掘進(jìn)巷道帶式輸送機(jī)跑偏機(jī)理及控制方法

張康平

（西山煤電集團(tuán)西曲礦， 山西 古交 030200）

1 西曲礦19202 巷概述

帶式輸送機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、安裝方便、事故率低，現(xiàn)已成為煤礦使用最廣泛的運(yùn)輸工具之一。然而隨著煤礦產(chǎn)量的增大，帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量越來(lái)越高、輸送帶長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，這就難免出現(xiàn)輸送帶跑偏的現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中，輸送機(jī)跑偏不僅會(huì)造成皮帶上的物料拋灑，還會(huì)造成跑偏的皮帶與托輥磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大、溫度升高、皮帶壽命較低，最終發(fā)生皮帶跑偏、斷帶事故，而且輸送帶價(jià)格較貴，更換及維修磨損的輸送帶會(huì)產(chǎn)生較大的費(fèi)用，不利于煤礦的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

西曲礦19202 巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 700 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，巷道掘進(jìn)期間采用SSJ-800 型帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤矸運(yùn)輸，截止目前巷道已掘進(jìn)440 m；巷道在掘進(jìn)前期帶式輸送機(jī)因跑偏經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在輸送機(jī)斷帶、電機(jī)燒毀、輸送帶磨損等，造成輸送機(jī)維修成本費(fèi)用達(dá)27 萬(wàn)元，而且嚴(yán)重威脅著巷道安全掘進(jìn)；對(duì)此掘進(jìn)一隊(duì)針對(duì)施工條件，制定了一套完整的輸送機(jī)防跑偏措施。

2 跑偏原因分析

2.1 跑偏機(jī)理

帶式輸送帶中心線通常與托輥中心線保持平行，而且?guī)捷斔蛶芷小芭芫o不跑松”的規(guī)律。輸送帶發(fā)生跑偏通常是由于皮帶兩側(cè)張緊力不同或托輥與輸送帶中心線不平行造成的。輸送帶在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)托輥會(huì)對(duì)輸送帶產(chǎn)生一個(gè)摩擦力F，摩擦力的方向與托輥軸線垂直，當(dāng)帶式輸送機(jī)托輥與輸送帶中心線存在夾角時(shí)，該摩擦力F會(huì)被分解為與輸送帶運(yùn)行方向相同的分力Fx，以及與Fx垂直分力Fy，該分力Fy就是導(dǎo)致輸送帶跑偏的直接作用力。當(dāng)托輥與皮帶中心線不平行時(shí)，由于輸送帶與托輥接觸的位置和時(shí)間不一樣，輸送帶各截面產(chǎn)生的應(yīng)力大小也不一樣，按照“跑緊不跑松”的原則，輸送帶向接觸較早的一側(cè)跑偏[1-3]。

2.2 影響因素

1）施工人員未按照說(shuō)明書要求的工序工藝進(jìn)行安裝，造成輸送帶與機(jī)頭、機(jī)尾中心線不平行。

2）當(dāng)輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒軸線與輸送帶中心線不垂直時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒對(duì)輸送帶不能產(chǎn)生均勻的牽引力，造成輸送帶會(huì)向張緊力較大的一側(cè)跑偏。

3）由于輸送帶在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)時(shí)存在嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，造成施工人員進(jìn)行對(duì)接和安裝時(shí)，輸送帶兩側(cè)的彈性模量不同，由于彈性模量越大的輸送帶張緊力大，最終輸送帶會(huì)向彈性模量較大的一側(cè)偏移。

