礦用皮帶輸送機溜槽堵塞保護開關設計應用*

秦 龍

(國家能源集團寧夏煤業公司 煤制油化工公用設施管理分公司，寧夏 靈武 750411)

0 引 言

礦用帶式輸送機作為煤礦開采中的關鍵設備，對實現開采煤礦的實時運輸及轉運啟動重要作用。由于運煤過程的復雜及特殊性，在生產運行過程中會暴露出堆煤保護開關不全面，保護性能不完善等問題，嚴重影響皮帶機設備安全運行，存在導致設備事故的嚴重隱患[1]。其中，在設備的實際生產過程中，如果溜槽中若出現了堆煤或堵塞現象，則會使溜槽空間越來越狹小，造成煤炭堆積更加嚴重，最終使得設備出現皮帶撕裂、電機燒壞等事故現象，給企業造成巨大的經濟損失[2]。為此，針對堆煤保護不靈敏或者是太靈敏的誤動作問題，在現有設備堆煤保護開關設計基礎上，從漫反射保護開關裝置、小門式堆煤保護開關等角度提出了新的改進設計方案，通過不斷嘗試新型堆煤保護開關，對出現的堆煤、堵煤問題及時報警或停機，以此來有效防范故障的不確定性，避免故障及事故擴大。

1 帶式輸送機中堆煤保護開關應用現狀介紹

目前，在生產系統內所使用的堆煤保護開關多安裝于三通導料槽內部，現市面上較成熟的堆煤保護開關有以下幾種類型，分別為重錘式(傾斜式)、電極式、阻旋式、壓感式等類型[3]，堆煤保護安裝位置如圖1所示。由于各種原因，以上幾種堆煤保護都存在缺陷，經常造成皮帶輸送機因堆煤保護誤動作導致停機。如現場打掃衛生對現場沖洗時造成皮帶積水多，特別是雨季以及冬季煤粉潮濕，水汽一旦超過了安全值，將會使堆煤保護中的控制開關出現誤操作現象，最終使得設備出現停機狀態，皮帶機設備需再次啟車，且處于重載啟車，更加劇了設備的負荷，給設備本身造成影響。

圖1 堆煤保護安裝位置示意圖

2 當前各類堆煤保護問題分析

2.1 電極式堆煤保護開關問題

電極式堆煤保護開關屬于當前成功應用的堆煤保護開關，其工作原理：感器探頭與底座安裝于溜槽壁上，探頭與底座相互絕緣，當溜槽內發生堵塞時，物料堆積至探頭處，探頭與底座通過煤流導通形成回路，使保護開關動作，并發出堵塞報警信號[4]。堆煤信號傳輸至PLC開關量模塊，由PLC發出指令停車。當物料料位下降后，堆煤保護報警復位。電極式堆煤保護開關結構圖如圖2所示。

圖2 電極式堆煤保護開關結構圖

電極式堆煤保護開關存在缺陷如下：

(1) 由于現場導料槽內空間狹小，運輸煤種主要為沫煤、且皮帶速度快，易產生粉塵，造成感應探桿及絕緣面的煤粉堆積，導致保護誤動作。

(2) 現場沖洗機架等設備造成皮帶積水多，啟車時易造成感應探桿及絕緣面積水，導致保護誤動作。

(3) 冬季運行時，由于溫差所產生的水汽易附著在金屬感表面造成保護誤動作。

(4) 崗位人員及維護人員需打開導料槽觀察口，手伸入導料槽內部對探桿及絕緣面進行擦拭清理，安全性低、檢查維護困難。

2.2 重錘式(傾斜式)堆煤保護開關問題

重錘式堆煤保護開關中的傾斜開關在受到外界作用力下時會與垂直方向發生15°的偏角，以此觸動內部的水銀開關閉合，實現堆煤保護；當外界作用力撤銷后，傾斜開關則恢復原狀，保持常開狀態。在帶式輸送機作業時則主要利用傾斜開關的開閉功能來實現整個堆煤過程的保護[5]。此堆煤保護開關具有：動作靈敏；整體密封性能良好,鋁合金制防水外殼，內外靜電噴塑；結構緊湊安裝簡單。重錘式堆煤保護開關結構圖如圖3所示。

圖3 重錘式堆煤保護開關結構圖

但此重錘式(傾斜式)開關實際使用時也存在較多問題，具體如下。

(1) 物料為沫煤時，顆粒干燥較小。可能存在真正堆煤了，由于塊煤顆粒較小，堆煤緩慢上升至堆煤保護，埋至堆煤保護時，沒有將傾斜式堆煤保護推動位移，而是直接將堆煤保護掩埋。探頭傾斜角度沒有大于15°，堆煤保護不動作。

