氣動(dòng)帶式輸送機(jī)在綜采工作面中的應(yīng)用研究

王先銀

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦， 山西 古交 030205）

引言

隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，輸送機(jī)由于運(yùn)輸能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為各煤礦運(yùn)輸?shù)氖走x設(shè)備。然而在回風(fēng)巷或瓦斯等級高的礦井，由于普通電力輸送機(jī)不能使用，造成物料無法及時(shí)運(yùn)送，為了提高運(yùn)輸效率，馬蘭礦技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一套啟動(dòng)膠帶輸送機(jī)并在28307工作面進(jìn)行應(yīng)用。

1 工作面概述

山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦28307工作面位于北三下組煤采區(qū)右翼，工作面采煤層為石炭系太原組8號煤層，屬近水平穩(wěn)定可采厚煤層，平均厚度為4.0 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層普氏硬度為2.0～2.5。煤層頂板為L1泥灰?guī)r，普氏硬度為7.0。

28307工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，工作面采用MG132/320-W系列采煤機(jī)割煤，SGZ630/220型刮板輸送機(jī)及DTL型帶式輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)煤。由于28307工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，受帶式輸送機(jī)安裝人員專業(yè)技術(shù)水平限制，輸送機(jī)安裝后經(jīng)常出現(xiàn)故障，同時(shí)工作面在回采期間揭露多條斷層，受斷層影響工作面及煤體瓦斯涌出量大，經(jīng)測定工作面回采至450 m處時(shí)運(yùn)輸順槽側(cè)瓦斯?jié)舛冗_(dá)1.4%，而輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)負(fù)荷、疲勞運(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，出現(xiàn)電火花，嚴(yán)重威脅工作面安全生產(chǎn)，對此，馬蘭礦通過技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一套氣動(dòng)帶式輸送機(jī)[1]。

2 氣動(dòng)帶式輸送機(jī)組成

2.1 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置主要由氣動(dòng)馬達(dá)、減速器、聯(lián)軸器、滾筒、風(fēng)動(dòng)操控閥組等組成，該裝置主要以壓縮空氣作為傳遞介質(zhì)，使用壓縮空氣膨脹作為動(dòng)力推動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

氣動(dòng)馬達(dá)通過減速機(jī)降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使用三位四通閥組來控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使用氣體壓力閥來控制氣體壓力，使用節(jié)流閥控制氣體流量，操作人員可以通過對壓力閥和節(jié)流閥的操控對系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力及運(yùn)行速度進(jìn)行控制，最終達(dá)到整個(gè)氣動(dòng)膠帶機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置主要由皮帶架、驅(qū)動(dòng)滾筒、機(jī)尾輥、調(diào)向輥及皮帶組成。皮帶架主要用于支撐輸送帶及物料，托輥安裝在皮帶架上面，托輥主要承載皮帶上方的物料，同時(shí)保證輸送帶能夠按固定的軌跡運(yùn)行，確保運(yùn)輸皮帶的穩(wěn)定性。皮帶由于承載物料的全部重量，因此皮帶的材料必須選用阻燃膠材質(zhì)[2]。

2.3 氣動(dòng)糾正裝置

皮帶在運(yùn)行過程中常常會(huì)發(fā)生跑偏現(xiàn)象，很容易使皮帶受力不均磨損嚴(yán)重，對生產(chǎn)造成重大影響。為了能夠提高氣動(dòng)膠帶機(jī)的安全性，技術(shù)人員對氣動(dòng)膠帶機(jī)跑偏的原因進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一套防皮帶跑偏裝置。

該裝置主要通過立輥的旋轉(zhuǎn)角度來判斷皮帶機(jī)跑偏情況，同時(shí)立輥的角度變換會(huì)帶動(dòng)換向閥開閉，換向閥開閉又會(huì)調(diào)節(jié)氣缸的伸縮量，從而氣缸活塞推動(dòng)拖掛托輥架旋轉(zhuǎn)，達(dá)到皮帶糾偏的目的，如圖1所示。

圖1 氣動(dòng)帶式輸送機(jī)氣動(dòng)糾正裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 制動(dòng)裝置

氣動(dòng)帶式輸送機(jī)制動(dòng)裝置主要由制動(dòng)桿、制動(dòng)閘、支撐桿、復(fù)位彈簧以及氣缸等部分組成，輸送機(jī)皮帶設(shè)置在兩個(gè)制動(dòng)閘之間，如圖2所示。

圖2 氣動(dòng)帶式輸送機(jī)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)排除的氣體進(jìn)入制動(dòng)氣缸內(nèi)，此時(shí)氣缸活塞桿回縮，鉗形制動(dòng)閘松開，輸送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)氣動(dòng)帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)停止排氣，此時(shí)制動(dòng)氣閘閥被打開，壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)氣缸內(nèi)，并伸出氣缸活塞桿，鉗形制動(dòng)閘夾緊膠帶，從而實(shí)現(xiàn)可靠制動(dòng)。

2.5 各類閥組裝置

為保證風(fēng)壓的穩(wěn)定性及皮帶的糾正效果，可以在風(fēng)壓口安裝穩(wěn)壓閥；同時(shí)為避免煤幫的風(fēng)壓管內(nèi)部壓力過大損傷設(shè)備和人的安全，可以在風(fēng)壓管口安裝泄壓閥，保證壓風(fēng)管內(nèi)的壓力在超出機(jī)械強(qiáng)度前釋放壓力，從而確保設(shè)備及人員的安全[3]。

