昊兴塬煤矿DTL120型皮带机安全监测系统的改造研究

2020-03-14董西会

机械管理开发 2020年1期

董西会

（山西煤炭运销集团蒲县昊兴塬煤业有限公司，山西蒲县 041200）

引言

在煤矿井下运输系统环节中，与其他矿井运输设备相比，皮带机具有输送能力大、远距离运输、能量消耗低、运输平稳和连续性运输等众多优势。但是皮带机工作环境处在狭窄的巷道中，条件恶劣、路线复杂、煤尘严重、运料不均衡等会给皮带带来一些故障，例如皮带打滑、堆煤、电机烧坏、托辊失去平衡，严重的时候这些故障会引起连带的故障或者事故[1]。一旦皮带机出现故障，必然会造成与之工艺配套的掘进工作和采煤工作陷入瘫痪，进而引起整个矿井停产停业[2]。为此，针对皮带机的重要性，本文以昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机为例进行探讨。

1 皮带机结构及技术参数

昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机是一种连续性运输的设备，具有运输量大、使用方便、能量消耗较低等特性，主要由动力装置、张紧装置、机架、皮带、托辊和其他零部件组成，其结构简易图详见图1。昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机主要技术参数如表1所示，皮带机成为了联系昊兴塬煤矿井下和井上的枢纽，但是在使用过程中也出现了电机、减速器、皮带、托辊和机架等故障，为此，分别分析其故障原因，为安全监测提供技术支撑。

2 皮带机常见故障分析

2.1 驱动装置故障分析

1）电机故障：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机电机过热故障，经过检查发现，引起过热主要是运送物料过重造成，但是电子绕组、电压变化起伏明显也会给驱动装置的电机造成故障；若果绕组接地或者短路、线路接错等会引起电流瞬时增大，电流激增会烧坏电机；若调速装置不正常运行，必然会引起电机转速变化，给皮带机带来堆煤或者皮带在高速运行下被拉断事故。

2）减速器故障：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机托运物料过重，且长时间运行，齿轮受压力作用造成断齿、磨损，轴的径向和轴向跳动量也会出现明显增加，相应给轴承造成腐蚀或者磨损破坏，减速器受到齿轮和轴承破坏会发出异响或者异常振动[3]，严重时直接损毁减速器。

图1 DTL120型皮带机结构简易示意图

表1 DTL120/120/2×560型皮带机主要技术参数

2.2 皮带故障分析

1）皮带打滑：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机皮带打滑的原因之一是皮带与传动滚筒之间出现了较大滑差率，原因之二是皮带张力较弱的情况下，皮带与传动滚筒的摩擦力不足[4]。皮带打滑带来的问题是不仅降低皮带运输能力，如果未及时发现采取一定的保护措施，还会造成皮带点燃被烧。

2）皮带断带或撕裂：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机皮带组成结构详见图2所示的三维示意图。上覆层、钢丝绳、芯胶、下覆层共同构成了整个皮带。一些钢丝绳受力过大，皮带发生断带的原因主要是受纵向拉力作用，皮带中的钢丝绳因为数量较多，在连接处极易发生横向断裂，另外皮带接头处老化也会造成皮带断带[5]。受到一些坚硬的物料划伤，皮带在张力作用下被撕裂。若不及时处理断带或者撕裂故障，会引起物料堆积、皮带伤人等事故。

图2 皮带组成结构三维图

3）皮带跑偏：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机长期在井下巷道中运行，皮带中心线与机架中心线难免会出现偏差，图3为皮带跑偏的三种类型，分别为右偏差、左偏差和蛇形偏差。皮带与机架中心线出现偏差，会引起皮带磨损，严重影响皮带质量，局部有可能将物料散落，也有可能出现整条皮带断带或者受摩擦起火。

图3 皮带跑偏的几种类型

2.3 托辊与机架故障分析

1）托辊故障：皮带机处于井下复杂的工况下，受煤尘、潮湿、其他物体影响，昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机的托辊轴承容易被腐蚀，影响其光滑程度，造成托辊转速出现异常，产生振动或者阻力不一致，致使皮带跑偏。

2）机架故障：昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机的机架是承受整个皮带和物料的基础，皮带机的其他零部件均要依托机架才能实现，机架的好坏和稳定性直接关系着皮带机的稳定和安全。在运行当中，机架故障主要表现为机架变形，因为皮带出现偏差，造成一些连带反应，例如皮带被磨损、打滑、撕裂等，给整个巷道运输带来不稳定因素。

3 安全监测系统改造研究

3.1 皮带安全监测

1）带速监测：为了更好地了解、掌握和控制皮带是否出现打滑或者超速运行，昊兴塬煤矿采用速度传感器实时监测皮带运行状况，经过性能比较，选用GSC6-SC矿用本质安全型速度传感器对DTL120/120/2×560型皮带机进行监测。选用的速度传感器如图4所示。通过速度传感器监测皮带运行速度，安全监测系统对其分析评判，进而控制传动部运行速度。

图4 带速监测传感器

2）张力监测：为防止皮带受张力过大而被拉断或者撕裂，选用液压自动拉紧装置监测DTL120/120/2×560型皮带机皮带所受张力大小。该张力监测装置结构如图5所示，张力监测装置具有占用空间小、张紧力大等优势，拉力传感器与皮带中的钢丝绳连接，可以测得钢丝绳所受力，进而判断出皮带张紧力，随着工况变化不断自动调整皮带的张力。

图5 张力监测装置

3）跑偏与堆煤监测：虽然昊兴塬煤矿DTL120/120/2×560型皮带机每隔一定距离设置了调心托辊，但是由于该皮带机很长，另外井下复杂的条件，调心托辊并不能完全保障皮带不出现跑偏，为此，在皮带的适当位置增设跑偏监测传感器，监测皮带运行状况，一旦出现跑偏情况，安全监测系统会做出相应动作，避免事故发生。

一旦皮带出现打滑、跑偏等故障时，就会造成皮带所运送物料堆积，通常称之为堆煤事故。堆煤还会引起次生的火灾，为严防堆煤发生，在转载处、机头处等合宜位置[6]增设堆煤传感器实时监测，以便安全监测系统掌握、调控，一旦发生堆煤紧急情况，安全监测系统发出报警，这时停机维修，确保生产安全。

3.2 托辊安全监测

因为托辊布置在整个皮带机上，传感器难以监测机架变形，为了确保DTL120/120/2×560型皮带机托辊和机架安全，采用移动分站对托辊和机架进行巡检，该分站可以对托辊和机架所处环境中的温度、瓦斯等信息采集，并配以人工辅助检查，人工检查到的信息也可以同分站一样实时反馈给主站，从而掌握托辊和机架运行信息，为安全监测系统提供基础数据，以便监测系统进行调控。