煤矿用DSJ90型带式输送机技术改造及其应用效果分析

刘 璐

（晋能控股煤业集团麻家梁煤业有限公司，山西 朔州 036000）

引言

随着我国城镇化进度建设的加快，对煤炭开采总量以及生产效率有了更进一步的要求。矿井内所有机械设备都应符合高效率化以及安全性的技术标准，尤其是煤炭输送系统的效率非常关键。作为输送系统的关键设备——带式输送机承担着运煤的重任，将煤炭从矿井内运送至规定的地点[1]。随着开采环境的不断恶劣，地层条件的多变复杂性，使得带式输送机在作业过程中的从容性有所欠缺。由于工作面巷道的限制，带式输送机只能直线运输，当遇到需要急转弯或连续转弯的情况时就会变得很困难并且造成了能耗的浪费。因此，以DSJ90型带式输送机作为研究对象，从带式输送机的整体结构设计方面进行技术改造，并结合电气设备自动化的设计，全面提升带式输送机对矿井的适用性，并在实际工程中发挥出良好的效果。

1 DSJ型带式输送机设计背景简介

1.1 工况条件

DSJ90型带式输送机在某煤矿工作时，会遇到三次转弯运输过程，转弯的角度分别为21°、25°、25°，三段转弯的总长度为214 m[2]。该型号输送机在转弯时会对皮带进行搭接，皮带前后的运转电机功率不一致，在转载煤炭时会造成能耗的浪费。该煤矿安装有两台DSJ90型带式输送机和一台SGB770/80T型刮板输送机，总体输送长度为560 m。但是三台输送机均未实现自动化集中控制，每个输送机由一个技术工人控制，在协同操作和信息报送方面存在滞后性，缺乏统一的集中控制。

1.2 设计方案总体概述

DSJ90型带式输送机主要由机头、机身、机尾三个主要部分组成，可分别对三个部分的结构设计进行考虑[3]。一是机头部位：DSJ90型带式输送机的输出功率较大，遇到短距离大转角输送时，可减小电机驱动的功率，配置更小体积的减速器箱体，皮带张紧装置与机头部位进行有效衔接。二是机身部位：机身部位可有效的对H架与纵梁的数目进行增减，从而达到输送机伸长和缩短的目的。三是机尾部位：DSJ90型带式输送机的机尾由十个基尾架组成，保证了整体的钢度和强度，为了缩短在转角处的安装距离，可以增加锚杆的方式代替机尾架的安装，机尾架结构示意图如图1所示。

图1 DSJ90型带式输送机机尾部分示意图

结合总体方案构想及工况情况，为了使得带式输送机的安装长度缩短至15 m，可改变输送机的驱动机构，对机头架和张紧装置进行优选，同时对机尾的托辊进行重新设计。

2 带式输送机转弯装置设计

2.1 托辊组结构设计

为了提高带式输送机的适应性，首先应对其转弯装置进行技术改造，能够更好地满足矿井内弯转的工作面。影响带式输送机转弯运输性能的为托辊组，通过改造托辊组并且加装强制转换的装置，当带式输送机在小于45°时能够轻松实现转弯运输[4]。

托辊组结构设计主要根据转弯半径确定。托辊组的吊钩、增设立棍和弹性支撑结构也对整体结构的转弯通过性造成影响。可以增设立棍结构实现带式输送机在弯曲通道的强制转弯，由于皮带空载时，皮带下支撑的弹簧收缩量较小，如果缩小皮带内曲线夹角，可以实现增加离心推力的目的。利用托辊组倾角与皮带支撑力的关系特性，将托辊组的内曲线夹角缩小，如图2所示。

图2 托辊组内曲线夹角缩小示意图

2.2 强制转弯装置设计

DSJ90型带式输送机在面对不同的转弯角度时，如果采用不同的托辊组，不仅将增加成本，而且对工作效率造成较大影响。通常在托辊组下部安装方便调节的托辊支架，常用的支架造型为三角形或直立结构[5]。前者结构的稳定性较好，但是无法有效保证两侧倾斜支撑的对称性；后者结构简单，但受到侧向作用力时容易发生偏转。因此将两者结构进行结合优化，形成如图3所示结构，其中两侧结构为立辊，上侧结构为压辊，适用于转弯角度大的地形条件。

图3 托辊支架结构优化示意图

3 集中控制系统设计

3.1 集中控制系统设计要求

带式输送机的技术改造不仅包括零部件设计，还将实现电气自动化的集中控制功能。集中控制系统的信息采集将依靠布置在关键点位的传感器实现。根据工况条件，采用PLC配合传感器将实现低速打滑保护、温度超高保护、卸煤堆积保护、粉尘烟雾保护、跑偏保护、撕裂保护、拉线急停保护等功能。同时控制系统的设计目的是矿井技术员控制多部输送机，还需要具备的功能：一是对输送机高度的集中控制；二是并且有显示器实现人机交互的信息读取；三是可扩展性较强，能够为未来升级提供余量并且为隔爆本质安全型设备。

3.2 集中控制系统总体设计方案

根据矿井工作面内带式输送机的安装位置，带式输送机机头位置安装PLC的控制器，形成多功能控制器总站与分站的连接网络并且具有保护功能。但是矿井内不仅有带式输送机，还有刮板输送机，由于刮板输送机不接入集中控制系统，需采用人工控制[6]。整体系统的通讯采用抗干扰性较强的RS-485通讯电缆，有显示器及时报送输送机的运行状态。配备按钮对带式输送机的关键动作实行操作，控制系统设计图如图4所示。

图4 带式输送机集中控制系统设计图

4 技术改造应用

4.1 强制转弯托辊组的应用

带式输送机强制转弯装置为图5中的结构造型，按照设计制造出工程实物。在DSJ90型可伸缩带式输送机转弯处，按要求铺设转弯段中间部分，将转弯装置按设计参数固定在转弯处中间架的纵梁上，通过多组装置组合使用，实现转弯目的，如图5是在某矿井下使用的转弯装置。

图5 强制转弯装置应用图

在应用中发现托辊组安装角度难把握，很难精准安装；转角较小时，可以实现非强制转弯；转角较大时，飘带现象严重，飘带处需加压辊；转角较大时，转弯处中间架不稳定，须加固定约束。

4.2 集中控制系统的应用

输送机集中控制系统总站处可实现集中顺序控制、集中单独控制和就地控制三种工作模式，控制模式切换依靠操作箱完成，分站处可实现检修模式。操作人员可以通过显示屏直观获悉带式输送机检修、运行状态。

5 技术改造应用效果

为了提高带式输送机的运输效率和整体结构对于煤炭开采环境的适应性，对带式输送机进行了技术改造研究。一是设计加工带式输送机强制转弯装置，成本低廉。装置节省安装工时，同时减少一部或多部带式输送机入井，降低电能损耗、节省维护费用；二是输送机集中控制系统自使用以来，每年每套设备平均可节约人工4 000人以上。研究成果为煤矿行业对开采机械设备的技术改造提供了改进思路。