立輥在皮帶矯正完成后會(huì)立即恢復(fù)到原始位置，操作人員可以通過觀察換向閥是否在中間位置來確定矯正是否完成。為避免氣缸內(nèi)的兩腔由于氣壓差發(fā)生誤動(dòng)作，可在氣缸內(nèi)安裝止回閥。止回閥的預(yù)定值可以根據(jù)現(xiàn)場氣缸的型號與壓風(fēng)管的壓力設(shè)定，確保整個(gè)矯正裝置穩(wěn)定。

3 氣動(dòng)帶式輸送機(jī)工作原理

氣動(dòng)帶式輸送機(jī)主要通過巷道煤壁的壓風(fēng)管提供動(dòng)力，使氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)皮帶運(yùn)行，將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為馬達(dá)的機(jī)械能。

3.1 輸送機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行

首先打開主氣閥，壓風(fēng)管中的氣體經(jīng)過節(jié)流閥后進(jìn)入三位四通閥，三位四通閥可以控制氣動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。氣動(dòng)馬達(dá)排出的氣體分別經(jīng)過溢流閥并進(jìn)入制動(dòng)氣缸，與此同時(shí)溢流閥起到排氣的作用，制動(dòng)氣缸活塞桿收縮，皮帶制動(dòng)閥打開，皮帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)氣動(dòng)輸送機(jī)停止運(yùn)行后，操作人員可以打開主氣閥為溢流閥供氣，制動(dòng)氣缸活塞桿伸張，皮帶被制動(dòng)閥夾緊，皮帶此時(shí)無法開啟。

氣動(dòng)馬達(dá)的工作原理：壓縮空氣進(jìn)入馬達(dá)密閉內(nèi)部后，大部分壓縮氣體的壓力直接作用在兩個(gè)葉片上，由于兩個(gè)葉片角度不同，在壓力能的作用下轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生的扭矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)；其中小部分氣體會(huì)從密封槽進(jìn)入葉片底部將葉片推出，同時(shí)將葉片緊緊吸附在定子的內(nèi)壁上，之后氣體全部從馬達(dá)的排氣孔排出[4]。

3.2 皮帶停止運(yùn)行

氣動(dòng)帶式輸送機(jī)停機(jī)使用失效制動(dòng)方式，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)失效制動(dòng)功能，可在制動(dòng)閥安裝彈簧機(jī)構(gòu)，彈簧機(jī)構(gòu)會(huì)在制動(dòng)閥氣動(dòng)失效時(shí)給制動(dòng)閥提供張力，使整個(gè)氣動(dòng)皮帶系統(tǒng)抱死。當(dāng)皮帶正常運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)的活塞處于壓縮狀態(tài)，制動(dòng)氣缸打開，制動(dòng)閥處于打開狀態(tài)；當(dāng)皮帶停止運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)的活塞處于伸出狀態(tài)，制動(dòng)閥夾緊皮帶。這也保證壓風(fēng)管遇到突然斷氣或漏氣使整個(gè)皮帶系統(tǒng)壓力無法穩(wěn)定的特殊情況下啟動(dòng)皮帶系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4 氣動(dòng)膠帶輸送機(jī)主要存在的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 主要優(yōu)點(diǎn)

氣動(dòng)膠帶輸送機(jī)組成結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用簡便、能夠很好地使用井下無電狀態(tài)下運(yùn)輸，尤其是對高瓦斯礦井或地址環(huán)境復(fù)雜礦井實(shí)用性較高。

該裝置能夠大大提高運(yùn)輸效率，降低人力勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人力搬運(yùn)時(shí)間的浪費(fèi)，同時(shí)機(jī)械化生產(chǎn)符合現(xiàn)代化煤礦發(fā)展要求。

通過在28307工作面應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)膠帶輸送機(jī)故障率低，采用壓風(fēng)作為動(dòng)力，解決了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)輸送機(jī)在瓦斯環(huán)境中運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)電火花造成瓦斯、煤塵爆炸事故等技術(shù)難題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全年可為煤礦節(jié)約成本費(fèi)用達(dá)120萬元。

4.2 主要缺點(diǎn)

氣動(dòng)膠帶輸送機(jī)雖然可以在無電情況下工作，但由于許多礦井回風(fēng)巷未安裝壓風(fēng)管，所以并不適用于每個(gè)回風(fēng)巷[5]。

由于壓風(fēng)管壓力較大，氣動(dòng)馬達(dá)對氣體密閉性要求高，在安裝過程中常常未按照工藝要求，造成系統(tǒng)氣壓不穩(wěn)定。

由于壓縮氣體無色無味，在裝置發(fā)生故障后檢修人員很難找到事故原因，處理事故花費(fèi)時(shí)間多。

5 結(jié)語

新設(shè)計(jì)的氣動(dòng)帶式輸送機(jī)在28307工作面應(yīng)用成功。通過應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)帶式輸送機(jī)與傳統(tǒng)電動(dòng)輸送機(jī)相比，降低了輸送機(jī)故障率，提高了運(yùn)輸效率，保證了高瓦斯礦井安全高效生產(chǎn)，取得了顯著成效。