4）當(dāng)物料落在輸送帶上時(shí)，物料不能在輸送帶表面均勻分布，由于物料越重輸送帶張緊力越大，造成輸送帶向物料較重的一側(cè)跑偏[4-5]。

3 輸送機(jī)防跑偏技術(shù)措施

3.1 立輥?zhàn)约m偏

掘進(jìn)一隊(duì)根據(jù)輸送帶的事故案例和現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件分析，設(shè)計(jì)出一套V 型托輥組。V 型托輥組主要采用3 個(gè)托輥，并使3 個(gè)托輥成V 型排列，V 型托輥組兩側(cè)安裝兩個(gè)立輥。首先將V 型托輥組固定在支架上，同時(shí)將托輥組的旋轉(zhuǎn)軸插入底座內(nèi)，這樣托輥組能夠在輸送帶的作用下自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏現(xiàn)象時(shí)，托輥組兩側(cè)的托輥也會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力，偏移方向的托輥產(chǎn)生的應(yīng)力較大，同時(shí)帶動(dòng)托輥組偏轉(zhuǎn)，此時(shí)輸送帶的中心線與偏轉(zhuǎn)后托輥組中心平行，輸送帶會(huì)向跑偏方向相反一側(cè)移動(dòng)，以此來(lái)達(dá)到糾偏效果。當(dāng)輸送帶跑偏嚴(yán)重時(shí)，輸送帶會(huì)與立輥接觸，原理與上述過(guò)程一樣。19202 巷帶式輸送機(jī)在使用該設(shè)備后，跑偏現(xiàn)象得到了有效控制，該裝置無(wú)需安裝其他外接設(shè)備就可以完成輸送帶的糾偏，具有安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但是該裝置如長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于輸送帶與托輥組摩擦?xí)r間長(zhǎng)，會(huì)對(duì)輸送帶磨損嚴(yán)重。

3.2 外力驅(qū)動(dòng)托輥糾偏

在實(shí)際生產(chǎn)中，輕微的跑偏通常不會(huì)對(duì)輸送帶的運(yùn)輸造成影響，如果頻繁地對(duì)輸送帶進(jìn)行校正，會(huì)嚴(yán)重影響輸送帶的壽命。因此可在安裝自糾偏設(shè)備后，再在V 型輥組兩側(cè)安裝兩套距離傳感器，同時(shí)在托輥支架底部安裝電力或液壓驅(qū)動(dòng)裝置。當(dāng)距離傳感器檢測(cè)到輸送到跑偏距離大于設(shè)定的距離時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置開(kāi)始工作，完成對(duì)輸送帶的糾偏。通過(guò)使用該裝置能夠大大減少糾偏裝置對(duì)輸送帶的糾偏次數(shù)，減少了托輥對(duì)輸送帶的摩擦次數(shù)。

3.3 滾筒調(diào)整糾偏

當(dāng)輸送帶出現(xiàn)跑偏情況時(shí)，操作人員也可以通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)滾筒張緊力和滾筒軸的平行度來(lái)改變輸送帶中心線方向。滾筒兩側(cè)軸承座調(diào)整可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)絲杠或油缸完成，操作人員可以通過(guò)改變滾筒的平行度來(lái)調(diào)整輸送帶的跑偏，完成輸送帶自身抗跑偏能力。

3.4 安裝防跑偏裝置

19202 巷帶式輸送機(jī)安裝防跑偏裝置主要由距離傳感器、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、推移油缸、可調(diào)滾筒，如圖1 所示。兩套距離傳感器分別安裝在滾筒兩側(cè)，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的皮帶偏移量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，距離傳感器將接收到的信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)判斷輸送帶的跑偏量，同時(shí)給液壓系統(tǒng)發(fā)出控制指令，液壓系統(tǒng)根據(jù)控制指令接通各閥組，這時(shí)油缸開(kāi)始動(dòng)作來(lái)調(diào)整滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)角度，以此來(lái)達(dá)到糾偏的效果。如需人工調(diào)節(jié)輸送帶張緊度來(lái)提高輸送帶自身抗跑偏能力時(shí)，可以通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)絲杠來(lái)驅(qū)動(dòng)滾筒前后移動(dòng)。

圖1 帶式輸送機(jī)防跑偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 實(shí)踐效果

2018 年4 月掘進(jìn)一隊(duì)19202 巷SSJ-800 型帶式輸送機(jī)采取防跑偏技術(shù)措施，通過(guò)6 個(gè)月應(yīng)用效果來(lái)看，采取防跑偏措施后，發(fā)生一次輸送帶跑偏、斷裂現(xiàn)象，輸送帶跑偏現(xiàn)象得到了有效控制，降低了人工清理皮帶巷勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性及使用壽命，全年可節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)20 余萬(wàn)元，保證了掘進(jìn)巷道安全高效運(yùn)輸，取得了顯著的安全、經(jīng)濟(jì)效益。