基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱设计及应用

闫利鹏

（山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司，山西 吕梁 035200）

引言

带式输送机是煤矿应用非常广泛的物料连续转运装备，具有高带速、大流量的特点。在生产过程中，由于开采工艺或者其他原因导致很多煤炭含水率较高，在经过抛料滚筒卸料后还有一些残存的湿黏物料黏结在输送带的承载面，输送带在经过回程托辊时黏结在承载面的湿黏煤逐渐脱离输送带形成回程“甩带煤”，这部分物料在回程托辊处淤积，影响托辊的使用寿命，同时很容易造成输送带跑偏、打滑等问题。

本文研究了一种新型的带式输送机自动清扫箱，并成功应用于某煤矿带式输送机，为解决带式输送机回程“甩带煤”问题提供了新的思路。

1 现有带式输送机回程皮带“甩带煤”清理技术

目前，对于回程输送带的“甩带煤”问题，一般采用的技术为在头部抛料滚筒处安装H型或者P型清扫器，清扫器刮片的材质可以选择为聚氨酯或者硬质合金。煤炭从翻卸到转运至堆场需要经过多级输送带，这个转接环节是通过转接溜槽实现的，而H型和P型清扫器也是安装在转接溜槽内部。由于转接溜槽头部空间有限，一般也只能安装一道H型清扫器和一道P型清扫器。由于输送带带速较高，瞬时流量较大，仅依靠安装于头部溜槽内部的H型清扫器和P型清扫器难以将黏结在输送带表面的湿黏煤和煤粉完全清理干净，输送带回程“甩带煤”问题也就无法根治。

2 基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱设计

2.1 空气炮助流的自动清扫箱设计

针对上述问题，设计了一种采用空气炮技术的自动清扫箱，如图1所示。在头部抛料滚筒处安装第一级聚氨酯刀头清扫器，在头部滚筒正下方安装高压水刀，当PLC接收皮带启动信号后，高压水刀通过其扇形喷头对皮带进行冲洗，利用水的喷射压力对黏结在皮带表面剩余物料进行稀释润湿，然后经高压水刀后方安装第二级合金刀头清扫器将含水物料清除至头部漏斗内部，减少向后带料的概率。在头部溜槽外侧设计辅助集料斗，用于安装清扫器并收集物料，在洗带箱下部、回收溜槽体后部设计有高压空气炮强制清料装置，在辅助集料斗内部串联安装二级合金刀头除水清扫器和二级聚氨酯刀头除水清扫器，该两套清扫器同时用于清除黏结在皮带表面的含水物料，并掉落至辅助集料斗内部。集料斗内部安装空气炮的喷气单元，可在集料斗底面与物料之间形成高压空气流，将物料强吹至溜槽内部。

图1 技术原理图

图2所示为基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱三维模型，箱体采用分体式设计，中间通过法兰形式连接，便于安装和维护。积料箱下斗体采用倾斜式的设计方式，与水平呈20°夹角，可以保证清扫器刮下的部分煤泥和水在倾角的作用下自流至溜槽内部。

图2 三维模型图

2.2 电气控制系统设计

系统的控制逻辑分为皮带信号连锁、设备启动与备妥、主阀与空气炮充气阀运行、空气炮释放以及反冲洗等。

皮带信号连锁控制是将皮带机实时运行的状态信号反馈至变电所的PLC之后，再通过变电所与转接塔的中转微型PLC及空气炮设备自带PLC之间的通信，完成皮带机实时运行状态的信号传递，如图3所示。

图3 皮带信号连锁控制

设备启动与备妥控制分为远程自动启动模式和本地手动启动模式，通过两种启动方式的任何一种完成设备启动后，设备会进行模式自检测与皮带机信号检查，如图4所示。

图4 启动与备妥控制

主阀与空气炮充气阀运行控制的功能是在设备满足运行状态的条件下，自动启动物料回收系统的水路控制主阀门，对洗带箱箱体及落料斗内进行喷淋清洗。同时启动空气炮充气控制阀，为空气炮的储气罐进行充气加压，将储气罐内的气压值提升满足空气炮释放的状态，控制逻辑如图5所示。

图5 主阀与空气炮充气阀控制

空气炮释放控制同样分为远程自动运行和本地手动运行两种状态。当处于自动运行状态时，空气炮的释放周期可通过系统的上位机控制器触摸屏进行单独设定；当系统处于手动运行状态时，可通过操作人员对触摸屏内的按键进行点击操作，如图6所示。

图6 空气炮释放控制

反冲洗控制是在空气炮物料回收系统完成卸车作业后停止使用时，停止水路主阀门的同时启动反冲洗控制阀，这一功能将储气罐内的剩余气体释放干净，达到降低储气罐内部气压的作用，如下页图7所示。

3 基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱现场应用及效果

3.1 现场应用情况

图7 反冲洗控制

“基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱”应用于某煤矿BF5带式输送机上，BF5带式输送机带宽1.8 m，带速5.04 m/s，额定流量5 400 t/h，最大流量6 400 t/h。自动清扫箱主要技术参数如下：水刀喷水流量0.5～0.7 t/h；空气炮气罐容积1 m3；空气炮安全阀门压力8 MPa（80 bar）；水压要求0.4～0.6 MPa；气压0.5～0.6 MPa；空气炮工作压力4～5 MPa（40～50 bar）；空气炮反冲时间600 s。

3.2 应用效果分析

对某煤矿BF5带式输送机（采用自动清扫箱技术）与BF4带式输送机（未采用自动清扫箱技术）进行了效果对比分析，统计时间区间为3 d。其中，BF5总通过量为189 600 t，其中湿黏煤种占比为53.16%。BF4总通过量为176 400 t，其中湿黏煤种占比为50.12%。分别对BF5和BF4输送带回程区域的“甩带煤”进行了收集和称重对比，其中BF5带式输送机回程甩带煤总质量为2.97 kg，BF4回程甩带煤总质量为107.14 kg，两者万吨洒漏率分别为0.001 6%和0.06%。

综上可见，采用了基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱的带式输送机对于治理回程“甩带煤”具有良好的效果，能够大大减少人工清扫量[1-3]。

4 结语

基于空气炮技术的带式输送机自动清扫箱可以有效清扫残存于输送带承载面的湿黏煤和煤粉，并且通过空气炮的强吹将收集的物料回收至溜槽系统中直接进入下级输送带，减少了人工的清理强度，大大延长了托辊的使用寿命，对于改善作业区域的环境容貌具有明显效果。