长距离大坡度下运带式输送机在孟家窑煤业的应用

元松明，寇子明，秦国栋，张立冬

(1.潞安集团潞宁孟家窑煤业，山西 忻州 036700； 2.太原理工大学 机械与运载工程学院，山西 太原 030024；3.山西省矿山流体控制工程实验室，山西 太原 030024；4.矿山流体控制国家地方联合工程实验室，山西 太原 030024)

随着煤矿开采地质条件变化，采区下运带式输送机及运输巷下运带式输送机得到了越来越广泛的运用。下运输送带在软制动技术、四象限变频器能耗回馈等关键技术取得突破，并成功稳定运行以后，其运量大、装载容易、向电网反向发电多等诸多优点也日趋显现。但是，下运带式输送机在现场管理实践过程中仍然需要克服长距离、大坡度、物料滚落带来的断带、失速重大安全风险。现就孟家窑煤业井下采区长距离大坡度采区下运带式输送机在运行实践过程中的一些有效做法以及管控措施进行归纳总结[1-3]。

1 下运带式输送机安装工况

孟家窑煤业公司位于忻州市宁武县境内，开采宁武煤田石炭系2#和5#煤层，煤层倾角在18°～43°，平均倾角为25°，层间距平均为66.19m。孟家窑矿井开拓方式为斜井开拓，主副斜井布置在工业广场内，风井布置在李家山风井场地。井田范围内划分5个采区，首采区布置在11采区，采区内2#和5#煤层采用联合开采布置方式，两个煤层共用一条轨道巷，通过甩车场和石门，实现材料设备运输，另外在2#和5#两个煤层分别布置采区输送带运输巷和回风巷。由于受煤层倾角大的条件限制，采区大巷均采用伪倾斜布置，在两条采区输送带运输巷内分别安装了一部长距离大坡度下运带式运输机。

1.1 11采区2#煤带式输送机

图1 2#煤带式输送机

11采区2#煤带式输送机型号为DTC140/120/3×500，运量1200t/h，输送机长度980m，带宽1400mm，带速0～2.5m/s，平均倾角-22°，局部达到-27°，提升高度为-338.95m，如图1所示，输送带强度ST/S3150，上带采用深槽工艺，如图2所示，机尾设置2个驱动主轴滚筒3套驱动装置，电动机型号YBPT450-4，功率500kW，电压等级为1140V，减速器型号为TSH170F-35.5C，两驱动滚筒主轴上个各串1套盘闸制动器，制动器型号KPZ-1800/630，变频调速电控系统为3套四象限防爆变频器，输送机头部设1套重载车张紧装置，2煤仓容量为800t。

图2 上带深槽托辊组

1.2 11采区5#煤带式输送机

11采区5#煤带式输送机型号为DTL160/150/3×630+1×630，运量1500t/h，输送机长度847m，带宽1600mm，带速0～3.15m/s，倾角-22°，提升高度为-308m，输送带强度ST3150。机尾设置2个滚筒4个电机驱动(运行方式3用1备)，配4套四象限防爆变频器，电动机型号YBPT630-4，功率630kW，电压等级1140V，配2套盘闸制动器(型号KPZ-1800/630)，变频调速电控系统为4套四象限防爆变频器，头部设1套液压绞车张紧装置。卸载滚筒直接布置5#煤仓上口，5#煤仓容量为1000t。5#煤带式输送机输送带缠绕示意如图3所示。

图3 5#煤带式输送机

2 下运带式输送机主要危险因素和预防措施

2.1 断带

断带事故是下运大坡度带式输送机最严重事故，发生断带时，大多数情况处于满载或重载状态，煤炭抛射距离很远，会造成人员伤害威胁，输送带堆叠会造成巷道堵塞，风流阻断等安全风险。另一方面断带带来的机架损坏和修复都将造成较大的直接经济损失，而且修复时间都比较长，影响全矿生产时间至少在15～30d之间，间接经济损失也非常巨大。

断带事故发生的原因，多数情况是由于在不合格的硫化接头运行至驱动滚筒附近位置时，驱动滚筒圆周驱动力大于输送带硫化接头处破断力而造成的[4]。接头不合格和超载是造成断带的直接原因，检修不到位和运行管理不到位是造成事故的主要原因。

断带预防措施如下：

1)加强现场检查、监测，做到早发现早汇报。前一班与下一个班交接时，两班岗位司机协同配合，共同对运行输送带全面检查一次，对输送带和及硫化接头断面磨损情况进行详细认真检查，岗位司机按照接头管理编号顺序将检查情况填写在专用记录台账内，发现异常，立即汇报队部值班室和矿调度室，做到早发现早汇报。每周由机电科主运输专业管理人员到现场检查核实一次，除进行不少于一圈的外观检查核查外，还要监督队组使用钢丝绳在线监测仪进行一次全面扫描检测，对检测结果进行比对分析，确认变化程度。磨损严重或接头变化较大，则上报有关领导，尽早确定检修方案和检修时间，做到早处理。

