礦用帶式輸送機堆煤保護裝置優化改進

李 川

（山西焦煤霍州煤電店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

引言

帶式輸送機是煤礦常見的運輸設備，且具有可連續工作、穩定性高、運量大等特點，如SSJ 型、DTL 型帶式輸送機被普遍用于煤礦采掘工作面中。由于采掘工作面運輸路線長，煤礦井下在進行煤矸運輸時需安裝多部帶式輸送機相互搭接進行聯合運輸，但是在煤礦實際生產過程中，相鄰兩部帶式輸送機處于相互獨立狀態，一旦下水平帶式輸送機出現故障停機而上方的帶式輸送機依舊正常運行時，就會導致運輸的煤炭在下方帶式輸送機接煤處堆積，甚至滑落至帶式輸送機外，不僅造成搭接點處煤矸堆積，增加了下水平帶式輸送機運行負荷，增加了輸送機故障率，而且增加了搭接點人工清煤勞動作業強度，不利于采掘工作面安全、高效運輸。

傳統帶式輸送機是在機頭下方接煤處上方的一定高度安裝堆煤感應器，堆煤感應器向下伸出一個觸桿。當煤炭在下方帶式輸送機堆積并達到一定高度后，就會向上推動觸桿，或側向推動觸桿，進而使堆煤感應器發出警報，工作人員可根據警報控制上層帶式輸送機停止運轉，阻止煤炭在堆煤處進一步堆積。但是煤炭由上方的帶式輸送機被拋落至下方的帶式輸送機時，可能將觸桿直接埋沒在煤堆里，進而使堆煤感應器失效，而且堆煤感應器不能監測堆煤量的多少[1-4]。對此，店坪煤礦通過技術研究，決定對原堆煤保護裝置進行優化改進。

1 優化后堆煤保護裝置結構及工作原理

1.1 優化后裝置結構組成

1）優化后堆煤保護裝置主要由機架、托輥支架、中托輥、邊托輥、掛鉤、彈性裝置、壓力監測裝置、壓塊、壓力傳感器、底座、導線、控制器等組成，如圖1 所示。

圖1 優化后堆煤保護裝置整體結構示意圖

2）邊托輥通過懸掛裝置吊掛在托輥支架上，懸掛裝置主要由掛鉤及彈性裝置等部分組成，掛鉤兩端分別與托輥支架和彈性裝置相連，彈性裝置另一端與邊托輥相連，該彈性裝置采用高壓彈簧制成。

3）彈性裝置主要承受中托輥、邊托輥、皮帶及煤矸重力，承受重力隨著煤矸增多而增大，彈性裝置被拉伸的長度隨之增大，中托輥的高度則隨之降低。

4）中托輥及與中托輥兩側對稱連接的邊托輥組成的托輥組，其兩端由彈性裝置及掛鉤懸掛在托輥支架上，中托輥下方裝有壓力監測裝置，控制器通過導線與壓力監測裝置相連。

5）壓力監測裝置主要由壓塊、壓力傳感器及底座等部分組成，底座安裝在機架上，壓塊固定在底座上，壓力傳感器安裝在壓塊下方且與導線電連接。若不用壓塊，直接將壓力傳感器安裝在底座上，很容易破壞壓力傳感器。

6）壓塊采用剛性金屬塊，其上表面涂一層彈性材料，如樹脂、橡膠等，從而保證壓塊既有一定的強度，能夠對中托輥起到良好的支撐作用，而自身不易變形，不易被壓壞，又能對中托輥起到保護作用。

7）壓塊上表面采用與中托輥相適應的圓弧面。當中托輥下降至壓塊上時，其接觸面相對較大，當壓塊支撐中托輥時，防止因為支撐力過大、接觸面小而應力集中，導致托輥被壓塊破壞。

1.2 裝置工作原理

1）當下水平的帶式輸送機正常運行時，即未堆煤時，上水平輸送帶上方的煤量較小。此時彈性裝置所承受的力較小，其被拉伸的長度不足以使中托輥的高度下降至壓力監測裝置上，即壓力監測裝置不能接觸到中托輥，也將不能測得煤矸重力。此時由控制器判斷帶式輸送機處于正常運行的狀態。

