礦用帶式輸送機跑偏分析及糾偏裝置應用

薛治東

（大同煤礦集團雁崖煤業有限公司，山西 大同037031）

引言

帶式輸送機主要是通過柔性皮帶對物料進行承載及運輸，同時在兩滾筒間做無限循環往復運動，與井下工作面使用的轉載機、破碎機等重型設備相比，帶式輸送機只能對小直徑的破碎物料進行運輸，而且運輸巷道都處于水平或有輕微的傾斜。帶式輸送機具有結構簡單、維護方便、成本低廉、運輸距離長、工作時間久、占地面積小等優點，隨著PLC技術的不斷發展，帶式輸送機的運輸效率得到了顯著的提升，然而由于輸送機長時間的運轉會出現皮帶跑偏的情況，這也制約了礦井的高效發展[1-2]。

1 工作面概述

大同煤礦集團雁崖煤業公司8312機械化回采工作面位于三盤區西翼，工作面回采長度為1 100 m，切巷長度為220 m，工作面回采煤層為山西組4號煤層，平均厚度為3.5 m。

于8312運輸巷（2312巷）內安裝一部DTL型帶式輸送機，輸送機帶寬為1.0 m，電機功率為400 kW，運輸量為2 000 t/h，主要擔負著8312工作面回采期間煤矸運輸任務[3]。

截止2019年12月，8312工作面已回采520 m，工作面在前期回采過程中共計發生7次帶式輸送機運輸事故，主要包括電機燒毀、斷帶、撕帶等，通過現場觀察發現，其中90%的運輸事故主要由輸送帶跑偏造成，造成工作面直接經濟損失達70元萬元，輸送機維修費用達32萬元，不僅增加工作面回采成本費用，制約著工作面煤矸高效運輸，而且威脅著工作面回采安全。

2 帶式輸送機跑偏機理及危害分析

2.1 跑偏機理

通過對8312工作面帶式輸送機運行現狀以及現場觀察發現，帶式輸送機發生跑偏主要由以下幾方面原因造成的：

1）皮帶運行時，當寬度方向的外力合大于一定值時，輸送帶就會發生跑偏。假設皮帶寬度方向的外力為FX，皮帶寬度方向位移的靜摩擦力為FX′，當FX≤FX′時，皮帶位移會在靜摩擦力作用下恢復到平衡位置，這是因為皮帶在寬度方向的合力歸零，皮帶不會發生跑偏；當FX＞FX′時，皮帶在寬度方向失去平衡，皮帶在FX的作用下發生位移，皮帶由于失去平衡發生跑偏[4-5]。

2）皮帶在運行時，當皮帶在寬度方向上的拉應力一側大、一側小時，皮帶由于失去平衡發生跑偏。皮帶由于一側緊、一側松，在經過轉向輥時，皮帶會從松邊向緊邊側移動，皮帶便發生跑偏。

2.2 帶式輸送機跑偏危害

1）皮帶發生跑偏后，皮帶會呈現一邊高、一邊低的狀態，皮帶上的物料會由皮帶高處涌向皮帶低處，導致物料從皮帶低處撒出，不僅造成物料的浪費，還會增加工作人員的勞動強度。

2）皮帶發生跑偏后，皮帶兩側會發生不同程度的磨損，皮帶單側磨損嚴重也會造成皮帶發生撕裂、漏煤的情況。

3）工作人員對跑偏較大的皮帶進行矯正時需要停機，影響工作面的正常生產。

3 有源式糾偏裝置應用分析

為了進一步提高帶式輸送機運行穩定性，降低輸送機跑偏事故率，決定對8312工作面帶式輸送機安裝一套有源式糾偏裝置。

3.1 結構組成

8312工作面帶式輸送機安裝的有源式糾偏裝置，主要由以下部件組成：下支撐架、上支撐架、伺服電機、托輥組、跑偏監測機構、控制器、蝸輪蝸桿裝置，如圖1所示。皮帶在運行時一旦發生跑偏，跑偏監測機構會立即進行監測，同時將監測數據傳遞到控制器，控制器對數據進行處理，判斷是否跑偏、是否啟動糾偏程序以及糾偏的具體距離，當伺服電機受到糾偏信號后，蝸桿蝸輪裝置在電機的作用下運行帶動托輥組旋轉。

圖1 有源式糾偏裝置結構示意圖

3.2 工作原理

1）該裝置的原理主要是在皮帶兩側安裝立輥，立輥需安裝在四連桿裝置的一端，一旦皮帶發生跑偏就會帶動立輥移動，從而導致連桿機構擺動，連桿另一端的位移傳感器就會監測到位置移動，位移量與跑偏量對應變化。與無源式監測裝置不同，該立輥只是用來監測數據，不改變皮帶的受力。

2）輸送機發生跑偏時，跑偏量的監測數據直接關系到跑偏裝置糾偏的準確性，對其監測可防止皮帶發生糾偏過度。合理測量皮帶的跑偏量和跑偏速率能為后期程序精準計算提供原始數據。

3.3 裝置結構特點

1）結構簡單。該裝置結構相對簡單，便于安裝以及檢修維護，整套裝置成本費用為1.2萬元，成本費用相對較低；而且該裝置在實際應用中故障率低。

2）糾偏效果好。該裝置動作靈敏可靠，當輸送機發生跑偏時可及時進行糾偏保護動作，保護動作時間在1～3 s范圍內，特別是當帶式輸送機發生跑偏量大于0.4 m時糾偏效果好。

3）應用區域廣。該裝置實用性強，可用于采掘工作面各類型號帶式輸送機中，而且該裝置還可用于建筑、化工等領域中，應用區域廣。

4 應用效果

2019年12月14日，對8312工作面DTL型帶輸送機安裝了一套有源式糾偏裝置，截止2020年3月27日工作面已回采到位。通過3個月實際應用效果觀察發現，該裝置安裝后可有效控制帶式輸送機跑偏現象，工作面在后期回采過程中未發生因輸送帶跑偏導致輸送機電機燒毀、斷帶、撕帶等事故，大大提高了帶式輸送機使用壽命，帶式輸送機跑偏事故率由原來的17%降低為3%，全年可降低帶式輸送機維修成本費用達22萬元，保證了綜采工作面安全高效運輸，取得了顯著應用成效。