大倾角强力带式输送机安全运行技术研究

党 斌

(山西焦煤汾西矿业水峪煤业,山西 孝义 032300)

煤矿井下主要依靠带式输送机进行原煤、矸石等的运输,受煤层赋存条件复杂、巷道布置形式多样等多重因素影响,带式输送机需要随着巷道底板地形的变化布置[1-2]。带式输送机常规的布置倾角为-17°～+17°,在该倾角条件下带式输送机运输较为稳定,不容易出现滚料、滑料、动力不足等问题[3-4]。但是随着矿井采掘深度不断增加,采掘范围不断增大,带式输送机布置角度变化明显,部分下山巷道内带式输送机铺设角度超过25°,受倾角大以及管理难度高等影响,带式输送机运行过程中面临断带、滚料、滑料、动力不足等问题,如何保证大倾角带式输送机安全运行是井下管理人员需要重点解决的问题[5-8]。文中以山西某矿7308综采工作面底抽巷内大倾角带式输送机为研究对象,结合巷道内带式输送机倾角达到25°的现状,从设备选型、安全监控技术等方面,给出运行安全保障技术措施,以期达到提升大倾角带式输送机运行安全保障能力、降低设备故障率的目的。

1 大倾角带式输送机选型

7308综采工作面设计回采的7号煤层厚度均值为3.65 m,埋深560 m,倾角17°～30°,均值25°,煤层顶底板岩性以粉砂岩、砂质泥岩以及炭质泥岩为主。7号煤层原始瓦斯含量为10.3～12.7 m3/t,瓦斯压力为0.84～1.36 MPa,通过在煤层底板17 m位置的砂质泥岩中布置底抽巷及穿层钻孔,实现回采范围内煤层瓦斯区域治理。7308底抽巷内布置的带式输送机基本参数为:设定运输长度1 090 m,额定运载量为450 t/h,布置倾角均值为25°,最大倾角为28°,采用4台电机功率为450 kW的电机进行驱动,电机功率富裕系数为100%.

1) 机架槽形角优化。在正常情况下,带式输送机使用的DTⅡ型机架槽形角为35°,由于底抽巷倾角大,为避免输送带上煤矸出现滚落情况,部分矿井将机架槽形角增大至60°,槽形角较大会明显缩短输送带的使用寿命(预计寿命缩短接近2/3)。因此,经过技术论证,提出选用三辊成槽结构,将DTⅡ型机架槽形角由35°优化至45°,以实现使用寿命及落矸控制均衡。

2) 输送带升级。7308底抽巷内带式输送机输送带计算强度为3 000 N·m,现场选用防纵撕裂输送带的带强为ST4 000 N·m,以减少后续使用期间断带、纵向撕裂风险。

2 大倾角带式输送机运行安全保障技术

2.1 输送带接头处强化管理

7308底抽巷输送带接头连接采用热熔工艺。在选用合理的接头工艺、材料品质合格的情况下,接头处强度可达到输送带强度的80%～90%.接头位置仍是整个输送带的薄弱环节,在高张力作用下,接头位置仍可能出现断带风险。

7308底抽巷带式输送机选用ST4 000 N·m输送带,依据矿井制定的机电设备保养规范相关要求,ST4 000 N·m输送带宜使用三级搭接方式连接,截取接头2.7 m.考虑到巷道内带式输送机运输的煤流不均衡等因素,输送带接头采用四级搭接方式连接,单头长度3.6 m,成品接头4.0 m,较传统的接头方式,安全系数提升了30%以上。

在7308底抽巷带式输送机机头返程段布置无损检测系统,以获取输送带内部钢丝绳排列情况。获取的X光照片实时传输至监控中心,通过专业软件处理得到输送带内部钢丝间距、断头、实际损伤等情况,以便及早预警。

