皮帶運輸機斷帶原因及安防裝置設計

李建奇

(潞安化工集團司馬煤業公司，山西 長治 047100)

0 引言

煤礦開采過程中，因其開采區域的不斷縮小和時間的延長，以及地質條件的不斷惡化，使其綜采作業環境更加復雜。尤其是開采深度超過千米后，綜采面傾角加大，綜采面順槽超過27°，作業難度非常大，事故隱患極多。從綜采面皮帶運輸機的運行狀況看，綜采作業環節中極易發生順槽皮帶事故，存在較大的事故隱患，給煤礦開采作業帶來嚴重影響。

1 斷帶原因及安防裝置

1.1 斷帶產生的原因

斷帶故障產生的原因主要有張緊設施故障、安防裝置動作錯誤、應力集中、接頭質量差、張力突然增加及重載啟動等[1-3]。

張緊設施故障：張緊設施主要是故障和調整不當所致，如果張緊力度過大，超出承重范圍其阻力就會增大，運輸帶會瞬間緊繃，出現斷帶。若緊張力度太小，低于承重范圍時，其阻力也相應變小，運輸帶會松弛，進而出現偏離現象。因此，皮帶輸送機重新啟動或負載量太大都會出現斷帶問題。

安防裝置動作錯誤：為了避免斷帶，許多煤礦企業在綜采輸送環節安裝有斷帶保護性裝置，但是斷帶保護設備應用的好壞并不統一。因此在煤礦綜采作業中應用保護裝置，一旦動作錯誤，而皮帶運輸機仍正常運作時，在保護器抓捕作用力影響及高拉力環境中，極易發生斷帶現象。

應力集中：大傾角皮帶輸送機運作過程中，運輸機上常會卡有異物，造成皮帶撕裂，在此狀況下，皮帶在應力的集中影響下會出現斷帶。異物卡阻后皮帶自身張力會受到影響，瞬間增大張力，如果此時皮帶運輸機的載重量已經超過自身承重量，就會發生斷帶[4-5]。同時，在重新啟動皮帶運輸機過程中存在有不太穩定的階段，啟動時驅動設施會向皮帶運輸機傳送一定的牽引力和慣性力，這種力以適當波速疊加、傳播和反射在傳送帶上。皮帶輸送過程中需要對其他因素進行考慮，如此一來就會改變傳送帶的運行方式，如果皮帶運輸機的最大應力在瞬間超過其所承受的最大值，就會出現斷裂問題。

接頭質量差：皮帶運輸機的接頭出也會存在鋼絲繩芯斷裂的現象，這是因為鋼絲繩芯制作采用的是硫化工藝，進而造成接頭處出現強力膠變質的問題[6-7]。有些接頭橡膠盡管使用時間不常，卻極易出現鋼絲繩芯膠質開裂老化的問題，一旦出現這些問題就會造成鋼絲繩芯銹蝕、外漏進水等現象，皮帶運輸機也會由此而出現斷帶。

1.2 斷帶安防裝置類型

目前，煤礦企業已經認識到斷帶保護裝置的重要性，并將其應用到了綜采作業中。斷帶安防裝置的類型比較多，常見的主要有電控偏心輪式、整體式、阻尼板及單向托輥摩擦制動等類型。

電控偏心輪安防裝置：電控偏心輪安防裝置主要是通過電控裝置來實現安防，其應用原理是皮帶運輸機發生斷帶的瞬間，由電控裝置對偏心輪進行控制，使其與皮帶接觸，利用皮帶下滑力的帶動對輸送帶進行制動[8-9]。此安防裝置的結構比較簡單，且同步性較好，不足是制動能力及可靠性都相對低。

整體式斷帶保護裝置：與電控偏心輪不同的是整體式斷帶保護裝置，該裝置的安裝為分體式，設計則是整體性的，其同皮帶運輸機各自獨立，安裝非常方便，制動過程中不會對皮帶運輸機機架產生損壞，應用效果也比較好。

阻尼板及單向托輥摩擦制動式：此外，阻尼板及單向托輥式的摩擦制動安防裝置也得到一定的應用，其運行原理是通過托輥和阻尼板的全程摩擦制動，上方輸送帶制動方式的實現主要是依靠單向托輥和傳輸帶間的滑動摩擦力來實現，下方輸送帶制動的實現方式是輸送帶斷帶后必然下垂，下垂后輸送帶的下滑速度會漸漸變慢，直到停止[10]。不過此制動方式中的皮帶運輸機中的托輥應全部為單向托輥，與此同時，還要大量鋪設阻尼板，安防改造的費用比較大，因此應用范圍比較小，普及率不高。

2 大傾角皮帶輸送機安防裝置設計

2.1 液壓式斷帶安防裝置運行原理

主要構造：鑒于上述斷帶安防裝置中存在的不足，設計了全斷面液壓式斷帶安防裝置，該裝置的構造主要有斷帶信號采集、液壓觸發及制動等系統。其中，制動系統又由上抓捕機架、下抓捕機架構成，液壓系統則由油管、蓄能器及液壓泵站等構成，斷帶信息采集系統則由信號采集器及編碼器構成[11-13]。利用信號采集器和編碼器對皮帶運輸方向及運行速率等信號進行采集，而后由傳感器分析來綜合判定傳輸帶，辨別其是否發生了斷帶。

