煤礦用DSJ90型帶式輸送機技術改造及其應用效果分析

劉 璐

（晉能控股煤業集團麻家梁煤業有限公司，山西 朔州 036000）

引言

隨著我國城鎮化進度建設的加快，對煤炭開采總量以及生產效率有了更進一步的要求。礦井內所有機械設備都應符合高效率化以及安全性的技術標準，尤其是煤炭輸送系統的效率非常關鍵。作為輸送系統的關鍵設備——帶式輸送機承擔著運煤的重任，將煤炭從礦井內運送至規定的地點[1]。隨著開采環境的不斷惡劣，地層條件的多變復雜性，使得帶式輸送機在作業過程中的從容性有所欠缺。由于工作面巷道的限制，帶式輸送機只能直線運輸，當遇到需要急轉彎或連續轉彎的情況時就會變得很困難并且造成了能耗的浪費。因此，以DSJ90型帶式輸送機作為研究對象，從帶式輸送機的整體結構設計方面進行技術改造，并結合電氣設備自動化的設計，全面提升帶式輸送機對礦井的適用性，并在實際工程中發揮出良好的效果。

1 DSJ型帶式輸送機設計背景簡介

1.1 工況條件

DSJ90型帶式輸送機在某煤礦工作時，會遇到三次轉彎運輸過程，轉彎的角度分別為21°、25°、25°，三段轉彎的總長度為214 m[2]。該型號輸送機在轉彎時會對皮帶進行搭接，皮帶前后的運轉電機功率不一致，在轉載煤炭時會造成能耗的浪費。該煤礦安裝有兩臺DSJ90型帶式輸送機和一臺SGB770/80T型刮板輸送機，總體輸送長度為560 m。但是三臺輸送機均未實現自動化集中控制，每個輸送機由一個技術工人控制，在協同操作和信息報送方面存在滯后性，缺乏統一的集中控制。

1.2 設計方案總體概述

DSJ90型帶式輸送機主要由機頭、機身、機尾三個主要部分組成，可分別對三個部分的結構設計進行考慮[3]。一是機頭部位：DSJ90型帶式輸送機的輸出功率較大，遇到短距離大轉角輸送時，可減小電機驅動的功率，配置更小體積的減速器箱體，皮帶張緊裝置與機頭部位進行有效銜接。二是機身部位：機身部位可有效的對H架與縱梁的數目進行增減，從而達到輸送機伸長和縮短的目的。三是機尾部位：DSJ90型帶式輸送機的機尾由十個基尾架組成，保證了整體的鋼度和強度，為了縮短在轉角處的安裝距離，可以增加錨桿的方式代替機尾架的安裝，機尾架結構示意圖如圖1所示。

圖1 DSJ90型帶式輸送機機尾部分示意圖

結合總體方案構想及工況情況，為了使得帶式輸送機的安裝長度縮短至15 m，可改變輸送機的驅動機構，對機頭架和張緊裝置進行優選，同時對機尾的托輥進行重新設計。

2 帶式輸送機轉彎裝置設計

2.1 托輥組結構設計

為了提高帶式輸送機的適應性，首先應對其轉彎裝置進行技術改造，能夠更好地滿足礦井內彎轉的工作面。影響帶式輸送機轉彎運輸性能的為托輥組，通過改造托輥組并且加裝強制轉換的裝置，當帶式輸送機在小于45°時能夠輕松實現轉彎運輸[4]。

托輥組結構設計主要根據轉彎半徑確定。托輥組的吊鉤、增設立棍和彈性支撐結構也對整體結構的轉彎通過性造成影響。可以增設立棍結構實現帶式輸送機在彎曲通道的強制轉彎，由于皮帶空載時，皮帶下支撐的彈簧收縮量較小，如果縮小皮帶內曲線夾角，可以實現增加離心推力的目的。利用托輥組傾角與皮帶支撐力的關系特性，將托輥組的內曲線夾角縮小，如圖2所示。

圖2 托輥組內曲線夾角縮小示意圖

2.2 強制轉彎裝置設計

DSJ90型帶式輸送機在面對不同的轉彎角度時，如果采用不同的托輥組，不僅將增加成本，而且對工作效率造成較大影響。通常在托輥組下部安裝方便調節的托輥支架，常用的支架造型為三角形或直立結構[5]。前者結構的穩定性較好，但是無法有效保證兩側傾斜支撐的對稱性；后者結構簡單，但受到側向作用力時容易發生偏轉。因此將兩者結構進行結合優化，形成如圖3所示結構，其中兩側結構為立輥，上側結構為壓輥，適用于轉彎角度大的地形條件。

圖3 托輥支架結構優化示意圖

3 集中控制系統設計

3.1 集中控制系統設計要求

帶式輸送機的技術改造不僅包括零部件設計，還將實現電氣自動化的集中控制功能。集中控制系統的信息采集將依靠布置在關鍵點位的傳感器實現。根據工況條件，采用PLC配合傳感器將實現低速打滑保護、溫度超高保護、卸煤堆積保護、粉塵煙霧保護、跑偏保護、撕裂保護、拉線急停保護等功能。同時控制系統的設計目的是礦井技術員控制多部輸送機，還需要具備的功能：一是對輸送機高度的集中控制；二是并且有顯示器實現人機交互的信息讀取；三是可擴展性較強，能夠為未來升級提供余量并且為隔爆本質安全型設備。

3.2 集中控制系統總體設計方案

根據礦井工作面內帶式輸送機的安裝位置，帶式輸送機機頭位置安裝PLC的控制器，形成多功能控制器總站與分站的連接網絡并且具有保護功能。但是礦井內不僅有帶式輸送機，還有刮板輸送機，由于刮板輸送機不接入集中控制系統，需采用人工控制[6]。整體系統的通訊采用抗干擾性較強的RS-485通訊電纜，有顯示器及時報送輸送機的運行狀態。配備按鈕對帶式輸送機的關鍵動作實行操作，控制系統設計圖如圖4所示。

圖4 帶式輸送機集中控制系統設計圖

4 技術改造應用

4.1 強制轉彎托輥組的應用

帶式輸送機強制轉彎裝置為圖5中的結構造型，按照設計制造出工程實物。在DSJ90型可伸縮帶式輸送機轉彎處，按要求鋪設轉彎段中間部分，將轉彎裝置按設計參數固定在轉彎處中間架的縱梁上，通過多組裝置組合使用，實現轉彎目的，如圖5是在某礦井下使用的轉彎裝置。

圖5 強制轉彎裝置應用圖

在應用中發現托輥組安裝角度難把握，很難精準安裝；轉角較小時，可以實現非強制轉彎；轉角較大時，飄帶現象嚴重，飄帶處需加壓輥；轉角較大時，轉彎處中間架不穩定，須加固定約束。

4.2 集中控制系統的應用

輸送機集中控制系統總站處可實現集中順序控制、集中單獨控制和就地控制三種工作模式，控制模式切換依靠操作箱完成，分站處可實現檢修模式。操作人員可以通過顯示屏直觀獲悉帶式輸送機檢修、運行狀態。

5 技術改造應用效果

為了提高帶式輸送機的運輸效率和整體結構對于煤炭開采環境的適應性，對帶式輸送機進行了技術改造研究。一是設計加工帶式輸送機強制轉彎裝置，成本低廉。裝置節省安裝工時，同時減少一部或多部帶式輸送機入井，降低電能損耗、節省維護費用；二是輸送機集中控制系統自使用以來，每年每套設備平均可節約人工4 000人以上。研究成果為煤礦行業對開采機械設備的技術改造提供了改進思路。