2)矿井给予集中检修时间，确保输送带不合格接头重大隐患及时消除。生产调度每月根据机电科上报的机电系统各主要设备运行情况和检修计划，给出1～3d全矿井集中检修时间，主运输钢丝绳输送带的检修充分利用好这1～3d的时间进行集中检修，重新硫化一个接头需要24h检修时间，更换一卷输送带硫化两个接头需要48～72h。运输队提前准备材料、硫化设备、人员、编制好检修措施，确保对不合格的有断丝超限磨损严重隐患的硫化接头重新硫化，对磨损严重的输送带进行更换。硫化过程中落实好每一步工艺流程，加强对硫化接头质量的监督。同时，矿井供电系统、大型设备等可以集中开展检修，采掘机械可以开展精细化检修。通过月度集中检修，及时消除设备缺陷和系统安全隐患，一方面提高了矿井机电设备的完好率，另一方面降低了生产期间机电设备的事故率，使得全矿井机电设备检修和采煤掘进生产形成有机结合。

3)合理安排采掘衔接，源头上防止超载。合理布置采掘头面数量以及施工先后顺序是源头控制超载的主要手段。煤矿安全规程规定，一个采(盘)区内同一煤层一翼最多只能布置1个采煤工作面和2个煤(半煤岩)巷掘进工作面同时作业。这就要求矿井做好采掘衔接设计规划，防止在同一个时间段内多头面向一条采区输送带同时装载造成超载。

4)动态管控好综采工作面生产工艺，保证均衡生产，防止运输煤量超载。由于大多数采煤工作面进行三机配套时，工作面主要设备的生产能力大于采区带式输送机的设计运输能力，这就要求综采工作面正常组织生产时，控制好采煤机割煤速度，对于综采放顶煤工作面还要制定好放煤工艺，对放煤窗口大小和放煤口数量明确规定，控制好单位时间内生产量。

5)采取技术措施和管理手段，动态控制采区输送带拉运煤量，预防超载。将所有向采区输送带装载的采掘面运输巷输送带开停信号和闭锁装置集中安装在采区输送带司机操作台处，输送带司机在操作室可以一目了然观察到采掘头面带式输送机的开停状态。另外在集控台安装电流过载声光报警装置，运行电流值超过设置值，报警装置预警，输送带司机按照超载量限序表，对拉运的采掘面运输巷输送带进行停机闭锁控制，现场动态管控好采区输送带的拉运载荷。综采面煤流大小通过集中通信系统对各设备的过载电流进行预警，通过预警采煤机司机放慢采煤机牵引速度，放煤工减小液压支架放煤窗口的放煤量。

公司赋予下运输送带岗位司机对采掘面巷道输送带动态管控权利，岗位司机执行先闭锁后汇报制度，采掘面输送带因前级闭锁停机后，由调度值班员对于采掘面输送带二次开启顺序进行协调，做到避峰运行，确保采区带式输送机不超载。

2.2 输送带失速并加速度下滑

采区带式输送机正常运行过程中一般不会发生失速现象，通过现场运行观察总结发现，下运带式输送机在重载情况下突然停车后，在二次启动时才发生失速下滑现象，其原因是由于液压盘闸松闸时间与变频电动机给电时间设置不好，变频电动机在未产生励磁的情况下，制动闸已经完全松开，造成了输送带失速并加速下滑现象[5]。

输送带失速下滑预防措施：

首先，尽可能避免重载突然停车，主要包括：①带式输送机相关保护设置上，尽可能设至为延时停机，不要设置紧急停车；②设计上保证下运输送带卸料口有足够的容量，最好是设计为一定容量的煤仓；③入料口要大，防止大块矸石或杂物堵塞煤仓落料口；④在采掘面运输巷输送带上方安装隔爆除铁器，过滤工作面出来的废弃锚杆等铁器，防止堵塞卡口[6]；⑤采掘面工作巷安装使用破碎机，加强对大块矸石的源头控制；⑥采区输送带司机每次停机前要将输送带上煤炭卸空。

其次，设置好液压盘制动与电控起停车的配合时间参数，主要包括：①采区下运带式输送机安装完成以后要进行空载、正常载荷、过载载荷试验。通过试验调好液压盘闸控制与变频器的配合时间参数；②要调整好启动并达到设定速度的加速度时间参数和停车前减速度时间参数。