運行原理：在運行皮帶運輸機時，電控系統能夠實時不間斷地采集一起旋轉的編碼器的輸出信號，實時判斷輸送機運行狀況，如果皮帶運輸機出現斷帶，其上輸送帶的運行方向會是相反的方向，運行速度也會表現出向上變小到變為零而后向下加速的狀態。雖然發生故障后的下輸送帶運行方向同沒斷帶前較為一致，但其運行的速度會明顯發生改變。在皮帶運輸機正常運行過程中，信號采集器顯示正常，電控箱也不會發送處理信號，也不會啟動抓捕裝置。然而如果皮帶運輸機發生斷裂，皮帶運輸機運行狀態就會被傳感器和編碼器采集到，由于斷帶信號不同于正常運行的信號，所以采集系統會將采集到的異常信號傳遞給電控系統，電控系統接到異常信號后會綜合分析和處理該異常數據，進一步評估是否發生了斷帶。若電控系統判定并非斷帶事故就不會執行下一步命令，若判定為斷裂事故就會發送處理信號，在第一時間切斷動力電源，及時停止運輸機的運行，同時啟動抓捕系統實施抓捕動作，利用強度摩擦力制動來停止輸送帶的下滑。多數應用實踐顯示，此斷帶安防裝置能夠在0.9 s內實現抓捕動作，完全能夠勝任煤礦斷帶的保護工作。

2.2 結構功能設計

制動及液壓觸發系統：信號采集、制動及液壓觸發系統是此安防裝置系統的重要構成。制動系統構成主要包含機架、抓捕機構和觸發機構，抓捕機構分布于上輸送帶和下輸送帶。液壓觸發系統的構成主要是鎖緊卡接抓捕部分及帶動卡接翻轉連桿組件，卡接部在上輸送帶的抓捕底端兩側及下輸送帶抓捕的左側和右側；兩個卡接部結構相同且左右對稱；上方卡接部于第一連桿上端固定，該連桿另側下端固定于下方卡接部，此連桿近上方卡接部一側的末端套接定位塊轉孔內，且與其構成轉動連接，同抓捕機架固連。第一連桿近下方卡接部末端處垂直布設第二連桿，該連桿頂端固接觸發桿，左卡接部相應觸發桿同右卡接部相應觸發桿應處于同一水平線，但二者間應有間隙。第一位塊一側設置一個滑桿，左卡接部相應滑桿同右卡接部相應滑桿均套設聯動桿，且使其沿滑桿滑動。設置聯動桿能夠確保左、右卡接部動作的同步，聯動桿左下端、右上端均設置L型傳動塊，并于其上端開設通孔，孔內穿設第三連桿。左卡接部對應第三連桿段同下方卡接部固定連接，第三連桿另端穿設對應側傳動塊通孔并定位，右卡接部所對應第三連桿端與上方卡接部固定連接，另端穿設與其對應側傳動塊通孔并定位。

抓捕及液壓觸發機構：抓捕結構、液壓觸發機構均布置在機架的左右兩側，且為皮帶傳輸機輸送帶下方。抓捕機構配置有重臂，重臂末端配置有重塊。上抓捕架利用第一轉軸連接機架轉動，重臂前端固定連接第一轉軸。下抓捕架兩端設置下方卡接部的連接的二號卡槽。上、下方的卡接部均設置有聯動板和卡柱，聯動板底端同第一連桿固定相連，頂端兩側均設置固定的第一耳板，耳板上設計卡柱安裝孔，卡柱兩端設計有固定定位螺桿。

抽動桿：在第一、第二連桿間設置抽動桿，其截面為L形，兩端開設定位通孔。第一及第二連桿在抽動桿近一端設計多個定位的通孔。利用自身穿設的定位通孔固定連接其所對應的抽動桿的定位通孔。左右兩機架內側都設置第三、第二定位塊，其中第三定位塊前方布置第二定位塊，第二定位塊一側的兩邊均設計套筒兩個，第一連桿穿過第二、第三連桿和響應的套筒，并同抽動桿連接。

2.3 應用優勢

該斷帶保護裝置在抓捕斷帶過程中可實現上下輸送帶抓捕的同步進行，可有效避免斷帶附加二次破壞。獨立機架的設置能夠避免制動過程中損壞輸送機架，且此安防裝置結構簡單，便于維修和安裝，具有較強的適應性和調節性。信號采集及液壓系統的準確性和靈敏度都較高，能夠利用重力作用和液壓作用同時觸發，通過電源控制來停止制動，不會出現逆轉和誤動作。抓捕結構較為簡單，可靠性強，在遇到塵土及雜物卡滯時也能有效抓捕，提高了抓捕準確度。

3 結語

煤礦作業中皮帶運輸機斷帶故障的影響因素眾多，可靠的斷帶安保裝置顯得非常重要，通過分析斷帶形成原因并了解常用斷帶保護裝置能夠有效解決皮帶運輸機斷帶故障。針對安防裝置動作錯誤、應力集中、接頭質量差等問題，選擇液壓式全斷面斷帶安保裝置能夠有效提高皮帶運輸機的運行效率及質量，在煤礦開采系統中具有良好的應用效果，可以為提高煤礦綜采作業效率提供參考。