煤矿胶带运输机机电一体化改造探究

唐印伟

（黑龙江龙煤集团鹤岗矿业有限责任公司，黑龙江鹤岗 154100）

在煤矿机电一体化发展不断深化的过程中，煤矿生产中的胶带运输机应用量不断增加，在煤矿生产领域展现出了良好的应用价值。得益于科技的持续发展，胶带运输机逐渐呈现出自动化、远距离传送的发展趋势，并且运量逐渐增大，运行功率逐步提高，与煤矿高效生产要求间的适应性不断切合。通过分析当前煤矿生产中胶带运输机的应用现状发现，卸载点皮带架常会发生倒塌现象，制约了煤矿机电一体化生产的正常推进。煤矿必须采取适合的方式实施胶带运输机的机电一体化改造，从而推动煤矿生产技术创新发展。

1.煤矿生产中胶带运输机的应用现状

在煤矿生产中，胶带运输机设备的引入利弊共存，但优势更为显著。在信息技术发展的同时，煤矿生产逐步实现了机械化，应用胶带运输机运送煤炭，能够有效提升煤炭的生产效率及质量，具有节约煤矿开采成本、人力资源管理成本的优势，可为煤炭企业物料运送自动化的实现提供有力支持。胶带运输机在应用过程中，运送距离的长短决定着运输机的运量大小及运送速度，因而在煤炭生产实践中胶带运输设备的应用效率不一致。胶带运输机属于连续性运输设备，应用稳定性强、安全性高，是高效运输设备之一。其应用优势在于可实现远距离、大量级运送，易于自动化与集中化控制，然而在应用过程中效能不足的问题时有发生。如在运送煤炭过程中若存在大体量的矸石，在各个卸载点，其下落时会对皮带支撑托辊产生较大的冲击，会使托辊架出现整体倾斜现象，正常的煤炭生产秩序会遭到破坏，影响后续生产顺畅与安全生产。因此，煤炭胶带运输机的机电一体化改造势在必行。

2.煤矿胶带运输机机电一体化改造的实例分析

2.1 实例工程情况介绍

某煤矿为增强煤炭运送能力，实现远距离、大体量的煤炭运送，建设了煤炭运输系统，此系统共包含4个主要部分：（1）上仓皮带；（2）主井皮带；（3）一部皮带；（4）二部皮带。此煤矿应用了多种型号的胶带运输机，运输总距离高达6100m，胶带运输机的平均运力约为每小时2500t。相较于其他运输方式而言，此煤矿中引入胶带运输机后运送效率有所提升，极大地节约了煤炭开采现场的空间，并可一次性完成大体量的煤炭运送，能向较远位置处运送煤炭。此外，在自动化技术支持下实现了煤炭生产运输的一体化发展。

2.2 煤矿胶带运输机机电一体化改造的原因

在煤矿生产中，胶带运输机的应用效果显著，既提高了生产效率也节约了生产成本，然而在胶带运输机应用过程中却存在较大的故障发生率，一旦故障问题出现，需要停机修理，若故障较为严重或是相关配件缺失，可能需要较长时间才可恢复正常运力，在此期间需要换用其他方式运送煤炭，会增大运送成本、降低运送效率。与此同时，由于胶带运输机故障原因导致煤炭运送中断，一些开采完成的煤炭无法及时运出井下，会因煤炭堆积量过大而影响生产正常运行。经分析，胶带运输机的故障当中最为常见的是托辊倾斜或倒塌。煤炭运送至卸载区域时，因冲击导致的皮带支撑架托辊倾斜现象时常发生，会因托辊架倒塌而引发严重的生产事故，且煤炭运量增大或运送距离增加时，必须修正相应参数，因而卸载点皮带架出现故障的风险系数也会随之提升。

2.3 胶带运输机机电一体化改造的原理

为保障煤矿胶带运输机的持续性与高速性运行，防止大体积煤块或矸石掉落对胶带运输机产生强力冲击导致托辊倾斜倒塌问题出现，煤矿企业需要改造优化运输机的性能。改造时要对设置于胶带运输机卸载点的前托辊架进行抗冲击改造，使之具备更强的高速度冲击抵抗能力，以便于在大块煤矿或矸石掉落之时能够通过有效分散冲击力防止托辊架被撞倒，进而保障皮带架运行的稳定性与顺畅性，有效降低运行中的事故发生[1]。

