煤矿井下采区下运胶带输送机的飞车控制

雷振江

（山西省阳泉市华阳集团技术中心 山西 阳泉 045000）

0 引言

胶带输送机具有连续性输送，输送能力大，易实现集中控制且安装可靠等优点，所以现在煤矿大多采用胶带输送机作为井上下输送的主要工具。随着矿井的开采，地质条件的多样性，井下输送的条件各种情况都有，胶带机的下行运行越来越多，而下行运行的飞车事故却得不到很好的控制，这就给胶带输送机的安全运行提出了研究的新课题[1]。本文通过对煤矿井下采区下运胶带输送机的飞车事故分析，并结合自动化的控制，提出改变驱动位置、安装盘式制动器和利用速度保护装置对胶带输送机的运行进行自动化控制，达到安全可靠运行的目的。

1 煤炭企业胶带输送机的现状

随着科学技术的进步，胶带输送机的运输能力越来越大，运量从原来的每小时几百吨到几千吨；功率从原来的几十千瓦到几千千瓦；运输距离从原来的几十米到现在的几千米。运输的方式也多种多样，有上运、下运、平运，还有混合运输[2]。目前煤炭事业正朝着大型特大型，智能化方向发展，传统的胶带输送机已不能适应高产高效，更安全更可靠的需求，胶带输送机的发展前景更为广阔。但我国与国外发达国家相比，还存在很大的差距，尤其在控制方面表现更为突出，因此胶带输送机的控制迫切需要进一步的发展。

2 煤矿胶带输送机的工作原理

煤矿胶带输送机分为DSJ和DTL两类，DSJ是煤矿用伸缩式带式输送机，而DTL是煤矿通用钢架落地式胶带输送机。

胶带输送机的工作原理为：胶带形成一个环形闭合圈，由电机、减速器带动驱动滚筒，驱动滚筒带动胶带做环形运动，物料堆积在胶带上由机尾滚处运至卸载滚筒处，达到运输物料的目的。游动小车的作用是张紧胶带，胶带只有在张紧的状态下使驱动滚筒与胶带之间有足够大的摩擦力才能带动胶带做环形运动，也就是说胶带必须处于一定的张紧力下胶带输送机才能正常工作[3]。

根据强度的不同，胶带用多种材料制成。目前有PVC胶带，PVG胶带，这两种都是用多层织物作为带芯，再在表面注胶而成，这两种胶带的特点是成本低，但强度小的胶囊，因而用于输送距离短，输量小的胶带机。还有ST强力胶带，这是一种用钢丝绳用带芯，用胶胶注而成，这种胶带具有强度高，柔性好的特点，因而适用于输送距离远、输量大的胶带输送机。

3 煤矿胶带输送机的结构及安装模式

胶带输送机的组成分为：卸载部分，由滚筒和卸载架组成；驱动部分，由驱动滚筒（本图为两个驱动滚筒）、驱动架、电机、减速器、高速联轴器和低速联轴器组成；张紧装置，由花架、张紧小车和托带滚组成；以胶带、上下托滚、中间机架、机尾架和机尾滚组成。

传统的胶带输送机的安装模式，卸载滚、驱动滚筒、游动小车等都安装在机头；而机尾只安装机尾滚。这样的好处是驱动滚筒和游动小车都安装在机头，胶带输送机的各种保护安装在驱动滚筒上，便于集中控制和管理。机头安装可识别摄像头，对胶带输送机进行实时监控，如胶带输送机处于故障状态，摄像头识别后，可对胶带输送机进行紧急停车等控制，从而达到智能化控制，这种安装模式在上行运行和水平运行优点尤为突出。缺点是：由于煤矿井下输送的物料为煤炭，且受开采的地质影响，煤炭在开采过程中，不可避免的含有大的水，使胶带上粘水，降低了胶带与驱动滚筒之间的摩擦系数，造成胶带与驱动滚筒之间打滑，造成事故，影响安全运行。对胶带的受力来分析，驱动滚筒安装在机头，只有上层胶带受力最大，而下层胶带无物料，受力较小，延长胶带受命，目前胶带输送机都采驱动滚筒安装在机头的设计模式。

4 煤矿胶带输送机下行运行的事故分析及控制方式

（1）胶带输送机事故的分析

随着煤炭开采量越来越大，开采深度也越来越深，地质条件也越来越复杂，胶带输送机已不在是原来的单一上行运行，混合运行、下行运行相继诞生。下行运行的胶带输送机按传统的方式设计，已不能满足生产的需要，主要是下行运行的胶带输送机驱动滚安装在机头，运输的煤炭如果有水，胶带上的水沿胶带流入驱动滚筒，使胶带与驱动滚筒之间的摩擦系数降低，而此时煤炭与胶带在重力的作用下，产生一个与胶带输送方向一致的分力，再加上原本煤炭在运输过程中的贯性，使胶带向输送方向的力大于滚筒与胶带之间的摩擦力，此时胶带的运行速度大于胶带机输送机的最大速度，而且速度越来越快，最终造成飞车事故。

