淺析井工煤礦帶式輸送機系統改進方法

劉治剛

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司梅花井煤礦，寧夏 銀川 751400）

1 實施背景

井工煤礦帶式輸送機系統不可避免有大塊煤（矸）、鐵器和黏渣進入，容易造成輸送帶受沖擊力破壞，設備運行受阻，系統功能得不到充分利用。主要表現為：卡堵、蓬倉、堆煤、撕帶、跑偏等故障。據統計，井工煤礦使用最多的設備是帶式輸送機，且系統機械故障極為頻繁，千萬噸礦井每年影響生產時間可達100h以上。因此，減少機械故障，提高帶式輸送機系統的可靠性，成為亟待解決的問題。

2 改進前存在的主要問題

（1）大塊煤（矸）破碎效果不佳。在過去很長一段時間，煤礦都以提高塊煤率作為提高經濟效益的主要抓手，而忽視大塊煤（矸）的破碎問題。隨著各地鍋爐由燃煤改燃氣工作的推進，煤炭市場對塊煤需求量大幅減少，塊煤價格下滑。從環保工作的角度看，塊煤已不會再給煤礦帶來大幅經濟效益，而大塊煤（矸）對帶式輸送機系統平穩運行的不利因素愈發凸顯。煤礦井下原煤運輸系統設計中，僅在運輸順槽轉載機處設計有輪錘式破碎機。該型式破碎機對條形片狀煤（矸）破碎效果不理想，使大塊容易從源頭上進入帶式輸送機系統，造成系統故障頻繁發生。

（2）除鐵效果不佳。原系統中多采用帶式電磁除鐵器除鐵，受除鐵器安裝方式、磁化強度容易弱化、永磁除鐵器不利于作業安全等因素影響，鐵器容易進入帶式輸送機系統，造成系統故障頻繁發生。

（3）黏渣進入煤倉造成蓬倉。煤礦巖巷掘進、開采夾矸層等過程中，巖石經破碎后遇水極易形成黏渣，當煤倉只有黏渣落入，而原煤摻混較少時，容易造成煤倉因蓬倉而滿倉，致使帶式輸送機系統被迫停機。處理黏渣蓬倉故障時作業人員安全無法得到可靠保障，且處理過程費時費力。

3 改進措施

（1）在井下煤倉上口安裝破碎機。雙齒輥破碎機的破碎齒為雙螺旋結構，兩輥相對旋轉，中間如同篩孔。可將小物料直接篩去，對大塊進行破碎，避免粗細摻雜破碎的缺陷。具有篩分、破碎雙重功能，對條形片狀煤（矸），同樣具有較好的破碎能力。但這種破碎機對安裝條件要求高，井下一般巷道無法安裝使用。井下煤倉上口恰好具備該型式破碎機安裝條件，可起到良好的破碎效果。安裝如圖1。

圖1 煤倉上口雙齒輥破碎機

（2）合理選擇除鐵器安裝方式。電磁除鐵器一般有2種安裝方式，一種是橫向安裝在帶式輸送機機身，另一種是縱向傾斜安裝在帶式輸送機機頭拋煤點。前者當鐵器被埋在原煤下方，在原煤及鐵器重力作用下，除鐵器磁力有限無法吸除，而安裝更大功率除鐵器又不利于作業人員安全。后者由于鐵與煤密度不同，在拋煤點所形成的拋物線也不同，在此處恰好處于鐵器與原煤分離的最佳地點。在拋煤點除鐵，可取得良好的除鐵效果。但后者要求巷道高度必須滿足安裝條件，在條件適宜的拋煤點可挑高巷道高度，按縱向傾斜方式安裝除鐵器，能起到事半功倍的效果。兩種安裝方式如圖2、圖3。