(2) 導料槽內沒有堆煤，但由于塊煤砸到探頭，使探頭來回擺動，誤報為堆煤。

2.3 壓感式堆煤保護開關問題

壓感式堆煤保護開關主要利用內部的自恢復彈簧進行行程開關的自動控制，采用了門式結構類型，安裝在溜槽側壁上。在實際運行過程中，若溜槽中堆積了一定的堆積物，則會觸動保護開關中的活動門進行向外推移。當推移角度大于設置的閥值角度時，則會觸動控制開關并使設備發出的相應的報警提示[6]。其中，在溜槽側壁上方開設260 mm×260 mm尺寸，下方開設100～200 mm方口。

壓感式堆煤保護開關使用一段時間以后，由于煤炭濕度大，長時間運行后在開口處沉積，板結易將開口堵死，造成堆煤保護不動作。在使用一段時間要對開口板結的積煤進行清理，檢查緊固螺釘是否有松動、脫落現象，并開蓋清除積塵。

3 新型堆煤保護開關設計應用分析

3.1 新型堆煤保護開關設計重點

結合現有的多種堆煤保護開關在實際實際過程中存在的問題，在新型堆煤保護開關的設計過程中，需保證檢測信號具有較高的傳輸速度、較高質量的傳輸信號、人員操作的安全性。同時，在設計時需考慮在障礙物的阻擋現象對檢測信號無影響，能實時、準確的將堆煤現象反饋對控制中心，且信號具有較高的穩定性，保護開關安裝及維護保養方便等特點。為此，新型的堆煤保護開關將主要從漫反射式光電開關、小門式堆煤保護開關等方面進行設計應用。

3.2 漫反射式光電開關設計應用

漫反射式光電開關是當前相對成熟的一種感應技術。主要將發射器和接收器進行一體式集成設計，當溜槽中有堆積物和其他雜物經過時，通過檢測到運動距離并判斷后，觸動此漫反射開關中的接收器，并將產生的反射光線發射至接收器中，產生相應的光電開關信號，該光電開關主要安裝在導料槽上，示意圖如圖4所示。其中，所產生的開關信號反饋至PLC使膠帶輸送機報警停車。當物料料位下降后， 漫反射式光電開關無反射信號后，上位機才能夠復位。漫反射式光電堆煤開關安裝效果圖如圖4所示。

圖4 漫反射式光電堆煤開關安裝效果圖

漫反射式光電開關使用效果如下。

(1) 漫反射光電開關安裝于導料槽外側，崗位人員檢查清理更方便、更安全，只需擦拭鏡頭端蓋即可。

(2) 安裝于導料槽外側，開關所檢測的距離為20 cm只有當煤料堆積至保護開口處并溢出時才能觸發光電開關動作，且漫反射開關的光纖可通過機械調節旋鈕進行距離調節。

(3) 檢修維護調試更加方便，崗位人員及電氣人員可隨時對堆煤保護進行測試，用手進行遮擋即可。

(4) 漫反射光電開關具有防水性能，現場文明衛生沖洗所噴濺水不會造成開關損壞，只需將鏡頭擦拭干凈即可。

3.3 小門式堆煤保護開關設計應用

小門式堆煤保護開關主要由接近開關、活動擋板等組成，利用接近開關的檢測原理，實現對溜槽中堵塞現象的監測。其中，主要在導料槽側面開口(200 mm×250 mm)，小門下側有接近開關擋板，接近開關位于小門側面。小門可開啟角度為20°。當導料槽(三通)內有蓬煤時，靠重力作用煤會將小門推開，小門打開后接近開關監測到小門金屬擋板，發出堆煤保護動作信號至PLC，隨即程序執行皮帶輸送機停車指令。

同時，在小門式堆煤保護小門的外側，增加了一顆螺栓作為配重，以防止小門因小煤塊撞擊和振動導致的來回晃動；且在整個開口外側安裝有L型的擋板，阻擋導料槽上方撒煤將小門掩埋，確保小門始終可以正常動作；采用兩線制電磁接近開關，方便PLC采集接近開關信號，現場無需再給接近開關安裝電源。小門式堆煤保護側面動作效果圖如圖5所示。

圖5 小門式堆煤保護側面動作效果圖

該保護開關在帶式輸送機中的成功安裝及應用，使得帶式輸送機實現了自動化控制及保護效果，減輕了人員的勞動強度，提高了作業的安全性，達到了預期效果，得到人員的一致好評。

4 結 語

結合當前相對成熟自動化保護技術，更加高效、經濟的解決礦用帶式輸送機中溜槽問題，實現對整個煤炭運輸過程的堆煤保護，已是當前實現設備升級換代的重要發展方向。帶式輸送機中溜槽堆煤問題一旦解決，將大大提高設備的生產效率，提高人員的作業安全性。為此，在綜合分析當前帶式輸送機中溜槽堆煤現狀基礎上，對原有設備中堆煤保護開關存在問題進行了分析研究，設計了兩套漫反射保護開關和小門式堆煤保護開關，并將其安裝在帶式輸送機中，完成了開關實物的安裝調試運行，達到了預期效果。在完成新型保護裝置安裝應用后，可實現發生堆煤時的及時停車，有效地提高了帶式輸送機的運行效率 ，保障了礦用作業區的生產安全，實際借鑒意義較大。