2.4 煤矿胶带运输机机电一体化改造的具体路径

在煤炭生产过程中，需要针对胶带运输机机电一体化运行中存在的问题展开有针对性的深入分析，通过追溯问题发生原因，制订可行的改造方案，通过胶带运输机功能优化为机电一体化的实施与推进产生促进，从而增强机电设备运行的顺畅性与连续性。

2.4.1 明确具体的改造目标

通过分析本煤矿企业所应用的胶带运输机发现，由于胶带运输机的各个皮带间未做有效连接，一些卸载点的高度并不一致，导致卸载点存在一定的高度落差。在此原因影响下，胶带运输机以较快的速度运行时，在上部皮带作用力及自身重力因素影响下，一些大体积煤块或矸石从上部皮带落至下方皮带时会出现较大的冲击力。原本处于低速运行的煤块掉落至传送带后，会因突然性的速度提升而增大运输机平行及竖向2个方向所承受的作用力，会对胶带运输机带来较为强烈的冲击。虽然煤炭企业安装胶带运输机时，根据规定和要求设置了缓冲装置，并且采用高坚固性铁链对缓冲装置做了加固处理，但是在长时间的高强度冲击下，胶带运输机上的皮带仍会出现程度不一的受损现象，主要体现为皮带变形或倾倒。在煤炭生产中，工作人员需要定期检查与更换胶带运输机受损老化的皮带，否则皮带变形之后，若再一次受到大块煤炭或矸石的冲击，皮带架可能会严重受损，碰撞或磨损较为严重的皮带不具备良好的承重能力，会因运输机无法正常运行而导致煤矿机电一体化生产被迫中止。为此，本煤矿企业的胶带运输机机电一体化改造应以设备开机率提升为重点，要对托辊及皮带架的耗损进行控制与延缓，保障煤矿企业的生产效益[2]。

2.4.2 科学制订胶带运输机机电一体化改造方案

（1）重新设置与连接托辊架。煤炭开采之时，明确了胶带运输机故障发生原因，且确定了运输机改造目标之后，应结合煤炭企业以往的生产经验，对当前胶带运输机的机电一体化方案进行科学调整。针对本煤矿卸载点皮带架倾倒的问题，需要将托辊架作为改造方案的重点，要有效分摊托辊架的横向冲击力。由于本工程要保证运煤效率，且块煤运送效率也不能降低，因而不可调整煤矸的流速以及流量，也就是说，卸载点仍需要承受一定的煤流冲力[3]。在此种境况下，要确保卸载点前托辊架具有较强冲击力承载能力，方可防止因高冲击力撞击导致托辊架受损，需要向与之相邻的托辊架分摊横向冲击力，因此需要重新设置卸载点漏煤斗之前的托辊架，并对其做合理的连接过渡，从而实现冲击力的水平转移。此方案可最大化实现托辊所受冲击力的转移，且可使皮带自身的抗冲力能力得到有效增强。

（2）应用高抗冲击能力部件。在胶带运输机改造过程中，除冲击力的横向转移外，还需要通过优质托辊连接材料应用增强其抗冲击能力，即应筛选具备高抗冲击能力的材质作为连接件制作材料，综合本煤矿单位的经济条件，结合冲击承受能力，最终确定以50方钢制作连接件[4]。有2种可行的连接方法：第一种方法是直接连法，即先按照相邻2个托辊之间的间隔距离计算方钢材料所需长度，注意切割时应将焊接接头的搭接尺寸计入其中，方钢长度应为15.5m，而后再利用焊接方式将切割完成的方钢分别焊在2个托辊之上。第二种方法是螺栓焊接法，以10#钢板作为连接材料，切割为长为15m、宽为5m的矩形钢板块，利用钻机在矩形块上钻出螺栓孔，螺栓孔的尺寸应设置为M16。将加工完成的矩形块分别放置于50方钢两侧，利用焊接的方式将之连接于方钢之上，而后再将之固定于相邻托架之上。通过螺栓固定与焊接方法的联合应用，利用方钢与块状钢板的结合实现对相邻托辊架的有效加固。

