(qū)動一個跑偏沖程開關(guān)。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 拉繩縱撕保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

在開始工作之前，應(yīng)按現(xiàn)場的具體條件調(diào)整拉桿傳動裝置的動作觸勁，并在選定好的彈性后，再將拉桿裝置的下部螺絲擰上，調(diào)整其位置。防護(hù)作用張力初始值為200N（小煤塊、小修補(bǔ)皮、網(wǎng)片等不會發(fā)生作用），選擇的彈簧的彈性因子K=3.87N/mm，換算成彈簧的移動沖程是50mm，因此，在偏差切換檢測器的豎條下面40～50mm的地方布置了波形桿[2]。

3.2 堆煤保護(hù)改造

堆煤傳感器在傳送帶搭接點上，共設(shè)2 套，通常采用接近型和電極型堆煤防護(hù)，電極型的堆煤層一旦接觸到水分，很容易發(fā)生故障。同時，臨近堆煤防護(hù)也存在著大量煤塊沖擊造成的誤動作。

本設(shè)備由固定架、轉(zhuǎn)向輪、翻板、轉(zhuǎn)桿、觸發(fā)桿、接近開關(guān)組成。整個結(jié)構(gòu)為鋼焊接，轉(zhuǎn)棒與翻盤均與轉(zhuǎn)桿焊接，并在轉(zhuǎn)桿兩端各增加一個轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪可選用舊托輥的兩端軸承。在轉(zhuǎn)棒的一端焊接1根觸發(fā)器，使扳機(jī)與轉(zhuǎn)筒呈90°角，在兩個轉(zhuǎn)輪的下端焊接一個固定座，該固定座的間距與搭接點護(hù)煤槽相同，焊接后便于在護(hù)煤槽上進(jìn)行安裝。在一個基座上焊接1個接近開關(guān)卡，方便接近開關(guān)的安裝。最終，接入開關(guān)與保護(hù)控制器相連。在圖2中顯示了對煤層的保護(hù)改造。

圖2 堆煤保護(hù)改造示意圖

3.3 跳鏈斷鏈停機(jī)保護(hù)改造

四條刮板式運輸機(jī)（SGB 1400/160)，其作用是將原煤的物流分流到1＃、2＃、3＃的倉庫，因為原煤炭中含有矸石、鐵器、錨桿等雜質(zhì)，對運輸系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)造成很大的阻礙，如果這些雜質(zhì)流入到機(jī)頭或尾部，很容易發(fā)生跳鏈、飄鏈?zhǔn)鹿剩踔習(xí)斐涉i鏈斷裂，造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p傷。如果在使用中頻繁發(fā)生斷鏈、跳鏈等問題，無法及時檢測到，造成斷鏈后難以復(fù)原，需要耗費人力和財力。為了保證刮板式運輸機(jī)的安全運轉(zhuǎn)，需要引進(jìn)一種能夠在發(fā)生斷鏈、跳鏈、飄鏈等故障時，能夠發(fā)現(xiàn)并停下來進(jìn)行處置，以防止發(fā)生重大電氣設(shè)備事故的發(fā)生。

具體實施方式：在前端增加一套金屬接近開關(guān)，兩組分別成左右分布，并垂直于刮刀的上部。2個接近開關(guān)由接線箱信號線與PLC 控制箱的輸入單元模塊相連，并將接近開關(guān)所獲取的數(shù)據(jù)傳送至PLC 控制器進(jìn)行比較和運算，如果發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)與設(shè)置不一致，則由PLC發(fā)出停止指令，停止刮刀輸送機(jī)。圖3顯示了跳鏈斷鏈故障保護(hù)的改進(jìn)。

圖3 跳鏈斷鏈停機(jī)保護(hù)改造示意圖

3.4 張力下降保護(hù)改造

固定皮帶輸送機(jī)張力傳感裝置是兩端都用U 形環(huán)、雞心環(huán)、鋼絲繩夾固定。由于拉力傳感器與拉緊固定輪之間的距離較短，因此，采用鋼索夾具進(jìn)行定位操作比較麻煩，日常維護(hù)檢查項目較多，而且在拉力傳感器出現(xiàn)故障時，很難進(jìn)行更換。因此對拉力傳感器連接模式進(jìn)行修改是必要的。

（1）理論設(shè)計。改變了由拉力傳感器與張緊力固定輪耦合的方法，采用了由穿孔螺栓和螺帽將張力傳感器與張緊的固定輪連接的方法。改造結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 改造結(jié)構(gòu)

（2）穿孔螺栓設(shè)計選型。拉伸強(qiáng)度P=800kN（最小斷裂應(yīng)力），鋼板厚度t=55mm（將所述張力傳感器的寬度計算在內(nèi)），直徑d=?35mm的螺栓（所述張力傳感器內(nèi)部開口為?36mm），所述螺栓的應(yīng)力狀態(tài)見圖5，由此得到了剪應(yīng)力Q=P/2。

圖5 螺栓受力分析

剪切應(yīng)力：

選擇40Cr 材質(zhì)的螺釘，其剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力均低于許用值，達(dá)到了強(qiáng)度指標(biāo)。

（3）具體實施方案。對原來的固定底座進(jìn)行了改裝。測量已有的安裝座孔尺寸，按兩孔間距對換能器穿孔位置和兩孔尺寸進(jìn)行再設(shè)計，剩余部件仍按原有尺寸進(jìn)行，整個構(gòu)件均為30mm 厚度的鋼板，并對焊縫質(zhì)量提出了高質(zhì)量的要求。焊接的強(qiáng)度符合規(guī)定（牽引力不小于800kN）。具體的焊接工藝條件：

①采用30mm厚的鋼板進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的替換，材料采用Q345；

②所有板件不能有尖角;

③將耳板外側(cè)的焊縫改為斜槽+角焊，也就是將耳板的外緣和底部的焊點換成20mm45°，然后在20mm處添加一個20mm的角焊，以達(dá)到更好的結(jié)合效果；

④在兩側(cè)耳板內(nèi)側(cè)55mm處增加30mm厚的拉筋；

⑤建議采用交替焊接法：在耳板的中部設(shè)置焊工藝?yán)摺M(jìn)行外坡口焊接→進(jìn)行耳板內(nèi)側(cè)和底板20mm角焊縫的焊接→去掉工藝?yán)撸M(jìn)行耳板內(nèi)側(cè)肋板焊接→進(jìn)行耳板外側(cè)坡口和角焊縫焊接→進(jìn)行耳板外側(cè)肋板焊接。

4 應(yīng)用效果

（1）該方案有效地解決了原保護(hù)由于自身張力不夠造成的保護(hù)誤動作問題，確保了無人值守環(huán)境下的主要交通系統(tǒng)安全可靠。

（2）主要交通系統(tǒng)的故障發(fā)生率不斷降低，提高了行車的安全性。在2017 年，失效的影響持續(xù)期為217h，至2021年為60h，下降幅度較大。

5 結(jié)語

晉能煤炭集團(tuán)公司某煤礦通過強(qiáng)化對皮帶運輸車保護(hù)的檢查與維護(hù)，加裝各種保護(hù)裝置，對各種保護(hù)裝置進(jìn)行了升級和更新，提高了保護(hù)的可靠性，減少了主要交通系統(tǒng)的故障。經(jīng)過5 a 的運行，其成果明顯，為主站無人值班奠定了良好的理論依據(jù)，并對皮帶輸送機(jī)的安全運行有一定的指導(dǎo)作用。