2.2 安全保障设施

2.2.1 输送带全段密闭

7308底抽巷内布置的带式输送机倾角均值达到25°,运输期间输送带上的煤矸等物料容易滚动,甚至出现飞矸、窜矸等问题。为避免带式输送机滚落的煤矸等物料伤人,在带式输送机两侧布置侧护网、输送带上增设盖网,两侧侧护网与输送带上覆纵梁的距离控制在400～500 mm,与巷道底板的距离控制在100 mm以内;输送带上盖网宽度与输送机H架宽度一致,按6～10 m间隔布置天窗,便于后续清理煤矸。7308底抽巷带式输送机输送带全段密闭布置情况见图1所示。

图1 输送带全段现场密闭情况

2.2.2 行人道与带式输送机间布置隔离柱

7308底抽巷内布置有架空乘人装置、行人道、轨道以及带式输送机等,为确保底抽巷内人员安全,在带式输送机全段密闭基础上,带式输送机与行人道间按照50 m间隔布置由120号工字钢制作而成的隔离柱。隔离柱顶部通过联板与顶板锚杆连接,底部则通过水泥基础固定,即便输送带出现断裂下滑,也不会甩出到隔离柱外,从而提升底抽巷内人员的安全保障能力。

2.2.3 胶带沿线布置挡边

在7308底抽巷靠近行人侧的防护网与输送带间布置由废弃输送带组成的挡边。将废弃输送机带修剪成长度1.5 m的挡边,挡边上部固定到侧护网上,下部自由掉落到输送带一侧,利用废弃输送带自身的弧度形成封闭。挡边是防止大倾角带式输送机内煤矸石窜出的第一道防护,同时通过挡边的缓冲作用减少侧护网的损耗。

2.3 安全保护及监控装置

2.3.1 沿线布置急停保护、开机预警等装置

1) 在7308底抽巷带式输送机沿线,按照50 m间隔布置1个急停控制装置,并在机尾滚筒、交煤点等位置增设急停控制装置;在带式输送机沿线按照100 m间隔布置通讯及开机预警装置,并在机尾及交煤点增设通讯及开机预警装置。

2) 为便于后续设备维修及人员通信,在带式输送机沿线布置泄漏电缆通讯系统,并按照要求布置分站、主站,为设备检修以及带式输送机管理人员配备无线通信设备,便于人员通信及联络。

3) 由于带式输送机倾角大、铺设距离长,巡检人员步行巡检劳动强度极大,因此将巷道内架空乘人装置改造成变频控制,设置正常运行速度及巡检速度。巡检人员利用架空乘人装置进行带式输送机沿线巡检。

2.3.2 沿线布置AI监控设备

在7308底抽巷带式输送机沿线交煤点、机头及机尾等位置均安装AI监控设备,并接入到矿井视频AI分析平台。通过服务器内置的算法实现带式输送机堆煤、大块矸石堵塞、运送物料异物识别等预警,提升带式输送机沿线监控能力。

2.3.3 增设巡检机器人

在7308底抽巷带式输送机沿线增加AI监控设备后,可实现部分固定点位异物识别以及故障预警,虽然可以在一定程度提升带式输送机运行安全保障能力,但仅能实现部分位置监控,无法实现带式输送机沿线不间断巡检。为此,提出在7308底抽巷带式输送机上方增加巡检机器人。在带式输送机上方铺设齿轮式轨道,轨道架设在架空乘人装置横梁下方,与输送机防护网间距在500 mm以上。轨道上运行的巡检机器人配备有烟雾传感器、红外热像仪、CO传感器、瓦斯传感器以及摄像机等设备,可实现沿线环境参数监测,对温度异常点、人员穿戴不规范、防护网损坏等各类情况进行智能识别以及预警。

3 结 语

大倾角带式输送机运行时面临较大的安全风险,如何提升带式输送机运行安全保障能力是矿井管理人员需要重点解决的问题。根据7308底抽巷带式输送机现场使用环境,针对性采取带式输送机运行安全保障技术措施。现场应用后,带式输送机故障率降幅超过80%,在使用期间未出现输送带跑偏、堆煤、撕裂、摩擦升温以及运输物料(煤矸)滚落等情况,显著提升了大倾角带式输送机运行安全保障能力。