矿用带式输送机安全保护装置应用实例分析

2023-11-29孟庆灵杨志强

同煤科技 2023年5期

孟庆灵,杨志强,王瑞

（1.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003；2.兖煤万福能源有限公司，山东菏泽 274922）

带式输送机是当今煤矿开采作业中的重要运输机械，开采出的煤炭都要通过胶带输送，将采煤工作面的原煤运输到煤仓，最后到达地面洗煤厂[1-4]。其中，部分矿井存在距离远、倾角大的情况，其运输安全性较低。带式输送机经常发生卸煤处堆煤等现象，导致电机烧毁、液力耦合器受损等事故发生,其工作状况将直接影响到煤矿井下的正常生产[5]。因此，对煤矿带式输送机安全保护装置的安装和使用，将有助于提高煤炭运输的安全性，从而保障了煤矿整体生产效率[6]。

1 带式输送机存在的问题

运转工区用带式输送机是煤炭、矸石等物料运输的重要载体，在长期运行及重载的工况下，输送带发生疲劳破坏及断裂的可能性较大[7-8]。其中，导致断带事故发生的原因较为复杂，通过现场调研发现，带式输送机的输送带其自身质量并不高，且长期处于不间断使用状态，缺乏保养措施，使输送带因过度负荷而断裂；其次，输送带部分接头质量较差，且接头属于易损件，更换较为频繁。接头大多通过硫化方式进行黏接，如图1 所示。在接头黏接过程中，硫化温度和压力不易把握，导致橡胶输送带出现裂纹等现象，在运行过程中遇到受力突变的情况时，极易发生接头断裂；最后，煤矿带式输送机缺乏合理的张紧装置设计，导致其输送带受力不均，在高速运行过程中很容易因载荷突变、卷入杂物而破裂。

图1 输送带硫化黏接

兖煤万福能源有限公司运转工区使用的是DTII型带式输送机，采用驱动电机+液力耦合器+减速器+传动滚筒+盘式制动器+逆止器的起、制动控制方式，运输方式为上运，输送机相关参数见表1。

表1 DTII型带式输送机技术参数及工况

输送机长期运转，加之周围的空气湿度大，从而使强力胶带内的部分钢丝被蒸汽腐蚀，胶带表面因煤矸石砸落而出现多处破损，从而不可避免地产生断裂或损坏，但无法从外表上准确地观察出。这不仅会对机尾作业矿工的人身安全造成危害，并且会对矿井的安全生产产生影响，造成重大的经济损失和安全事故。

2 带式输送机保护装置

2.1 防打滑保护

对于矿用带式输送机，在10 s之内，传送带的转速在50%～70%的额定转速范围，如果转速低于50%或者转速超过110%，防滑装置报警，则停止传送带的运转。其中，当正常运行和停机的速度改变时，装置不产生误动作[9-10]。在安装过程中，对其安装位置，带式输送机防滑保护装置应安装在带式输送机的回程带上面，其安装位置如图2 所示。在固定式带式输送机上安装时，应在机头卸载滚筒和驱动滚筒之间安装，当两驱动滚筒距离很长时，也可选择安装在两驱动滚筒之间。其它情况应安装在回程带靠近机头处。

图2 防打滑保护装置安装位置

传感器加装：一般采用磁体式传感器或滚轮式传感器，根据煤矿井下的实际工况，选用灵敏度更高的磁体式传感器，应在换向滚筒的侧边安装磁体，并以磁体为中心，在相应的输送带支架上安装转速传感器，并以螺钉紧固，间隔不超过50 mm，动作灵活可靠。若输送带出现打滑，控制箱可及时对其电源进行切断。保护装置试验方法：将磁铁型传感器的防滑保护接上测试按键，当输送机处于正常无负载工况时，按下测试键，保护输出回路，切断电源，保护装置发出警报，停止工作。

测试周期：灵敏度测试一天一次，一个月进行一次性能测试。

2.2 堆煤保护

根据煤矿用带式输送机保护装置技术条件，如果在2 s之内连续监控到高度超出规定的高度，就会发出警报，停止输送机的运转。通过采用改变传感器的倾斜角度或运动冲量来达到保护目的，其防护作用的作用力不超过9.8 N。堆煤保护装置安装位置示意图如图3所示。对于其安装位置：

图3 堆煤保护装置安装位置示意图

1）两输送机进行搭接时，把堆煤传感器吊在卸载滚筒之前，应高于落煤点，与下方输送机的上皮带面的最高处相距200～300 mm、落煤点400～800 mm 的煤流方向，距离不应超过卸载滚筒的轴线。其中，带面中间应为触头位置；在安装过程中，应充分考虑喷淋设备的状态，以避免装置误动作。

2）当胶带与煤仓直接搭接时，在不低于机头下部胶带200 mm的位置安装，它的平面位置应当靠近卸载点前方的煤仓口，并在满仓部位设置一个传感器，堆煤防护必须灵敏可靠。