圖2 改進前除鐵器安裝方式

圖3 改進后除鐵器安裝方式

（3）實現除鐵器與金屬探測聯動。鐵器進入煤流線時間，主要集中在采煤機截割工作面上、下口期間，除鐵器平時處于空轉狀態。電磁除鐵器長時間運行，容易造成磁化強度減弱，除鐵能力降低。磁感應金屬探測裝置可智能區分鐵器、帶扣、鋼絲繩芯接頭等，可智能控制除鐵器自動啟停。也就是說，僅有帶扣或鋼絲繩芯接頭通過時，除鐵器不會開啟；當有鐵器通過時，金屬探測裝置控制除鐵器開啟，進行除鐵。若鐵器過后，后續再無鐵器，會自動停止。當檢測到大件鐵器，超出除鐵器吸附能力時，可強行停止膠帶機運轉，保障系統安全。金屬探測裝置原理。

（4）設計永磁除鐵器液壓行走裝置。永磁除鐵器具有良好的除鐵效果，但不利于人員近距離檢修和除鐵作業。在永磁除鐵器和帶式輸送機運行過程中，若除鐵器出現故障或者除鐵器吸入大塊鐵器并卡堵時，既會影響帶式輸送機的安全運行，也不利于人員現場處理故障時的作業安全。因此，永磁除鐵器日常檢修、故障處理、從除鐵器上去除大件鐵器、人工回收廢鐵等作業過程中，存在安全隱患多、勞動強度大、工作效率低等問題。在永磁除鐵器下邊框架上安裝行走輪，在除鐵地點安裝行走軌道、液壓取鐵裝置、底抽閘板箱等。采用液壓泵站、液壓油缸作為動力源和執行機構，實現除鐵器安裝位置的可調節性及取鐵、裝車等環節的機械化。實現人員遠距離操作，確保了運行、檢修、故障處理、廢鐵回收、裝車運輸等作業的安全，提高了工作效率。永磁除鐵器液壓行走裝置如圖4。

圖4 永磁除鐵器液壓行走裝置

（5）在搭接點安裝給煤機。帶式輸送機系統轉載點物料的沖擊力容易使輸送帶受到劃扯、打砸，造成輸送帶故障。此現象在大角度搭接點更為頻繁。其原因是物料要由原來的運動方向改變角度，轉變為與原運動方向夾角較大的另一種運動方向。物料運動方向的改變，必然有外力的作用，這個外力就是被搭接輸送帶在運轉中對物料產生的摩擦力。按照作用力與反作用力原理，輸送帶要有足夠大的力改變物料運動方向，必然要承受物料所帶來反作用力的沖擊。在巷道高度適宜的大角度直接搭接點，增加卸載倉容積，并安裝給煤機。通過給煤機甲帶緩沖煤流沖擊力，避免輸送帶直接受煤流沖擊力破壞，減少修補和更換輸送帶頻次。給煤機甲帶檢修、維護、更換作業，比修補和更換帶式輸送機輸送帶作業，要容易很多，不僅能延長輸送帶使用壽命，而且不會造成系統長時間停機停產。搭接點給煤機安裝如圖5。

圖5 在搭接點安裝給煤機

（6）改進卸載倉型式。在巷道高度無法滿足給煤機安裝的情況下，為避免直接搭接膠帶機輸送帶承受過度沖擊力破壞，可采取合理選擇轉載點落煤位置，并改進卸載倉型式的方法，避免物料沖擊力破壞。

按照平拋運動位移公式：

式中，x為物料水平方向位移；v0為帶式輸送機帶速；t為物料自拋出點至落點所需時間；y為物料豎直方向位移；g為重力加速度。

通過計算并繪制拋物線，將落煤點選擇在被搭接膠帶機側邊上方的緩沖區域，使煤流沖擊力經緩沖后，再從落煤板上滑到被搭接膠帶機輸送帶中間位置，可起到預防煤流沖擊力破壞輸送帶的作用。改進前后卸載倉型式如圖6、圖7。

