煤礦膠帶運輸機機電一體化改造探究

唐印偉

（黑龍江龍煤集團鶴崗礦業有限責任公司，黑龍江鶴崗 154100）

在煤礦機電一體化發展不斷深化的過程中，煤礦生產中的膠帶運輸機應用量不斷增加，在煤礦生產領域展現出了良好的應用價值。得益于科技的持續發展，膠帶運輸機逐漸呈現出自動化、遠距離傳送的發展趨勢，并且運量逐漸增大，運行功率逐步提高，與煤礦高效生產要求間的適應性不斷切合。通過分析當前煤礦生產中膠帶運輸機的應用現狀發現，卸載點皮帶架常會發生倒塌現象，制約了煤礦機電一體化生產的正常推進。煤礦必須采取適合的方式實施膠帶運輸機的機電一體化改造，從而推動煤礦生產技術創新發展。

1.煤礦生產中膠帶運輸機的應用現狀

在煤礦生產中，膠帶運輸機設備的引入利弊共存，但優勢更為顯著。在信息技術發展的同時，煤礦生產逐步實現了機械化，應用膠帶運輸機運送煤炭，能夠有效提升煤炭的生產效率及質量，具有節約煤礦開采成本、人力資源管理成本的優勢，可為煤炭企業物料運送自動化的實現提供有力支持。膠帶運輸機在應用過程中，運送距離的長短決定著運輸機的運量大小及運送速度，因而在煤炭生產實踐中膠帶運輸設備的應用效率不一致。膠帶運輸機屬于連續性運輸設備，應用穩定性強、安全性高，是高效運輸設備之一。其應用優勢在于可實現遠距離、大量級運送，易于自動化與集中化控制，然而在應用過程中效能不足的問題時有發生。如在運送煤炭過程中若存在大體量的矸石，在各個卸載點，其下落時會對皮帶支撐托輥產生較大的沖擊，會使托輥架出現整體傾斜現象，正常的煤炭生產秩序會遭到破壞，影響后續生產順暢與安全生產。因此，煤炭膠帶運輸機的機電一體化改造勢在必行。

2.煤礦膠帶運輸機機電一體化改造的實例分析

2.1 實例工程情況介紹

某煤礦為增強煤炭運送能力，實現遠距離、大體量的煤炭運送，建設了煤炭運輸系統，此系統共包含4個主要部分：（1）上倉皮帶；（2）主井皮帶；（3）一部皮帶；（4）二部皮帶。此煤礦應用了多種型號的膠帶運輸機，運輸總距離高達6100m，膠帶運輸機的平均運力約為每小時2500t。相較于其他運輸方式而言，此煤礦中引入膠帶運輸機后運送效率有所提升，極大地節約了煤炭開采現場的空間，并可一次性完成大體量的煤炭運送，能向較遠位置處運送煤炭。此外，在自動化技術支持下實現了煤炭生產運輸的一體化發展。

2.2 煤礦膠帶運輸機機電一體化改造的原因

在煤礦生產中，膠帶運輸機的應用效果顯著，既提高了生產效率也節約了生產成本，然而在膠帶運輸機應用過程中卻存在較大的故障發生率，一旦故障問題出現，需要停機修理，若故障較為嚴重或是相關配件缺失，可能需要較長時間才可恢復正常運力，在此期間需要換用其他方式運送煤炭，會增大運送成本、降低運送效率。與此同時，由于膠帶運輸機故障原因導致煤炭運送中斷，一些開采完成的煤炭無法及時運出井下，會因煤炭堆積量過大而影響生產正常運行。經分析，膠帶運輸機的故障當中最為常見的是托輥傾斜或倒塌。煤炭運送至卸載區域時，因沖擊導致的皮帶支撐架托輥傾斜現象時常發生，會因托輥架倒塌而引發嚴重的生產事故，且煤炭運量增大或運送距離增加時，必須修正相應參數，因而卸載點皮帶架出現故障的風險系數也會隨之提升。

2.3 膠帶運輸機機電一體化改造的原理

為保障煤礦膠帶運輸機的持續性與高速性運行，防止大體積煤塊或矸石掉落對膠帶運輸機產生強力沖擊導致托輥傾斜倒塌問題出現，煤礦企業需要改造優化運輸機的性能。改造時要對設置于膠帶運輸機卸載點的前托輥架進行抗沖擊改造，使之具備更強的高速度沖擊抵抗能力，以便于在大塊煤礦或矸石掉落之時能夠通過有效分散沖擊力防止托輥架被撞倒，進而保障皮帶架運行的穩定性與順暢性，有效降低運行中的事故發生[1]。

