堆煤保护装置的改进优化研究

郭向阳

（沁和能源集团有限公司永安煤矿，山西 晋城 0480205）

永安煤矿3302 工作面SSJ-1000/200 型带式输送机承担着井下煤矸运输任务，输送机正常运行与否直接影响到3302 工作面采掘队的正规循环作业。为有效解决输送机的机头堆煤问题，输送机自带有传统堆煤保护装置，从以往保护效果可知，传统堆煤保护装置效果不佳，无法有效解决机头堆煤问题，堆煤安全事故频发，必须进行改进优化[1-6]。

1 工程概况

1.1 概况

永安煤矿位于山西省沁水县嘉峰镇永安村，井田面积3.86 km2，地质储量6 412.6 万t，可采储量2 554.4 万t。永安煤矿3302 工作面位于三采区东翼下部，工作面平均走向长度1125 m，平均倾斜长度182 m，主要开采3#煤层，煤层平均厚度6.14 m，平均倾角2°。

SSJ-1000/200 型带式输送机安装有传统GUJ30型堆煤感应器。GUJ30 堆煤传感器由外壳、煤位触杆、开关接点、接线端子等部分组成。GUJ30 堆煤传感器工作原理为机械开关式，当出现输送面埋机头、满仓、满煤漏斗时，煤触及煤位传感器的触头推动触杆偏离中心线之间的动作摆角大于15°±3°时，传感器动作，自动切断输送机电源实现煤位保护。

1.2 堆煤保护装置问题分析

在SSJ-1000/200型带式输送机运输煤矸物料时，当接煤处发生堆煤问题后，GUJ30 型堆煤感应器应用效果不佳。该堆煤感应器煤位触矸部件被上层输送机落下的煤矸物料多次直接掩埋在煤堆当中，使得堆煤感应器无法正常工作。当堆煤感应器无法处理堆煤问题后，输送机负荷大幅度增加，输送机运行失稳及发生跑偏现象，同时还发生输送机电机烧毁事故。堆煤安全事故已成为影响永安煤矿井下工作面高产高效安全开采的拦路虎，必须进行解决。永安煤矿在传统堆煤保护装置的基础上进行改进优化，通过设计一种新的触发装置，来提高堆煤保护装置的保护效果，进而有效解决输送机堆煤问题，有效保障工作面运输系统的运行效率。

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2 堆煤保护装置的改进优化设计

2.1 改进优化后堆煤保护装置的结构组成

压块的上表面设计为圆弧面，使其与中托辊相适应；当压块对中托辊起支撑作用时，采用相适应的圆弧面接触可降低应力集中现象，使得压块的支撑力不会因过大而被压坏，提高压块的使用寿命。

图1 一种新型堆煤保护装置的结构组成示意图

从图1 可知，改进优化后的新型堆煤保护装置主要由托辊支架、中托辊、压力监测装置、机架、控制器、导线、边托辊、挂钩、弹性装置、压块、压力传感器等部件组成。

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2）在下水平输送机发生故障无法正常运行后，上水平运输机正常运行导致煤矸物料不断卸载，进而发生堆煤问题。堆煤问题发生初期，随着煤矸物料所受重力从小到大不断增长，新型堆煤保护装置中弹性装置被不断拉伸，弹性装置被拉伸后中托辊的下降高度不断增大，最终会导致中托辊与压力监测装置发生接触，两者接触后中托辊不再下降，压力监测装置的压块对中托辊起支撑作用，此时压力监测装置可将监测到的压力信号转化为电信号传输给控制器，进而处理堆煤问题发生后的报警信号。

压块采用刚性金属压块，在刚性金属压块表面涂覆一层PU 树脂弹性材料，此时的压块具有较高的强度，能有效对中托辊进行支撑，同时压块表面也具有一定弹性能，有一定的形变，不会被轻易压坏，在一定程度上还能对中托辊进行保护。

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压力监测装置由压块、压力传感器、底座三部分组成，压块固定在底座上组成一个整体被安装在机架上，在压块下方安装压力传感器。压块的设计主要是保护压力传感器不被损坏。

中托辊、边托辊组成托辊组，中托辊两端分别连接着边托辊，进而悬挂在托辊支架上；在中托辊下方安装有压力监测装置，压力监测装置通过导线与外侧控制器进行连接，通过控制器控制压力监测装置。