圖6 改進前卸載倉型式

圖7 改進后卸載倉型式

（7）設計高壓沖倉夾具。實踐表明，自煤倉下口用水管注入高壓水進行沖倉，是處理蓬倉最安全有效的做法。因受水管內高壓水壓力影響，水管容易出現蛇形擺動，傷及作業人員。尤其在蓬倉嚴重時，需接8Mpa以上的清水泵打壓，才有足夠壓力快速徹底地處理蓬倉故障。沖倉管路接入水壓越高危險因素越大。因此，沖倉管路不僅要牢固可靠，保障作業人員安全，而且要隨用隨裝，方便快捷，不影響正常生產。針對井下煤倉卸載型式和常用給料機特點，設計由絲杠螺母機構組成的沖倉夾具，既可以實現遠距離安全操作，又可以方便、快捷，提高處理蓬倉速度。具體制作方法：在下倉口閘板上方合適位置安裝支座，在支座上留出軸孔，安裝絲杠，在絲杠上旋入螺母，螺母下方安裝導向套，并使導向套與固定在支座上的導向桿配合。在絲杠一頭安裝絞盤和把手。在螺母頂部安裝旋轉架，并將沖倉管路固定在旋轉架轉軸上。管路兩頭焊接直通接頭，以便安裝高壓膠管。具體操作原理：當手動轉動絞盤使絲杠旋轉時，螺母沿導向桿做水平位移，可使沖倉管路通過下倉口觀察窗進入或退出倉內。當螺母受力時，而絲杠不會旋轉，確保沖倉管路在工作時不會因水壓作用產生位移，起到固定管路的作用。旋轉架可實現管路在水平面的旋轉，以便調整沖倉方位，方位調定后，將管路伸入倉內一頭固定在觀察窗鎖扣上，防止管路左右擺動。為防止大塊煤（矸）下落時砸壞管路，可使管路沖倉頭伸入倉內稍超出倉壁即可，帶有柔性的膠管可緩沖大塊煤（矸）下落沖擊力，不使管路被砸壞，造成沖倉工作中斷，防止高壓水外泄傷及人員。通過直通接頭插接200～300mm的高壓膠管伸入倉內。管路另一頭同樣采用直通接頭插接高壓膠管，并在安全位置安裝截止閥后，與高壓水源或泵站連接，實現人員在安全位置關停高壓水源。圖8為沖倉夾具機構簡圖。

圖8 高壓沖倉夾具

（8）安裝自動糾偏器。跑偏故障是帶式輸送機系統最常見的故障之一，不僅可使沿線撒煤，而且可引發撕帶、斷帶、損壞設備等其他更嚴重的故障現象。輸送帶跑偏現象直接影響膠帶機安全運行，實際運轉中，需安裝防跑偏保護，或安排專門的巡檢工經常巡視，出現跑偏時要立即停機進行調偏處理。直接制約著遠程集控化操作的實施，處理輸送帶跑偏不僅會增加勞動強度，而且會嚴重制約膠帶機運輸系統正常運行，造成影響生產時間增加。針對膠帶機實際運行中輸送帶容易發生跑偏的現象，在膠帶機機身部位安裝液壓自動糾偏器，有效預防輸送帶跑偏現象，使輸送帶運行更為穩定、可靠，為實現遠程集控化操作創造有利條件。自動糾偏器主要由立輥、油泵、油缸、糾偏架等組成。當輸送帶跑偏時，輸送帶帶動立輥轉動，油泵工作，控制油缸往復運動，帶動糾偏架旋轉，實施自動糾偏。自動糾偏器安裝如圖9。