2.3 喉震

喉震是指下运带式输送机开机时，液压盘闸制动系统与变频电机控制系统配合不好，产生的震颤现象。喉震现象容易引发输送带断带危险。

喉震现象预防措施：

喉震现象产生的原因大多是液压系统出现故障导致的，如电磁阀24V继电器触点粘连，传感器信号中断，PLC控制器故障、盘闸油路泄漏、盘闸内弹簧疲劳等。加强液压系统检修，防止漏油，观察压力表压力，定期切换工作泵运行方式，可以预防喉振现象的发生。

注意事项：一旦发生喉振现象，现场必须立即停机，等待专业检修人员到场检修，不允许尝试多次启动，否则容易发生电网顶闸和断带事故。

2.4 下运输送带物料滚落

块状并接近球体物料在下运输送带上装载时，由于物料与输送带接触面积小，带面摩擦力小于物料下滑力而造成的物料顺着输送带面向下加速滚动，甚至跳动离开输送带装载面的现象。

下运输送带物料滚落措施：

依据现场下运带坡度大小不同条件，在上输送带上方每隔9m设置一条盖带装置。装置架可以单独设置，也可以安装在机架上，盖带使用矿井采掘面退下来的废旧输送带，一头悬空固定在盖带架横杆上方，另一头直接拖在上输送带面上，每条盖带长度可选择6m。运输物料时，滚动物料钻入盖带下面，由于盖带作用，将物料与上输送带面压紧贴实，从而不会再发生滚落现象[7]。

通过安装自制使用的盖带装置，有效的防止了物料滚落现象，给现场安全运行和检修创造了有利条件。在带式输送机加工制造时可以要求厂家在出厂时，设计并加工制作好盖带架，安装使用时穿上盖带即可。

另外，日常运行时，由于物料长时间与盖带产生摩擦，盖带需要定期更换[8]。

2.5 电控系统故障

下运输送带必须使用四象限变频器电控装置，随着装载物和输送带运行速度的变化，变频器存在一会做正功一会做负功现象。空载或轻载时一般做正功，电动机输出机械能克服输送带与滚筒的摩擦阻力运行；当满载或过载时电动机做负功，物料从高位运输到低位，重力势能通过电动机变频器和电控系统转化为电能，变频器处于逆变发电状态。

矿井电网电压波动会对四象限变频器发生运行产生影响，为变频器供电的并列运行的移动变电站变比和阻抗参数存在差别，多电机驱动控制系统还要进行功率平衡，斩波和逆变对电网产生的谐波等多种因数均对变频器、滤波器产生影响，实际运行过程中，层发生过移变和高压开关三相不平衡漏电顶闸，IGBT功率器件损坏，整流测充电回路限流电阻损坏等故障[9-11]。四象限变频器电控原理如图4所示。

图4 四象限变频器电控原理图

电控系统故障预防措施：①变电所值班员随时观察系统电压实时调整矿井主变压器油载调压开关等位，确保用电侧电压在电器设备允许幅值之内；②多电机驱动下运带式输送机在配置移动变电站时，选择同型号、同厂家、同一批次、相同阻抗的设备；③多电机驱动并列运行的移动变电站现场必须做到调节电压档位相同；④变频器工作环境选择在专用硐室，通风良好，没有煤尘的场所，要定期对散热系统进行检查检修；⑤设计厂家还要针对多电机驱动四象限变频器在电网电压波动情况下继续开展技术公关；⑥同一部带式输送机选择的变频器、电抗器参数也必须相同，输出厂前必须进行不同工况电气性能参数调整和电气试验；⑦加强机电维护技术培训，加强关键部位配件的备用，减少因电控系统故障而影响矿井生产时间[12-15]。

3 结论

1)根据孟家窑煤业11采区5#煤输送带运行电流电压数据分析统计，正常运转情况下每日可向电网反馈发电3.0×103kW·h左右，年均发电2.25×106kW·h，发电效果明显。

2)与上运输送带相比，下运输送带特点装载容易，过载能力强也是一项较大优势。

3)与上运输送带相比，下运输送带底带受力大，要求底托辊强度大，底托辊间距由3.0m缩小为1.5m，另外，在变坡段集中安装∅400mm的地台滚筒替代底托辊，解决变坡段底托辊强度不足问题。

4)与上运输送带相比，下运带式输送机只要保证机架安装基础牢固，机架强度大，就可以有效减少机架震动，下运输送带运行速度可以由2.5m/s提高至3.5m/s，运量也将大幅提高。

5)通过加强下运带式输送机的安全管理，在实践中不断摸索其运行特点，加上不断地改造和创新管控，长距离大坡度下运带式输送机是可以安全运行的，可以满足安全生产能力要求。