帶式輸送機故障及智能保護裝置的應(yīng)用分析

曹繼東

（晉能控股煤業(yè)集團雁崖煤業(yè)公司，山西 大同037003）

1 8307工作面概況

塔山煤礦三盤區(qū)8307工作面位于盤區(qū)西翼，工作面南北布置，8307工作面設(shè)計回采長度920 m，傾向長度為210 m，工作面回采煤層為山西組4號煤層，煤層平均厚度為3.5 m，工作面采用一次性采全高綜合機械化回采工藝，截止2018年12月10日工作面已回采270 m。

在8307工作面回采期間，為2307巷安裝了一部DTL型帶式輸送機，輸送機功率為400 kW，帶寬為1.2 m,運輸量為2 500 t/h，由于受帶式輸送機安裝工藝、檢修維護水平等影響，8307工作面在前期回采過程中帶式輸送機經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在皮帶跑偏打滑、撕裂斷帶、超速超溫以及堆煤等，嚴(yán)重制約著工作面高效運輸，對此，皮帶二隊通過技術(shù)研究，分析了8307工作面帶式輸送機常見故障及主要原因，并對輸送機安裝了一套智能保護裝置。

2 8307工作面帶式輸送機故障分析

2.1 皮帶跑偏

1）皮帶在正常生產(chǎn)時，當(dāng)皮帶的中心線的垂直度與托輥軸線存在偏角時，皮帶就會發(fā)生跑偏。皮帶在運送物料時，皮帶下的托輥受皮帶的牽引運動，該牽引力可以分為垂直托輥軸線方向及沿托輥軸向兩個方向的分力，這樣托輥就會在轉(zhuǎn)動的同時沿著軸向移動，而此時的托輥與H型支架固定無法軸線移動，因此托輥就會給皮帶一個反向的作用力，皮帶就會在該作用力的推移下發(fā)生偏移。

2）皮帶在正常運行時，皮帶的中心線與改向滾筒及頭部驅(qū)動滾筒的軸線不能保持垂直狀態(tài)，此時皮帶會在滾筒的帶動下發(fā)生偏移。頭部滾筒及改向滾筒由于使用年份久，磨損嚴(yán)重也會發(fā)生偏移，此時皮帶會產(chǎn)生一個沿遞減方向的附加力，皮帶在該力的作用下發(fā)生偏移[1-2]。

3）廠家在生產(chǎn)滾筒時有誤差。由于滾筒兩邊的直徑不同，皮帶在運行時向直徑較大的一側(cè)偏移，滾筒會給皮帶一個反向牽引力，該牽引力可以分解成沿滾筒表面及垂直滾筒表面兩個分力，皮帶在該分力的作用下向直徑大的一端偏移。

2.2 輸送帶斷帶

1）輸送帶對接頭硫化質(zhì)量不高，輸送帶接口拉扯在重載時發(fā)生斷裂。當(dāng)皮帶機在重載高速運行下對接頭硫化質(zhì)量不高時，輸送帶接頭斷裂造成接口部位鋼絲繩芯抽出受力不均發(fā)生斷帶。

2）膠帶表面的芯膠或面膠由于質(zhì)量不合格，在長時間高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，膠質(zhì)由于老化變質(zhì)，面膠下面的鋼絲繩與空氣接觸后，再加上煤泥中有大量的水分，鋼絲繩會組件逐漸失去原有的抗拉強度，從而在生產(chǎn)時發(fā)生斷裂。

3）由于礦井的運煤量不均勻?qū)е缕У睦Τ^皮帶的抗拉強度，皮帶內(nèi)的鋼絲繩被拉斷。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，皮帶的斷裂點通常在機頭或變坡點，而且一旦皮帶發(fā)生斷裂，皮帶會在牽引力及重力的作用力下加速下滑，對帶式輸送機人員的安全造成隱患。

2.3 尾部堆煤

皮帶在正常運行時，由于皮帶上的煤塊突然增加或重載停機時會將上部皮帶的煤塊掉落在下皮帶，此時如果工作人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，下皮帶的物料會隨著皮帶的運轉(zhuǎn)被帶入到尾部滾筒，導(dǎo)致皮帶發(fā)生跑偏、斷裂等情況，經(jīng)過輸送機在尾部均安裝了一套“犁式清掃裝置”，能夠?qū)ο缕Р糠值拿旱V進行回收，但由于該裝置安裝的位置、性能、形式及物料的特性等原因造成該裝置未能對下皮帶的煤塊完全清理。

3 帶式輸送機智能保護裝置應(yīng)用分析

3.1 智能保護裝置結(jié)構(gòu)

