胶带输送机驱动站落煤治理方案设计

2019-11-22刘伟

煤 2019年11期

刘伟

(西山煤电集团晋兴公司斜沟煤矿，山西兴县 033600)

胶带输送机是煤矿生产过程中广泛使用的原煤运输工具之一，其运输能力是决定矿山产量的重要因素[1-2]。在原煤运输过程中，尤其是在北方，出现极寒天气时，经降尘处理的原煤碎屑与煤粉极容易粘连冻结在胶带上，受胶带反转、振动以及清扫器工作性能下降等因素影响，驱动站处的胶带回程落煤量快速增加，如不及时清理将导致胶带机停运甚至发生火灾，严重影响安全生产。然而，现有技术尚无法彻底解决胶带机驱动站胶带回程落煤问题。为清理落煤，通常只能采用人工方式清扫，这样不仅效率低，而且还容易发生安全事故。

1 方案设计

由于驱动站空间狭小，且地面坡度较大，无法采用体积较大的移动式清扫装置。因此考虑采用“平面二连杆机械臂+螺旋输送机+斗式提升机”的综合解决方案清理落煤。系统构成如图1所示。系统采用定时开启、间歇式工作方式，根据生产情况和落煤量，设定开机时间和清扫时长，以满足清扫需求并延长设备使用寿命。同时，为防止落煤外溢，系统按照斗提机、螺旋输送机和机械臂的顺序启动，启动间隔时间不少于30 s。

系统按清扫区域布置多个平面二连杆机械臂[3]，用于将胶带下方的落煤拨推至螺旋输送机的进料口，然后斗提机再将落煤集中提升至胶带上方倾倒。

由于胶带下方空间狭小且有胶带支架，如果清扫机械臂过长将导致运行空间受限，所以采用分段布设机械臂的方式。清扫作用主要靠第二段机械臂完成，该段控制主要由其末段位置决定。图2中“P”点表示机械臂末端位置，根据图中的坐标系可得P点的坐标为：

图1 系统构成

图2 平面二连杆机械臂

xp=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)yp=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)

(1)

式中：l1和l2，θ1和θ2分别为两个机械臂杆的长度和它们与坐标轴的夹角。在实际清扫过程中，往往是根据机械臂要到达的位置去计算机械臂杆的转角θ1和θ2，也即求解机械臂逆运动学方程的过程，通过推导可得：

(2)

(3)

于是，控制器便可以根据求得转角θ1和θ2来控制机械臂。

应用二连杆机械臂可以将胶带下方的落煤推扫到集中清理区域，如果能在集中清理区开溜槽，使煤屑煤粉直接落入到煤仓或者其他收储装置内，无疑是一种便捷高效的方式。然而，实际操作过程中，在驱动站胶带下方的混凝土板上开孔，尺寸不宜过大，否则对驱动站建筑结构威胁较大，存在安全隐患，因此其直径一般不超过胶带宽度的三分之一。采用这种清扫方式，随着时间的推移，尤其是在温度低、煤粉黏度高的情况下，开孔极容易堵塞。因此考虑采用一种适用于具有一定黏性的粉粒类物料运输装置，同时体积不应过大，用以将煤屑转运至胶带机道侧方，然后再返送至胶带上方。螺旋输送机[4-5]在短距离粉粒状物料运输上应用广泛，在物料黏性较大时，选择无轴螺旋输送机可以较好地解决物料堵塞问题，而且成本和重量都较常规螺旋输送机低。另外，在使用过程中，因安装空间受限，定制设计螺旋输送机时，在满足运输量要求的情况下应尽量微型化处理。螺旋输送机采用“U”型开放式结构，整个机身上方均可以作为进料口，在需要的情况下，机身也可以采用“T”字型或“L”型交汇，需要根据现场安装条件设计。同时还需要考虑到原煤受除尘水雾影响，导致胶带落煤黏性较大，特别是冬季，因此根据现场情况，应该适当提高工作转速，当螺旋转速较高时，物料在它的推动下，会产生更大的离心力，这样不容易使落煤过多地附着在螺旋上，有利于提高运输效率并且能够节约能耗和延长设备使用寿命。

螺旋输送机将胶带下方的落煤运送到胶带机道侧方，然后再通过斗式提升机将落煤垂直提升至胶带上方倾倒，同胶带上的原煤一同进入煤仓或者转运至下级转运设备。选择斗式提升机主要是由于胶带机道侧面空间狭小，通常只能容纳一个人通过，因此必须选择小型的垂直提升装备。同其他垂直提升设备相比，斗式提升机不仅占地面积小，而且密封性好，非常适于散粒状物料，另外还具有功耗低、提升力大和运行噪音小的优点，并且可以根据物料特点及运输需要选择不同形式的料斗及提升方式。

斗式提升机不仅适合运量小、且带有一定粘度的散粒状落煤的垂直输送，而且在运送煤屑煤粉时，其封闭式结构还有利于降尘。如图1所示，斗式提升机采用的是垂直式安装方式，当然也可以根据现场安装空间特点，选择倾斜式安装方式。需要注意的是斗式提升机的料斗应该需用浅斗形式，即斗口下倾角一般不超过45°且整斗深度不宜过大，这样有利于抛料，在煤屑黏度过大时，还可以通过加快设备转速，提高抛料时离心力，使煤屑顺利抛出。另外考虑到在煤屑黏度低时，采用单通道型机桶时，机壳内形成的涡流可能产生较大粉尘，因此在成本允许的情况下，首选通道型机桶，因为采用这种方式还可以进一步减小设备的占地面积。