2）當下水平帶式輸送機出現故障停止運行時，而上水平帶式輸送機正常運行時，上方帶式輸送機不斷將煤矸卸載至下方帶式輸送機的皮帶上，由于下方帶式輸送機不能及時將煤矸運走，就會出現堆煤現象。在堆煤初期，隨著輸送帶上方不斷堆積煤炭，煤堆所受重力不斷增大，彈性裝置被拉伸，中托輥的高度不斷下降并最終降至壓力監測裝置上，壓力監測裝置支撐中托輥，并將所承受壓力信號通過導線傳輸至控制器，由控制器發出堆煤報警信號。

3）當發生堆煤時，中托輥下降至壓塊并與壓塊接觸后不再下降，此時由壓塊支撐中托輥。壓塊將所受壓力傳遞至其下方的壓力傳感器，壓力傳感器將所承受壓力轉化為電信號傳遞給控制器。

2 裝置結構優缺點及實際應用效果分析

2.1 裝置優缺點

1）設備故障率低：由于壓塊所承受壓力與堆煤量呈正比例關系，即堆煤量越大，壓塊所承受壓力越大。控制器可根據壓塊所承受壓力大小判斷其上方堆煤量的多少。采用該設計，在工況條件差的地方能夠安全穩定運行，且不易損壞。

2）實時堆煤量監測：該裝置工作穩定可靠，且當皮帶上方煤量繼續增加，壓力監測裝置所承受壓力不斷增大時，可通過壓力大小判斷皮帶上方堆積煤量，并及時發出報警信號，實現輸送帶堆煤量實時監測。

3）自動化水平高：與傳統帶式輸送機堆煤保護裝置相比，優化后的堆煤保護裝置能夠根據堆煤量大小實施堆煤保護動作，保護動作靈敏可靠，自動化水平高，而且該裝置可適用于不同型號的帶式輸送機，實用性強，應用領域廣。

4）該裝置在實際應用時還存在一些不足，需進一步優化改進，具體表現在以下幾方面：由于優化后的堆煤保護裝置中上托輥兩側采用彈性裝置進行固定，在長期堆煤作用下彈性裝置會出現彈性失效現象，造成裝置誤保護動作現象，需定期對彈性裝置更換；壓力監測裝置及控制器安裝在H 架上，由于帶式輸送機在運輸煤矸時粉塵量大，造成裝置失靈現象，需定期對監測裝置進行煤矸清理。

2.2 實際應用效果分析

店坪煤礦井下掘進工作面主要安裝SSJ-1000 型帶式輸送機，輸送機最大運距為600 m，采用雙電機驅動方式，電機功率為40 kW，巷道掘進期間采用多部帶式輸送機搭接進行聯合出煤。由于傳統帶式輸送機在搭接點安裝的堆煤保護裝置自動化水平低，且安裝后受煤矸碰撞影響，導致堆煤保護裝置經常出現故障，輸送機出現堆煤后不能及時停機保護。根據店坪煤礦機電科統計發現，2021 年井下共計發生11 起堆煤事故，造成經濟損失達27.8 萬元。

2022 年1 月店坪煤礦對井下掘進工作面帶式輸送機堆煤保護裝置進行優化改進，截至2022 年6 月通過6 個月實際應用效果來看，優化后的堆煤保護裝置能夠實時根據輸送帶堆煤量自動閉鎖輸送機電機，在應用期間共計監測到輸送帶8 起堆煤現象，并及時停機，降低設備維修費用達20 余萬元。

3 結語

堆煤保護裝置是帶式輸送機重要保護系統，一旦其出現故障或保護失靈時，很容易造成堆煤事故，降低帶式輸送機使用壽命，增加事故率，而且嚴重制約著煤礦井下安全高效運輸。店坪煤礦通過對帶式輸送機傳統堆煤保護裝置進行優化改進，并進行實際應用效果來看，優化后的堆煤保護裝置具有自動化水平高、保護靈敏度高及故障率低等優點，可滿足采掘工作面煤矸運輸需求，取得了顯著應用成效。