3）防护控制线应沿矿井顶部竖向引下，传感器触点垂直悬挂，对其进行牢固，不得因风而摇摆，防止发生误动作。

4）输送机前端装有除铁器外的其他设备，如对堆煤保护装置传感器的安装有影响，则需采用特殊的支架进行安装，以保证传感器的固定可靠。堆煤保护装置结构组成如图4所示。

图4 堆煤保护装置结构组成

装置试验方法：在带式输送机无负荷运转时，人工移动堆煤开关的触点或将电极型煤位探测器接地，保护设备发出警报，并停止工作。其测试周期为每日一次，并填写记录。

2.3 防跑偏保护

根据矿井运输装备保护装置的技术要求，需有以下几点防护特点：

1）在胶带运行跑偏时，装置应发出警报；

2）当传送带超过托辊20 mm时，停止运行；

3）对于使用位移传感器的保护装置，其要求传感器在20～100 N 的范围内提供防护工作所必需的正向力。根据设备的安装规范和要求，运行时应采用一对装置进行保护。对于矿用可伸缩带式输送机，机头一侧应设于储带仓处，尾部设于离尾滚筒50 m 以内，若输送机发生坡度改变，则在变坡部位设置一套；传感导向棒安装于槽形托辊的外缘0～20 mm处，垂直于托辊，防止输送带跑偏。防跑偏保护装置安装位置示意图如图5所示。

图5 防跑偏保护装置安装位置示意图

在安装时应注意，带式输送机变坡点位置应安装一组；其次，不能用铁丝或钢丝绑牢，要用专门的架子固定于机架上，防跑偏保护装置实物图如图6所示。

图6 防跑偏保护装置实物图

装置试验方法：在正常无负载情况下，人工推压传感器导杆，并持续3～5 s，使限位开关动作，保护装置发出警报，输送机自动停止，释放传感导向棒，可立即自动复位。每日测试一次，并填写测试记录。

2.4 防撕裂保护

DTII 型输送机在日常的运行过程中，胶带撕裂的情况时有出现，撕裂后只能进行修补和更换，造成约10万元的经济损失。根据矿井安全技术要求，在输送带上发生纵向撕裂时，要及时发出警报，停止运行。主运输送机在距落煤点10 m处安装防撕裂保护装置，在上下两层胶带之间加设保护。一般地，可采用压电式、翻板式、牵引钢绳式、红外线感应式等保护方式，使用标准托架安装，并将防撕裂保护装置与传送带的纵向横梁连接。

目前常用的是翻板式以及压电式，如图7 所示。其中，翻板式保护装置是通过在上带的下方安装L 形翻板装置，当胶带纵向撕裂发生时，撒落的煤块触发信号，发出警报。这两种装置存在以下问题：首先，若有煤块掉落在翻板装置上，会引起装置的误动作；其次，万福能源运转工区DTII型输送机的带宽为1 200 mm，压电式装置的宽度为800～900 mm，在实际运行过程中，不能进行全面的保护，会出现带边发生撕裂的现象，且压电式保护装置的密封效果一般，易受潮，可能出现误动作，影响正常生产运行。为避免此类问题，选择采用红外线感应式的保护方式，加装红外探测器。

图7 压电式及翻板式保护装置

红外感应装置试验方法：当输送机处于无负荷运转时，屏蔽红外线探测器，并发出警报，输送机停止工作。每天进行一至两次试验，并记录试验情况。

3 应用效果

结合煤矿安全生产要求，对工区DTII型带式输送机加装上述保护装置后，经过五个多月的试运行，输送机打滑、胶带撕裂等情况明显减少，可靠率高达96%。在运输过程中，由于经常出现满载或过载现象，防打滑保护装置可通过高灵敏度的磁体式传感器进行有效保护23 次；由于输送带上有大小不一的煤块及煤矸石，装置能有效地防止在卸煤过程中给设备造成的破坏，从而提高煤机装备的使用寿命。其中，保护装置的灵敏程度可以根据情况变化而调整，尤其对于大型或者高速运行的带式输送机，需要灵敏度高的保护装置，一般必须在0.5 s 之内发出停车信号。另外在控制系统中，要将带式输送机的前级闭锁信号与堆煤保护一起使用；装置有效防止输送带跑偏30 余次，且运行中未发生过严重跑偏，效果很好；在装置加装之前，由于胶带撕裂导致每月停机次数约为5～8次，通过红外感应，能及时发现胶带断裂的部位，加强了对胶带表面损伤和纵撕情况的监测，并在检修班进行维修，撕裂次数减少至每月1～2次，确保带式输送机的连续安全运行，既节省了维修经费、保障了电机和减速器的安全，又减少了更换胶带时造成的矿工伤亡等情况，确保了矿井的正常生产。在五个多月的运行中，输送机相较于同期多增加约100 h 的生产时间,可多运输物料量约12 万吨，取得显著的改造效果，为煤矿生产取得了非常好的经济效益。