基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱設計及應用

閆利鵬

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業有限公司，山西 呂梁 035200）

引言

帶式輸送機是煤礦應用非常廣泛的物料連續轉運裝備，具有高帶速、大流量的特點。在生產過程中，由于開采工藝或者其他原因導致很多煤炭含水率較高，在經過拋料滾筒卸料后還有一些殘存的濕黏物料黏結在輸送帶的承載面，輸送帶在經過回程托輥時黏結在承載面的濕黏煤逐漸脫離輸送帶形成回程“甩帶煤”，這部分物料在回程托輥處淤積，影響托輥的使用壽命，同時很容易造成輸送帶跑偏、打滑等問題。

本文研究了一種新型的帶式輸送機自動清掃箱，并成功應用于某煤礦帶式輸送機，為解決帶式輸送機回程“甩帶煤”問題提供了新的思路。

1 現有帶式輸送機回程皮帶“甩帶煤”清理技術

目前，對于回程輸送帶的“甩帶煤”問題，一般采用的技術為在頭部拋料滾筒處安裝H型或者P型清掃器，清掃器刮片的材質可以選擇為聚氨酯或者硬質合金。煤炭從翻卸到轉運至堆場需要經過多級輸送帶，這個轉接環節是通過轉接溜槽實現的，而H型和P型清掃器也是安裝在轉接溜槽內部。由于轉接溜槽頭部空間有限，一般也只能安裝一道H型清掃器和一道P型清掃器。由于輸送帶帶速較高，瞬時流量較大，僅依靠安裝于頭部溜槽內部的H型清掃器和P型清掃器難以將黏結在輸送帶表面的濕黏煤和煤粉完全清理干凈，輸送帶回程“甩帶煤”問題也就無法根治。

2 基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱設計

2.1 空氣炮助流的自動清掃箱設計

針對上述問題，設計了一種采用空氣炮技術的自動清掃箱，如圖1所示。在頭部拋料滾筒處安裝第一級聚氨酯刀頭清掃器，在頭部滾筒正下方安裝高壓水刀，當PLC接收皮帶啟動信號后，高壓水刀通過其扇形噴頭對皮帶進行沖洗，利用水的噴射壓力對黏結在皮帶表面剩余物料進行稀釋潤濕，然后經高壓水刀后方安裝第二級合金刀頭清掃器將含水物料清除至頭部漏斗內部，減少向后帶料的概率。在頭部溜槽外側設計輔助集料斗，用于安裝清掃器并收集物料，在洗帶箱下部、回收溜槽體后部設計有高壓空氣炮強制清料裝置，在輔助集料斗內部串聯安裝二級合金刀頭除水清掃器和二級聚氨酯刀頭除水清掃器，該兩套清掃器同時用于清除黏結在皮帶表面的含水物料，并掉落至輔助集料斗內部。集料斗內部安裝空氣炮的噴氣單元，可在集料斗底面與物料之間形成高壓空氣流，將物料強吹至溜槽內部。

圖1 技術原理圖

圖2所示為基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱三維模型，箱體采用分體式設計，中間通過法蘭形式連接，便于安裝和維護。積料箱下斗體采用傾斜式的設計方式，與水平呈20°夾角，可以保證清掃器刮下的部分煤泥和水在傾角的作用下自流至溜槽內部。

圖2 三維模型圖

2.2 電氣控制系統設計

系統的控制邏輯分為皮帶信號連鎖、設備啟動與備妥、主閥與空氣炮充氣閥運行、空氣炮釋放以及反沖洗等。

皮帶信號連鎖控制是將皮帶機實時運行的狀態信號反饋至變電所的PLC之后，再通過變電所與轉接塔的中轉微型PLC及空氣炮設備自帶PLC之間的通信，完成皮帶機實時運行狀態的信號傳遞，如圖3所示。

圖3 皮帶信號連鎖控制

設備啟動與備妥控制分為遠程自動啟動模式和本地手動啟動模式，通過兩種啟動方式的任何一種完成設備啟動后，設備會進行模式自檢測與皮帶機信號檢查，如圖4所示。

圖4 啟動與備妥控制

主閥與空氣炮充氣閥運行控制的功能是在設備滿足運行狀態的條件下，自動啟動物料回收系統的水路控制主閥門，對洗帶箱箱體及落料斗內進行噴淋清洗。同時啟動空氣炮充氣控制閥，為空氣炮的儲氣罐進行充氣加壓，將儲氣罐內的氣壓值提升滿足空氣炮釋放的狀態，控制邏輯如圖5所示。

圖5 主閥與空氣炮充氣閥控制

空氣炮釋放控制同樣分為遠程自動運行和本地手動運行兩種狀態。當處于自動運行狀態時，空氣炮的釋放周期可通過系統的上位機控制器觸摸屏進行單獨設定；當系統處于手動運行狀態時，可通過操作人員對觸摸屏內的按鍵進行點擊操作，如圖6所示。

圖6 空氣炮釋放控制

反沖洗控制是在空氣炮物料回收系統完成卸車作業后停止使用時，停止水路主閥門的同時啟動反沖洗控制閥，這一功能將儲氣罐內的剩余氣體釋放干凈，達到降低儲氣罐內部氣壓的作用，如下頁圖7所示。

3 基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱現場應用及效果

3.1 現場應用情況

圖7 反沖洗控制

“基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱”應用于某煤礦BF5帶式輸送機上，BF5帶式輸送機帶寬1.8 m，帶速5.04 m/s，額定流量5 400 t/h，最大流量6 400 t/h。自動清掃箱主要技術參數如下：水刀噴水流量0.5～0.7 t/h；空氣炮氣罐容積1 m3；空氣炮安全閥門壓力8 MPa（80 bar）；水壓要求0.4～0.6 MPa；氣壓0.5～0.6 MPa；空氣炮工作壓力4～5 MPa（40～50 bar）；空氣炮反沖時間600 s。

3.2 應用效果分析

對某煤礦BF5帶式輸送機（采用自動清掃箱技術）與BF4帶式輸送機（未采用自動清掃箱技術）進行了效果對比分析，統計時間區間為3 d。其中，BF5總通過量為189 600 t，其中濕黏煤種占比為53.16%。BF4總通過量為176 400 t，其中濕黏煤種占比為50.12%。分別對BF5和BF4輸送帶回程區域的“甩帶煤”進行了收集和稱重對比，其中BF5帶式輸送機回程甩帶煤總質量為2.97 kg，BF4回程甩帶煤總質量為107.14 kg，兩者萬噸灑漏率分別為0.001 6%和0.06%。

綜上可見，采用了基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱的帶式輸送機對于治理回程“甩帶煤”具有良好的效果，能夠大大減少人工清掃量[1-3]。

4 結語

基于空氣炮技術的帶式輸送機自動清掃箱可以有效清掃殘存于輸送帶承載面的濕黏煤和煤粉，并且通過空氣炮的強吹將收集的物料回收至溜槽系統中直接進入下級輸送帶，減少了人工的清理強度，大大延長了托輥的使用壽命，對于改善作業區域的環境容貌具有明顯效果。