2.4 煤礦膠帶運輸機機電一體化改造的具體路徑

在煤炭生產過程中，需要針對膠帶運輸機機電一體化運行中存在的問題展開有針對性的深入分析，通過追溯問題發生原因，制訂可行的改造方案，通過膠帶運輸機功能優化為機電一體化的實施與推進產生促進，從而增強機電設備運行的順暢性與連續性。

2.4.1 明確具體的改造目標

通過分析本煤礦企業所應用的膠帶運輸機發現，由于膠帶運輸機的各個皮帶間未做有效連接，一些卸載點的高度并不一致，導致卸載點存在一定的高度落差。在此原因影響下，膠帶運輸機以較快的速度運行時，在上部皮帶作用力及自身重力因素影響下，一些大體積煤塊或矸石從上部皮帶落至下方皮帶時會出現較大的沖擊力。原本處于低速運行的煤塊掉落至傳送帶后，會因突然性的速度提升而增大運輸機平行及豎向2個方向所承受的作用力，會對膠帶運輸機帶來較為強烈的沖擊。雖然煤炭企業安裝膠帶運輸機時，根據規定和要求設置了緩沖裝置，并且采用高堅固性鐵鏈對緩沖裝置做了加固處理，但是在長時間的高強度沖擊下，膠帶運輸機上的皮帶仍會出現程度不一的受損現象，主要體現為皮帶變形或傾倒。在煤炭生產中，工作人員需要定期檢查與更換膠帶運輸機受損老化的皮帶，否則皮帶變形之后，若再一次受到大塊煤炭或矸石的沖擊，皮帶架可能會嚴重受損，碰撞或磨損較為嚴重的皮帶不具備良好的承重能力，會因運輸機無法正常運行而導致煤礦機電一體化生產被迫中止。為此，本煤礦企業的膠帶運輸機機電一體化改造應以設備開機率提升為重點，要對托輥及皮帶架的耗損進行控制與延緩，保障煤礦企業的生產效益[2]。

2.4.2 科學制訂膠帶運輸機機電一體化改造方案

（1）重新設置與連接托輥架。煤炭開采之時，明確了膠帶運輸機故障發生原因，且確定了運輸機改造目標之后，應結合煤炭企業以往的生產經驗，對當前膠帶運輸機的機電一體化方案進行科學調整。針對本煤礦卸載點皮帶架傾倒的問題，需要將托輥架作為改造方案的重點，要有效分攤托輥架的橫向沖擊力。由于本工程要保證運煤效率，且塊煤運送效率也不能降低，因而不可調整煤矸的流速以及流量，也就是說，卸載點仍需要承受一定的煤流沖力[3]。在此種境況下，要確保卸載點前托輥架具有較強沖擊力承載能力，方可防止因高沖擊力撞擊導致托輥架受損，需要向與之相鄰的托輥架分攤橫向沖擊力，因此需要重新設置卸載點漏煤斗之前的托輥架，并對其做合理的連接過渡，從而實現沖擊力的水平轉移。此方案可最大化實現托輥所受沖擊力的轉移，且可使皮帶自身的抗沖力能力得到有效增強。

（2）應用高抗沖擊能力部件。在膠帶運輸機改造過程中，除沖擊力的橫向轉移外，還需要通過優質托輥連接材料應用增強其抗沖擊能力，即應篩選具備高抗沖擊能力的材質作為連接件制作材料，綜合本煤礦單位的經濟條件，結合沖擊承受能力，最終確定以50方鋼制作連接件[4]。有2種可行的連接方法：第一種方法是直接連法，即先按照相鄰2個托輥之間的間隔距離計算方鋼材料所需長度，注意切割時應將焊接接頭的搭接尺寸計入其中，方鋼長度應為15.5m，而后再利用焊接方式將切割完成的方鋼分別焊在2個托輥之上。第二種方法是螺栓焊接法，以10#鋼板作為連接材料，切割為長為15m、寬為5m的矩形鋼板塊，利用鉆機在矩形塊上鉆出螺栓孔，螺栓孔的尺寸應設置為M16。將加工完成的矩形塊分別放置于50方鋼兩側，利用焊接的方式將之連接于方鋼之上，而后再將之固定于相鄰托架之上。通過螺栓固定與焊接方法的聯合應用，利用方鋼與塊狀鋼板的結合實現對相鄰托輥架的有效加固。