1）根據(jù)對帶式輸送機發(fā)生的事故原因進行分析，決定對帶式輸送機安裝一套智能保護裝置，該裝置內(nèi)置多個輸入、輸出模塊及數(shù)字量I/O點，此外裝置還配置較大速率的計算器及擴展模塊，能夠完成復(fù)雜的計算及控制。裝置內(nèi)的電路有監(jiān)測回路、控制回路、信號轉(zhuǎn)換及放大回路、信息輸入輸出回路、聲光報警回路、綜合保護電氣回路及控制回路。

2）主控單元采用先進的西門子技術(shù)，能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)進行采集并處理，是智能保護裝置的核心部件。顯示單元內(nèi)安裝有液晶顯示模塊。聲光報警模塊內(nèi)置有蜂鳴器及指示燈，當(dāng)指示燈顯示為綠色時表明系統(tǒng)正常運行，當(dāng)指示燈顯示為紅色時表明系統(tǒng)異常，并發(fā)出報警來提醒工作人員。

3.2 智能保護裝置功能及原理

1）速度檢測：該裝置能夠根據(jù)帶式輸送機的結(jié)構(gòu)及工作原理對帶式輸送機運行時的皮帶速度與驅(qū)動滾筒的線速度進行監(jiān)測，從而實現(xiàn)皮帶的比差檢測。皮帶滾筒的速度主要是依靠光電式速度傳感器進行監(jiān)測。

2）溫度檢測：溫度檢測主要是對主滾筒運行的溫度進行監(jiān)測。監(jiān)測裝置安裝有紅外線溫度傳感器，該傳感器能夠利用被測物體表面發(fā)生的紅外熱輻射來測量溫度，非常適用于對驅(qū)動滾筒表面的溫度進行監(jiān)測。工作人員可以根據(jù)實際現(xiàn)場環(huán)境設(shè)置動作溫度和復(fù)位溫度。

3）跑偏檢測：為了系統(tǒng)能夠在皮帶發(fā)生跑偏的第一時間被監(jiān)測到，技術(shù)人員為皮帶安裝一套跑偏檢測裝置。跑偏檢測裝置主要由以下部件組成：底座、底座支架、立輥復(fù)位彈簧、微動開關(guān)、凸輪、凸輪軸等部件。該裝置能夠根據(jù)實際的生產(chǎn)情況產(chǎn)生報警及停機兩個動作。皮帶在正常運行時，當(dāng)皮帶跑偏與監(jiān)測裝置上的立輥接觸時，立輥會在皮帶的帶動下轉(zhuǎn)動，隨著皮帶的偏移量不同，立輥也會發(fā)生一定的偏移。當(dāng)立輥的偏移量達到12°時，裝置的一級動作開始響應(yīng)，系統(tǒng)會輸出一開一閉2組信號；當(dāng)立輥的偏移量達到30°時，裝置的二級動作開始響應(yīng)，系統(tǒng)會輸出一開一閉2組信號。當(dāng)系統(tǒng)一級動作開始響應(yīng)時，系統(tǒng)會發(fā)出報警，同時跑偏矯正裝置也會在不停機的狀態(tài)下自動對皮帶進行調(diào)整；當(dāng)系統(tǒng)二級動作開始響應(yīng)時，系統(tǒng)會將信號傳遞到PLC，控制系統(tǒng)會立即將重度跑偏的輸送機停機，待工作人員進行人工校正后，立輥恢復(fù)正常狀態(tài)系統(tǒng)才能繼續(xù)開機作業(yè)。

4）尾部清煤裝置：為了解決帶式輸送機尾部堆煤現(xiàn)象，對帶式輸送機尾部安裝了新型清掃裝置，該裝置主要由防護網(wǎng)、清介質(zhì)、固定槽鋼、彈簧加壓裝置等部分組成，如圖1所示；尾部清掃裝置在安裝時要與皮帶留有一定的傾角，當(dāng)皮帶的下部有物料被拉回時，該裝置能夠?qū)ο缕У奈锪线M行清掃。該裝置底部安裝的耐磨材料在加壓裝置的作用下與皮帶無縫對接，從而實現(xiàn)高效、連續(xù)地對物料進行清掃。尾部清掃裝置上部安裝水的加高防護裝置能夠有效防止大塊物料及異物翻越清掃器對尾部滾筒造成損傷；該裝置上的“安全繩”能夠確保清掃裝置脫落后不會掉入尾部滾筒；該裝置在機尾滾筒與保護裝置之間安裝一套防護隔斷，能夠有效防止人員傷亡事故[3-5]。

圖1 輸送機機尾清煤裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用效果

2018年12月份，為8307工作面DTL型帶式輸送機安裝了一套智能保護裝置，截止2020年4月8307工作面已回采到位。通過4個月實際應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，安裝該保護裝置后，在后期回采過程中帶式輸送機未發(fā)生斷帶、跑偏現(xiàn)象，降低了皮帶尾浮煤量堆積現(xiàn)象，帶式輸送機故障率降低了14%，維修費用降低了40余萬元，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。