圖9 自動糾偏器

（9）安裝卸載倉滿倉保護裝置。在實際生產中，容易發生帶式輸送機機頭堆煤現象，容易造成機頭堆煤，甚至發生卸載倉滿倉、埋機頭故障，甚至引發撕帶、斷帶事故。原使用的電極式堆煤保護使用中存在問題：皮帶上飛出的煤塊會碰觸堆煤傳感器，導致傳感器誤動作，影響膠帶機正常運轉。針對存在的問題，可設計安裝卸載倉滿倉保護裝置，作為電極式堆煤保護的后備保護。安裝方法：在卸載倉適當高度位置留出側孔，在側孔外安裝轉軸式門板及行程開關，將行程開關常閉節點串聯接入膠帶機控制回路即可。動作原理：正常情況下，門板處于關閉狀態，不會觸及行程開關。當卸載倉內物料堆積達到側孔高度位置時，物料會自側孔溢出，觸動門板轉動，使行程開關動作，設備自動停機。卸載倉滿倉保護裝置安裝如圖10。

圖10 卸載倉滿倉保護裝置安裝現場

（10）使用帶式輸送機中部驅動技術。大型井工煤礦順槽帶式輸送機運輸距離可長達5km以上。當運輸距離增加時，輸送帶最大張力隨之增大，需用輸送帶帶強也隨之增加。當帶強無法滿足要求時，傳統方案采用多臺帶式輸送機接力運輸。存在浪費設備資源，安裝后管理、維護成本高等問題。按照摩擦傳動條件，使用逐點計算法可知，中部驅動技術可大幅度降低輸送帶張力，從而降低輸送帶規格。既滿足了生產需要，節約了設備資源和能耗，又免去了合帶占用時間長，須工作面較長時間停產才能完成合帶作業的弊病。尤其在長距離、大運量可伸縮帶式輸送機安裝設計中，其技術效果更加明顯。帶式輸送機頭部加中部驅動技術張力分布如圖11。

圖11 帶式輸送機頭部加中部驅動技術張力分布

（11）采用無基礎底座安裝帶式輸送機。制作堅固無基礎底座，采用支柱將底座可靠固定在巷道底板上，帶式輸送機通過底座螺栓安裝在無基礎底座上。免去挖基礎坑、澆灌混凝土等環節，節省巷道施工費用，安裝、拆卸方便，縮短安裝工期，且無基礎底座及支柱等可重復利用，節省安裝成本。圖12為帶式輸送機無基礎底座安裝圖。

圖12 帶式輸送機無基礎底座安裝圖

4 取得的效果

上述改進措施經過在梅花井煤礦的實踐應用，使帶式輸送機系統安全性、可靠性、平穩性大幅提高，為系統無人值守、有人巡視、遠程集控化操作，提供了有利條件。

（1）安全效益。極大地降低了機電事故率，避免了處理系統卡堵、蓬倉，修補和更換輸送帶等作業本身存在的諸多危險因素，安全效益非常明顯。

（2）經濟效益。

①帶式輸送機系統機械故障影響生產時間大幅減少。故障影響時間同期對比如圖13。

圖13 故障影響時間同期對比

全年減少影響生產時間=102.89-35.64=67.25小時/年

按原煤產量960萬噸/年、工作制16小時/日計算，礦井系統產能=960萬噸/年÷365天÷16小時=0.1644萬噸/小時。全年可增加原煤產量=礦井系統產能×每年可減少影響生產時間=0.1644萬噸/小時×67.25小時=11.06萬噸/年。按原煤價格334.93元/噸計算，可增加經濟效益=11.06萬噸/年×334.93元/噸=3704萬元/年。

②實現了系統遠程集控化操作。極大地提高了工作效率，達到了“機械化換人，自動化減人”的目的。在設備總臺數同比增加8臺的情況下，系統作業人員總數同比減少42人。圖14為設備和作業人員數量統計。

圖14 設備和作業人員數量統計

梅花井煤礦運輸輔助區隊人均年收入約為15.14萬元/年，直接節約人工工資約為15.14萬元/年×42=636萬元/年。

③經濟效益合計。

3704萬元/年+636萬元/年=4340萬元/年。

5 結語

煤礦企業管理方式較為粗放，通過采取技術手段對各系統實施改進，走“機械化換人，自動化減人，實現集約化生產”之路，可保障作業安全，有效釋放產能。社會效益和經濟效益挖掘空間巨大。