弹性装置由高压弹簧钢制成，托辊、边托辊、皮带、煤矸等物体的重力均由弹性装置承受，同时随煤矸量的增加其承受力也在增大，此时弹性装置被拉长，中托辊高度降低。

对以往传统堆煤保护装置煤位触矸部件容易被上层输送机落下的煤矸物料直接掩埋的问题进行分析，对堆煤保护装置结构进行改进优化，设计新的触发方式，得到一种新型的堆煤保护装置，其结构如图1。

2.2 工作原理

新型堆煤保护装置的工作原理如下：

3302 掘进工作面采用EBZ-160 悬臂式掘进机掘进，配套16 m 长的转载机，采用SSJ-1000/200型带式输送机搭接进行运输。SSJ-1000/200 型输送机运距480 m，电机功率40 kW。新型堆煤保护装置设计完成并生产后，于2022 年5 月在永安煤矿3302 掘进工作面进行了实践应用。从2022 年5 月至2022 年11 月近半年时间内，掘进工作面带式输送机系统及新型堆煤保护装置整体运行稳定正常，没有发生任何的误动作，当输送机发生堆煤问题后可快速准确进行报警，自动闭锁输送机电机，有效防止了人员伤亡和财产损失，新型堆煤保护装置在3302 掘进工作面的应用效果理想。

挂钩、弹性装置等部件组成悬挂装置，通过悬挂装置可将边托辊吊挂在托辊支架上；挂钩上端接托辊支架，下端接弹性装置；弹性装置下端连接边托辊，上端连接弹性装置。

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3）当控制器监测到输送机发生堆煤问题并发出报警信号后，输送机电机进行自动闭锁，输送机停止运行，等待下行输送机故障解决并正常运行，处理完堆煤问题后，才能恢复输送机电机运行。

3 实践应用及效果分析

3.1 应用情况

1）在下水平输送机正常运行，无堆煤问题发生时，上水平输送带上方煤矸物料量重力较小，此时煤矸等物体的重力较小，弹性装置被拉伸后中托辊的下降高度不够，中托辊与压力监测装置无法接触，压力监测装置无法测试煤矸物料重量，经控制器对输送机运行状态判定为正常。

3.2 效果分析

1）装置准确率高。压力监测装置可对煤矸物料重力进行准确监测并及时传输到控制器，可有效掌握上方堆煤量的多少，进而可准确判断是否发生堆煤问题，装置监测堆煤问题准确率高。该装置在3302 掘进工作面工况较差环境使用的效果较好，具有较好的环境适用性。

2）装置可实时对堆煤量进行监测。压力监测装置能实时对堆煤量进行监测，通过压力大小可有效掌握堆煤量，不会因突发设备故障导致堆煤问题发生，有效地保护了设备的安全运行。

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3）装置自动化程度较高。对比传统GUJ30 型堆煤感应器，该装置保护动作灵敏可靠，同时能够自动闭锁输送机电机，有效提高工作面主运输系统的自动化和智能化程度。

1.2.3 健康对照组纳入标准 （1）年龄20～70岁，（2）最佳矫正视力≥1.0，（3）屈光度≤ ±6D、柱镜≤±2D，（4）Goldmann压平眼压测量值小于21 mm Hg，（5）视乳头及黄斑区结构正常（眼底镜检查），（6）无眼科疾病史，（8）无眼科手术史。

3.3 效益分析

新型堆煤保护装置在永安煤矿3302 掘进工作面SSJ-1000/200 型带式输送机的实践应用具有较好的安全经济效益。新型堆煤保护装置应用后，2022年5 月至2022 年11 月共监测到7 起堆煤问题发生，新型堆煤保护装置准确动作，有效解决了输送机机头堆煤问题，无一起堆煤安全事故发生，得到堆煤问题报警信号后可及时对带式输送机故障进行快速维修，设备维修费用对比之前可节约35 万元。

4 结语

带式输送机是煤矿井下主输送系统的关键设备，保障其安全稳定连续运行是实现煤矿高效高产安全生产的基础。对永安煤矿3302 掘进工作面SSJ-1000/200 型带式输送机原有自带堆煤保护装置效果不佳问题及原因进行了分析，并进行了针对性的优化改进设计，在采用新的触发方式后得到一种新型的堆煤保护装置，该装置在3302 掘进工作面进行了实践应用。结果表明：应用新型的堆煤保护装置后，可以实现输送带堆煤量与输送机电机之间自动闭锁，可有效解决堆煤问题，具有准确率高、可实时对堆煤量进行监测、自动化程度较高等优点，安全经济效益显著。