2.4.3 2种连接方案的优劣分析

连接过渡相邻托辊、选用高冲击力托辊连接材料这一胶带运输机机电一体化改造方案的提出，基本上可对之前胶带运输机易出现故障的问题有效解决。在实际应用中，由于存在2种不同的托辊安装连接方法，在煤矿企业所选用施工方案不一致的情况下，所取得的效果也可能存在差异。需要针对这2种托辊连接方案的优势对比分析，进而得出最为高效、成本最为节约的连接方案。

（1）焊接连接法。直接连接法由于采用的是相对简单的焊接方法，因而操作流程并不繁琐，无需多道工序，可直接按需要的长度切割方钢，而后直接运用焊接方法在相邻托辊架上完成方钢的焊接即可。不仅可节约连接施工的时间，并且施工过程相对便捷，所应用的施工材料也相对较少，可最大程度地节约改造施工的时间成本、材料成本与人工成本，能在更短的时间内恢复工期，为煤矿胶带运输机快速恢复运行提供保证[5]。采用此种方法连接的托辊结构具备良好的稳定性，然而其不足之处是焊接施工中需要用电并且产生火花，存在一定的隐患。

（2）螺栓焊接法。螺栓焊接由于应用了螺栓锚固与焊接加固2种不同方法，除了要应用方钢之外，还需要应用10#钢板。施工工序方面，除了与直接焊接法同样需要切割方钢之外，还多了加工钢板、钻取螺栓孔2个环节。除此之外，还需要将切割加工完成的钢板块利用螺栓锚固在方钢之上后，再采取焊接的方式将矩形块焊接在相邻托辊架上。如此一来，施工工序增加，施工材料成本会有所增加，施工人员的工作量也更大，施工时间也相应延长，会延缓胶带运输机恢复运行的时间，降低煤炭企业的经济效益。虽然应用此种连接方法会增大托辊架结构的复杂性，且皮带架稳定性不如直接焊接法，但是此结构也具备一定优势，主要是拆卸更加便利，更换相对简单。

2.4.4 最佳连接方案确定

结合本工程煤矿胶带运输机的布设情况分析，本工程结合应用了直接焊接法与螺栓焊接法2种连接加固方式[6]。对靠近卸载点漏煤斗的托辊架采取了直接焊接50方钢的连接方法，这是由于这些位置处的4个托辊架需要承受更高的冲击力，因而利用此种连接方式连接后，托辊架的稳定性将会更强，具备更好的抗冲击能力。而距离漏煤斗较远的另外4个托辊架，由于其所受冲击力相对较小，改造之时采用的是螺栓焊接法。

2.4.5 改造效果分析

胶带运输机改造方案确定之后，应于施工现场进一步监测与评价改造后的效果。本工程改造之后，实施了长达一个月的监测，胶带运输机卸载点再未出现托辊架受撞击而倾斜或倒塌问题，皮带变形也得到了延缓，有效降低了皮带架子倾倒事故发生率，既减少了煤炭运送过程中对工作人员生命健康安全的威胁，又有效降低了托辊架及皮带等重要结构件更换与维修的成本，大大节约了煤炭生产成本。此外，因胶带运输机故障发生率有效降低，减少了设备停工时间，确保了机电一体化的持续运行，对煤炭企业经济效益提升极为有利。

3.结语

在煤矿生产过程中，要注重提高胶带运输机的应用质量及效率，降低其故障发生率，充分展现出此设备的应用价值。在胶带运输机机电一体化改造实践当中，应结合煤炭企业胶带运输机应用中存在的实际问题展开详细的分析，明确问题出现的具体原因，并在此基础上确定改造目标，制订科学可行的改造方案。存在多种改造施工方案时，要对不同施工方案的优劣进行对比分析，优选最佳方案应用。本案例应用了直接焊接法与螺栓焊接法进行托辊材料的加固，并以方钢作为连接材料，通过横向冲击力分摊的方式有效降低了托辊架所受的冲击力，解决了胶带运输机托辊架倾斜倒塌的问题。希望此方案能够为其他煤炭企业胶带运输机机电一体化改造提供思路。