帶式輸送機皮帶撕裂保護裝置的分析與應用

張振東

（晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

引言

隨著煤炭行業(yè)去產能的不斷推進，煤礦企業(yè)也在積極發(fā)展自身的主觀能動性，不斷深化煤礦高產、高效、安全的開采理念，并全力優(yōu)化和完善煤炭開采和運輸設備。帶式輸送機具有高帶速、大運量、自動化程度高、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點，成為了當前煤礦井下主煤流運輸系統(tǒng)中的高效輸送設備。晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)井下采用的是SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機，其應用于巷道輸送和主井提升，且配置有ZL-A 型縱向撕裂保護裝置。但從多年的實踐應用情況來看，ZL-A 型縱向撕裂保護裝置對皮帶的保護效果不佳，帶式輸送機皮帶時常發(fā)生撕裂事故，特別是當遇到異型物卡滯時，皮帶發(fā)生撕裂事故的概率大大增加，常需停機檢修，給煤礦帶來極大的安全風險，降低了煤炭運輸效率，增加了企業(yè)的生產成本。因此，有必要對該ZL-A 型縱向撕裂保護裝置進行優(yōu)化改進，以提高其保護效果，防止皮帶撕裂故障的出現。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)位于懷仁縣云中鎮(zhèn)，礦井井田面積為12.207 9 km2，可采儲量為9 345.4 萬t，年設計生產能力為120 萬t。礦井開拓方式為斜井立井混合開拓，主要運輸方式為帶式輸送機皮帶運輸，輔助運輸為膠輪車運輸。礦井生產裝備全面實現了機械化，綜采機械化程度、綜掘機械化程度均達到100%，2020 年完成原煤產量115.3 萬t，原煤工效在7.7 t/工以上。通過科學合理地選擇采煤方法和采煤工藝，礦井實現了“一井一面”。81511 工作面綜采設備分別為MG650/1630WD 型采煤機、ZF-13000 型液壓支架、SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機、SZZ-1200/525 型轉載機以及PCM-525 型破碎機。

SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機參數：輸送量為3 500 t/h，帶寬1 400 mm，帶速4.5 m/s，主電機功率3×400 kW；傳動滾筒直徑為1 000 mm，配置有ZL-A 型縱向撕裂保護裝置。

2 皮帶撕裂保護裝置的組成

SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機配套的ZL-A型縱向撕裂保護裝置組成如圖1 所示。保護裝置主要包括控制器與電源箱、速度傳感器、煙霧傳感器、遠程控制箱、KT24、跑偏控制器、撕裂傳感器等部件，且均為本安型兼隔爆型部件。

圖1 ZL-A 型縱向撕裂保護裝置組成示意圖

ZL-A 型縱向撕裂保護裝置工作原理：裝置中的撕裂傳感器對SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和研判，并可根據結果做出相應的預警決策。具體過程：通過撕裂傳感器采集皮帶表面的信號，從而實現皮帶表面圖像的采集，并采用Canny 邊緣檢驗算法對采集到的皮帶信號變化進行特征提取。當皮帶發(fā)生縱向撕裂現象時，檢測到的皮帶表面信號將呈現出特定特征，即可認定發(fā)生縱向撕裂事故。

對ZL-A 型縱向撕裂保護裝置工作原理分析可知，從理論上講，該撕裂保護系統(tǒng)能對即將發(fā)生撕裂的皮帶及時采取保護措施，但是在SSJ1400/3×400伸縮帶式輸送機的實際工作過程中，受該礦井下工作條件的影響，特別是在無煤狀態(tài)下和事故高發(fā)區(qū)域，該保護裝置的應用效果不佳，其保護潛能沒能全部發(fā)揮出來，皮帶撕裂故障時有發(fā)生。針對這種情況，有必要在該縱向撕裂保護裝置的基礎上，設計一種輔助裝置，與該縱向撕裂保護裝置配合使用，以對帶式輸送機實現雙重保護，杜絕皮帶撕裂故障的出現，保障井下主運煤系統(tǒng)安全高效運行。

