顺槽下运带式输送机飞车原因及其防治措施研究

黄俊杰

（阳泉煤业（集团）煤机装备研究院， 山西 阳泉 045000）

引言

带式输送机是煤矿井下的重要运输装备。据不完全统计，所有采掘得到的煤矿70%以上是通过带式输送机输送的[1]。输送机的正常稳定运行对采煤过程连续性有重要影响。一旦输送机出现故障问题，会导致采煤过程无法正常开展，进而影响采煤效率[2-3]。当前我国采煤技术水平有了显著提升，采煤效率与以往相比得到很好的改善。采煤效率的提高意味着带式输送机的运输效率提升，这对输送机的可靠平稳运行提出了更高的要求[4]。对于顺槽下运带式输送机而言，其工作环境与其他情况相比存在特殊之处。由于是将物料向下运输，装载在皮带上的煤矿物料在自身重力作用下会往下运动[5]。为避免带式输送机运行速度过快，驱动电机提供的是制动力矩。如果电机提供的制动力矩达不到使用要求就容易出现飞车现象，这是顺槽下运带式输送机在运行过程中最容易出现的问题之一[6]。

1 顺槽下运带式输送机概况

顺槽下运带式输送机的作用是将煤矿物料沿着倾斜的巷道自上而下进行运输。这种特殊的运输工况条件与普通的带式输送机运行环境存在显著差异。因为带式输送机运行的动力主要依靠煤矿物料自身的重力，带式输送机的电机反而是起到制动的作用。如图1所示为顺槽下运带式输送机的总体结构图。从图中可以看出，煤矿物料的重力分量与带式输送机的运行方向相同。输送机主要由驱动滚筒、卸货滚筒、皮带和张紧绞车等部分构成。驱动装置可以根据情况安装在机尾部位或者机头部位。由于煤矿物料自身重力分量会使带式输送机产生加速度，为了保证输送机的稳定运行，驱动电机通常情况下处于制动发电状态。如果由于外部因素导致电机突然无法正常工作，带式输送机失去制动，其运行速度将会越来越快，最终出现飞车安全事故，对输送机设备造成严重不良影响，严重时还会对井下工作人员的生命安全构成威胁。

很长一段时间以来，飞车事故都是威胁顺槽下运带式输送机安全稳定运行的重要因素。所以有必要对飞车现象产生的原因进行深入分析，只有这样才能够更好地解决飞车问题，保障顺槽下运带式输送机的安全运行。

图1 顺槽下运带式输送机总体结构

2 顺槽下运带式输送机飞车根本原因

带式输送机在稳定运行过程中，各种作用力对输送机产生的力矩矢量和应该等于零。如果外界作用力产生的力矩矢量和不为零，带式输送机必然会产生加速度或减速度，运行状态无法保持稳定。输送机正常运行时的加速力矩主要是煤矿物料重力分量产生的力矩，见图1。制动力矩主要包含三个方面，分别为皮带与滚筒和托辊间的摩擦力矩、制动器的制动力矩、电动机的制动力矩。当带式输送机的加速力矩和制动力矩相等时，两者保持平衡，此状态下带式输送机能够保持稳定可靠运行。当带式输送机的制动力矩大于加速力矩时，带式输送机将会处于制动状态，运行速度会逐渐降低，直至彻底停止运行。当制动力矩小于加速力矩时，输送机的运行状态会失去平衡，处于加速状态，皮带的运行速度会越来越快。直到煤矿物料运输至卸料部位，将煤矿物料卸载后，煤矿物料重力分量引起加速力矩减小，其速度才会逐渐降低，该现象就是所谓的飞车现象。

基于以上分析可知，导致带式输送机发生飞车现象的原因可归结为两大方面。第一为煤矿物料重力分量导致的加速力矩太大，出现这种情况的原因是输送机实际运载的煤矿物料总量超过了额定值，发生了超载现象。第二为制动措施产生的制动力矩太小，皮带与滚筒、托辊间的摩擦系数小，皮带、滚筒、托辊表面出现严重磨损，滚筒和托辊表面潮湿时都有可能导致这种情况的出现；制动器无法提供要求的制动力矩；电机无法提供要求的制动力矩，比如电动机突然断电等。上述三个原因都是导致输送机出现飞车现象的主要原因。