2.4.3 2種連接方案的優劣分析

連接過渡相鄰托輥、選用高沖擊力托輥連接材料這一膠帶運輸機機電一體化改造方案的提出，基本上可對之前膠帶運輸機易出現故障的問題有效解決。在實際應用中，由于存在2種不同的托輥安裝連接方法，在煤礦企業所選用施工方案不一致的情況下，所取得的效果也可能存在差異。需要針對這2種托輥連接方案的優勢對比分析，進而得出最為高效、成本最為節約的連接方案。

（1）焊接連接法。直接連接法由于采用的是相對簡單的焊接方法，因而操作流程并不繁瑣，無需多道工序，可直接按需要的長度切割方鋼，而后直接運用焊接方法在相鄰托輥架上完成方鋼的焊接即可。不僅可節約連接施工的時間，并且施工過程相對便捷，所應用的施工材料也相對較少，可最大程度地節約改造施工的時間成本、材料成本與人工成本，能在更短的時間內恢復工期，為煤礦膠帶運輸機快速恢復運行提供保證[5]。采用此種方法連接的托輥結構具備良好的穩定性，然而其不足之處是焊接施工中需要用電并且產生火花，存在一定的隱患。

（2）螺栓焊接法。螺栓焊接由于應用了螺栓錨固與焊接加固2種不同方法，除了要應用方鋼之外，還需要應用10#鋼板。施工工序方面，除了與直接焊接法同樣需要切割方鋼之外，還多了加工鋼板、鉆取螺栓孔2個環節。除此之外，還需要將切割加工完成的鋼板塊利用螺栓錨固在方鋼之上后，再采取焊接的方式將矩形塊焊接在相鄰托輥架上。如此一來，施工工序增加，施工材料成本會有所增加，施工人員的工作量也更大，施工時間也相應延長，會延緩膠帶運輸機恢復運行的時間，降低煤炭企業的經濟效益。雖然應用此種連接方法會增大托輥架結構的復雜性，且皮帶架穩定性不如直接焊接法，但是此結構也具備一定優勢，主要是拆卸更加便利，更換相對簡單。

2.4.4 最佳連接方案確定

結合本工程煤礦膠帶運輸機的布設情況分析，本工程結合應用了直接焊接法與螺栓焊接法2種連接加固方式[6]。對靠近卸載點漏煤斗的托輥架采取了直接焊接50方鋼的連接方法，這是由于這些位置處的4個托輥架需要承受更高的沖擊力，因而利用此種連接方式連接后，托輥架的穩定性將會更強，具備更好的抗沖擊能力。而距離漏煤斗較遠的另外4個托輥架，由于其所受沖擊力相對較小，改造之時采用的是螺栓焊接法。

2.4.5 改造效果分析

膠帶運輸機改造方案確定之后，應于施工現場進一步監測與評價改造后的效果。本工程改造之后，實施了長達一個月的監測，膠帶運輸機卸載點再未出現托輥架受撞擊而傾斜或倒塌問題，皮帶變形也得到了延緩，有效降低了皮帶架子傾倒事故發生率，既減少了煤炭運送過程中對工作人員生命健康安全的威脅，又有效降低了托輥架及皮帶等重要結構件更換與維修的成本，大大節約了煤炭生產成本。此外，因膠帶運輸機故障發生率有效降低，減少了設備停工時間，確保了機電一體化的持續運行，對煤炭企業經濟效益提升極為有利。

3.結語

在煤礦生產過程中，要注重提高膠帶運輸機的應用質量及效率，降低其故障發生率，充分展現出此設備的應用價值。在膠帶運輸機機電一體化改造實踐當中，應結合煤炭企業膠帶運輸機應用中存在的實際問題展開詳細的分析，明確問題出現的具體原因，并在此基礎上確定改造目標，制訂科學可行的改造方案。存在多種改造施工方案時，要對不同施工方案的優劣進行對比分析，優選最佳方案應用。本案例應用了直接焊接法與螺栓焊接法進行托輥材料的加固，并以方鋼作為連接材料，通過橫向沖擊力分攤的方式有效降低了托輥架所受的沖擊力，解決了膠帶運輸機托輥架傾斜倒塌的問題。希望此方案能夠為其他煤炭企業膠帶運輸機機電一體化改造提供思路。