3 防異形體卡滯保護裝置的設計

3.1 異形體卡滯超前保護原理

該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機的鋼繩芯呈縱向分布，整體無橫絲，其橫向強度較低，當存在異型煤巖體時，運輸過程的穿卡行為會使得皮帶發(fā)生縱向撕裂，導致帶式輸送機故障的發(fā)生，特別是在轉載機給煤點區(qū)域，故障發(fā)生概率大大增加。轉載機給煤點區(qū)域的異型煤巖體和其它不規(guī)則金屬件等異形體在下落至皮帶的過程當中，基于自由落體運動和慣性作用，極易發(fā)生卡滯皮帶的現象，由于卡滯的異形體上下端受阻于防跑偏裝置、托輥架或者托輥處，會將皮帶進行割開，導致皮帶的縱向撕裂，隨著輸送機的運行，皮帶的縱向撕裂會越來越嚴重，直到發(fā)生重大事故。基于以上分析可知，如果能及時檢測到輸送帶上是否有異形體發(fā)生卡滯現象，那么皮帶撕裂保護裝置就能完全發(fā)揮其功效，便可更準確地對皮帶縱向撕裂起到保護效果，防止皮帶縱向撕裂事故的發(fā)生。

通過分析可知，異形體卡滯皮帶時會對受阻點產生一種持續(xù)的反方向的附加力，若能增設相應的受力傳感器，對異形體卡滯皮帶時產生的水平附加力進行動態(tài)監(jiān)控，就能有效阻止其對皮帶的連續(xù)破壞。

3.2 異形體卡滯保護方法分析

當異形體卡滯皮帶后，異形體所受的反方向的附加力全部都作用在上托輥，若對托輥處的附加壓力做好監(jiān)測，便可知道異形體的整體受力情況。在帶式輸送機正常工作時，設置壓力傳感器進行監(jiān)測，當壓力傳感器監(jiān)測到上托輥處的附加壓力時，就表明出現了異形體突然卡滯現象。因此，附加壓力值的及時監(jiān)測可超前預防異形體破壞皮帶的現象。

3.3 防異形體卡滯裝置的設計

根據該礦SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機異形體卡滯皮帶的經驗，設計了一種防異形體卡滯裝置，如圖2 所示。對配套轉載機落煤點30 m 內的托輥架進行優(yōu)化改造，將5 組6 m 的托輥大架放在一起，采用Φ4 mm 的鋼絲繩將托輥H 架連成整體，在上托輥下部全部安裝上滾動輪，滾動輪與上托輥用緩沖連接桿固定成一體，整體使用滑動軌道，壓力傳感器一端采用螺栓與緩沖連接桿相連，另一端固定在托輥H 架上，將壓力傳感器安裝在活動托輥架的右側。

圖2 防異形體卡滯裝置結構示意圖

由圖2 可知，當SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機正常工作時，防異形體卡滯裝置中的緩沖連接桿僅受摩擦力作用，作用力較小且穩(wěn)定。當運行途中有異形體卡滯皮帶時，皮帶驅動機并不會停止，而是保持繼續(xù)運行狀態(tài)，此時異形體會卡在上托輥與H 架連接掛鉤處，同時在緩沖連接桿處產生一個水平方向的附加力F。附加力F 能通過防異形體卡滯裝置向右傳遞到壓力傳感器上，并通過在ZL-A 型縱向撕裂保護裝置上設置相關參數，對輸送機傳輸發(fā)送相應的控制指令，從而有效防止帶式輸送機皮帶撕裂事故的發(fā)生。

4 實踐應用及效果分析

在原撕裂保護裝置的基礎上，對81511 工作面的SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機進行改進，設計增加防異形體卡滯裝置后，投入到運輸實踐中。

從2020 年5 月至2020 年7 月期間，該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機工作已有3 個月之久，通過ZL-A 型縱向撕裂保護裝置和防異形體卡滯保護裝置的共同應用，有效提升了設備皮帶的防撕裂能力，可及時發(fā)現安全隱患，并能夠成功解決問題。截至目前，該輸送機未發(fā)生一起皮帶縱向撕裂事故，安全性和可靠性較好，即使在皮帶撕裂事故的高發(fā)區(qū)也可對皮帶起到有效的防撕裂保護。

防異形體卡滯保護裝置的制作材料和配件簡單，安裝和拆卸方便，制造成本低廉，其能與ZL-A型縱向撕裂保護裝置一起較好配合應用，防止皮帶撕裂事故的發(fā)生，為企業(yè)實現高產、高效、安全的生產目標奠定基礎。該防異形體卡滯保護裝置制造價格便宜，具有較好的市場前景，可在煤礦帶式輸送機上進行大力推廣應用。