（2）以实际例子分析飞车事故的危害

榆树坡公司2#煤辅助输送巷，安装一部DTL140/230/2×450的下行运行胶带输送机，由于采区顶板有淋头水，使胶带输送机胶带上时常有积水，使传动滚筒与胶带之间的摩擦系数降低，煤炭在重力的作用下，胶带向下运行，胶带滑行的速度远远大于传动滚筒的线速度，造成飞车。

DTL140/230/2×450的胶带输送机参数：

运量2 300 t/h、运行速度3.8 m/s、带宽1 400 mm、铺设长度880 m、高差-77.350 m、功率2×450 kw、电机工作电压：660/1140 V。

图2 下运胶带输送机的模型图

输送带不打滑条件校核：F2min=Fumax(eμϕ-1)

式中：KA：启动系数，KA=1.5

其中：Fumax=Fu×KA=87456×1.5=131184N

圆周驱动力Fu=87456N

eμϕ：传动欧拉系数

摩擦系数μ=0.3

式中：eμϕ=2.85

传动滚筒围包角φ=200

所以不打滑的条件为：F2min≥70910.28N

但是如果胶带上有水摩擦系数就远达不到0.3，只有0.1甚至更小，这样就不能满足不打滑的条件。而煤矿生产又不可的没有水，所以飞车事故常有发生，依靠现行的运行方式极难控制，给安全生产提出严峻的挑战。

（3）改进方案和实施效果

为了达到安全生产的目的，提出1、把驱动安装在机尾，当机头的胶带运行至机尾时，胶带上的水已基本上没有了，这样可以最大限度地避免胶带上有水；2、在机尾安装盘式制动器和胶带速度保护相结合的方法来达到安全运行的目的。

实施效果：如图1，首先把两个驱动架、驱动滚筒及电机减速器全部移至机尾，重新安装。再次把其中一个机尾驱动滚改造为双出轴驱动滚，在另一出轴端安装盘式制动器。

图1 胶带输送机的结构图

盘式制动器由机械系统、液压系统和电气控制系统组成，它的工作原理是：在轴头安装一个制动盘，在制动盘圆周上安装成组的液压盘闸，当开机时，电气控制发出指今，打开液压盘闸，电机拖动滚筒启动，当需要制动时，液压系统压力减小，盘闸在碟形弹簧的压力下将盘闸压向制动盘，依靠盘闸与制动盘之间的摩擦力来实现制动。电气控制箱配用压力变送器、急停开关、温度传感器，可对皮带机制动情况进行实时监测和动态显示，并能手动、自动和远程自动调整开关盘闸压力，实现皮带保护启停功能。同时还具有油缸温度的检测和保护功能、下运皮带机超速保护功能以及紧急停止保护功能。解决了皮带机启动过程及负载变化过程中皮带机安全起停并平稳运行的问题，使得输送设备能够长期在理想状态下运行。

制动过程：利用胶带输送机的速度保护与盘式制动配合来实现制动。当下行胶带输送机胶带的下行速度超过额定值时，由速度保护器把胶带的速度传递给控制器，控制器发出指令，打开回液电磁阀，回液，输出油压减小，使闸瓦间隙变小，开始制动：当实时采集的速度值大于速度上限值时，进入半制动状态；当实时采集的速度值大于速度保护值，系统立即急停保护；当速度降低到额定值时，速度传感器把信号传给控制箱，再次发出指令关闭回液阀，结束制动，形成闭环反馈。闸瓦间隙和制动闸正压力检测系统，根据速度的大小来调整压力的大小，从而确保胶带速度始终运行在安全范围之内，实现安全可靠运行。

控制箱采用LCD液晶显示模块和LED共同显示的方式来实时显示各输出口动作状态、各种工作方式、工作状态、故障类别以及参数的设置。控制箱有①手动控制/故障复位、②自动控制、③远程控制、④设置四种控制状态。控制状态的切换通过控制箱侧面的波段开关进行切换，具体的位置有标牌指示，并且在切换控制方式时在LCD屏上实时显示所在的控制位置。

经过以上对下行胶带输送机的控制的措施，彻底杜绝了煤矿下行输送机的飞车事故，有效地控制了下行胶带输送机的运行速度，达到了安全可靠运行。

5 结论

经过研究分析，在煤矿对于大倾角，大运量，远距离下运胶带输送机采用驱动安装在机尾，并在机尾驱动滚上安装盘式制动器和胶带速度保护的配合使用，形成速度、压力、电气的闭环控制，杜绝了下行胶带输送机的飞车事，达到了安全运行的目的。这种方式的推广提高了煤矿下行胶带输送机的安全性和可靠性，具有行业推广的意义。