3 顺槽下运带式输送机飞车防治措施

通过上文的分析可以知道，导致带式输送机出现飞车问题的原因主要有两点，分别为带式输送机超载和制动力矩不足。因此，可以基于以上两点开展飞车防治工作。

3.1 严格控制带式输送机的运载量

应该加强带式输送机的日常使用管理，严格控制输送机单位时间内的煤矿物料输送量，不得出现超载问题。煤矿物料在皮带上的装载应该尽可能均匀，避免出现局部区域堆积的现象，否则不利于带式输送机的稳定运行。另外，在满足实际使用需要的前提下，为提升带式输送机的安全系数，尽可能减小单位时间内的煤矿运输量。

3.2 增加带式输送机的制动力矩

1）使用阻尼托辊。皮带与托辊间的摩擦阻力是带式输送机制动力矩的重要构成部分。对于顺槽下运带式输送机载重比较大的区域，可以使用阻尼托辊，通过这样的措施能够显著提升皮带与托辊间的摩擦阻力，从而加大制动力矩，缓解电动机的制动输出，提升输送机运行稳定性。如图2所示为阻尼托辊结构示意图，托辊总体上为钢结构，由多个结构件构成。主要由托辊管体、轴承和轴套、轴承座和阶梯轴构成。该类型托辊在正常工作时，轴承座内轴与轴套之间会产生较大的摩擦力、止推轴承端面与轴套端面间同样会产生较大的摩擦力。且由于使用的材料特殊，摩擦系数比一般材料的摩擦系数要大2～3倍，摩擦系数可以达到0.03左右。

2）选用KZP盘形制动器。制动器对于带式输送机的安全运行至关重要，尤其是顺槽下运带式输送机制动器尤为重要。制动器位置的选择会影响其制动效果，为了达到理想的制动效果，制动器应该装设在传动滚筒侧。实践经验表明，KZP盘形制动器能达到非常好的应用效果，其优势主要表现在以下几点：第一，液压制动器能够快速贴合制动盘，但不会造成非常大的冲击，能实现一级制动到位，保障了制动过程的安全性；第二，制动液压系统通过双回路结构进行工作，当主用回路结构出现故障时，备用回路结构能马上投入使用，确保了制动装置的运行可靠性。即便在突然停电的情况下制动器还可以通过蓄能器继续进行工作；第三，制动过程会产生大量的热量，如果不及时进行冷却就会影响制动器的效果，严重时使制动器损坏无法正常工作。KZP盘形制动器具备有自我冷却效果，通过这种设计能提升制动器的运行可靠性。

3）选用功率更大的电动机。电动机功率越大，能够提供更大的制动力矩。所以在对顺槽下运带式输送机进行设计选用电动机型号时，应该适当增加安全系数，选用功率更大的电动机，以提升输送机的运行可靠性。另一方面，要确保电动机供电的可靠性，采用双回路供电。当主供电线路出现故障问题无法正常供电时，备用供电电路能够马上启用，避免由于断电导致电动机无法工作，使得带式输送机失去控制。

4）设计带式输送机运行速度监控系统。可以通过专业的传感器对带式输送机的运行速度进行监控。一旦监测发现输送机运行速度出现异常，就采取措施对其进行自动控制。如下页图3所示为顺槽下运带式输送机运行速度监控系统原理示意图。

图2 阻尼托辊结构示意图

4 结语

顺槽下运带式输送机工作环境比较特殊，使用过程中容易出现飞车问题。出现飞车问题的根本原因在于，皮带上面的煤矿物料重力分量产生的加速力矩超过了带式输送机的制动力矩，使输送机运行速度越来越快。结合实际情况提出飞车防治措施，主要包括严格控制装载量避免出现超载现象、使用阻尼托辊、选用KZP盘形制动器、选用功率更大的电动机并确保供电可靠性、设计带式输送机运行速度监控系统等。采取以上措施后，有效缓解了带式输送机的飞车现象。

图3 顺槽下运带式输送机运行速度监控系统原理示意图