主運帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)設計

摘" 要：某煤礦主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機底部積煤仍然為人工使用大鐵鍬進行清理，導致作業(yè)工人勞動強度大、自動化程度低、安全故障頻發(fā)。為實現(xiàn)智能化煤礦建設的目的，以主運帶式輸送機為研究對象，針對性設計一種新型底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)，實踐應用理想，可實現(xiàn)機械設備智能化清煤，每年可節(jié)約費用36萬元，安全經(jīng)濟效益顯著。

關鍵詞：帶式輸送機；積煤清理；控制系統(tǒng)；智能化；煤礦機械

中圖分類號：TD63" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）28-0121-04

Abstract： The accumulated coal at the bottom of the DTL100/40/4 × 560 belt conveyor in a coal mine is still cleaned manually with a large spade， resulting in high labor intensity， low degree of automation and frequent safety failures. In order to realize the purpose of intelligent coal mine construction， taking the main belt conveyor as the research object， a new bottom coal accumulation cleaning device and control system are designed， which can realize intelligent coal cleaning of machinery and equipment. Thus， 360，000 CNY can be saved every year， and the safety and economic benefit is remarkable.

Keywords： belt conveyor; coal accumulation cleaning; control system; intelligence; coal mining machinery

當前煤礦井下主運輸系統(tǒng)主要采用帶式輸送機進行原煤的運行作業(yè)，原煤在運輸過程中，因受到輸送帶跑偏、載荷不均勻或輸送帶上附著煤塵不能及時得到有效清理等原因，帶式輸送機底部堆積有大量散落煤塵，極難清理干凈，易造成底部輸送帶磨損、伴卡和托輥的損壞等不利后果，大幅度縮短了托輥的輸送帶的使用壽命，增加原煤運輸成本。因此對于帶式輸送機底部積煤需要積極地進行有效清理，近些年雖然隨著科技的進步，礦山設備得到了大力發(fā)展，但是煤礦作為一個特殊行業(yè)，很多地方還保留在原始的、單純的靠人工體力去完成的工作，對于帶式輸送機底部積煤仍然采用人工大鐵鍬進行清煤，導致工人勞動強度大、自動化程度低、安全故障頻發(fā)。

根據(jù)國家對于新時代煤礦自動化智能化礦山建設的指導思想，新型礦山建設要從根本上降低煤礦用工率，提升設備的裝備水平，做到自動化智能化，從根本上減少煤礦等勞動密集型企業(yè)的用工率，降低安全事故率，必須對帶式輸送機底部積煤清理裝置進行智能化及自動化改造。本文以某煤礦主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機為研究對象，設計一種新型底煤清理裝置及控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)清理底部積煤的自動化和智能化。

1" 工程概況

1.1" 礦井及工作面概況

某煤礦現(xiàn)有主運帶式輸送機為DTL100/40/4×560型固定帶式輸送機，機頭配2部永磁變頻四電機驅動，配制有帶式輸送機保護控制裝置、帶式輸送機用盤式制動裝置等設備。主運DTL100/40/4×560帶式輸送機機長2 055 m，輸送機帶寬1 000 mm，設計運量400 t/h，帶速3.15 m/s，阻燃鋼絲繩芯輸送帶ST/S6300電機功率4×560 kW。近年來，該煤礦先后在21117智能化工作面、21212智能化工作面完成生產，煤礦智能化作業(yè)水平得到了大幅度提高。

對于2 km長的DTL100/40/4×560帶式輸送機，要想實現(xiàn)伴隨輸送機移動作業(yè)，不可能拉幾千米長的電纜跟機作業(yè)，一般內燃機雖然功率上能達到要求，但不適用于煤礦高瓦斯環(huán)境。在每部輸送機機頭安裝一部鋼絲繩絞車，鋼絲繩沿輸送機機架分布，采用自移式液壓泵站跟機作業(yè)，泵站動力直接從絞車鋼絲繩上獲取。DTL100/40/4×560帶式輸送機在使用過程中，因運輸煤炭濕度大、運輸距離長、分布不均衡以及局部位置輸送帶跑偏等問題，導致在帶式輸送機底部出現(xiàn)積煤問題，必須進行清理。

1.2" 主運帶式輸送機底部積煤清理情況

自2021年井下運輸系統(tǒng)全部改為永磁滾筒帶式輸送機運輸后，所有原煤都需要經(jīng)過主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機，因此該帶式輸送機的安全穩(wěn)定運行成為影響該煤礦運輸效率的關鍵因素。

2023年之前該主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機底部積煤仍然為人工使用大鐵鍬進行清理，導致工人勞動強度大、自動化程度低、安全故障頻發(fā)，影響煤礦的智能化建設。該煤礦對主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機底部積煤清理裝備進行設計，實現(xiàn)積煤清理的自動化和智能化。

技術調研發(fā)現(xiàn)市場上清理積煤的裝備，均不適合主運帶式輸送機復雜工況條件。對于主運帶式輸送機底部積煤工況來講，有大的煤塊、硬矸、油脂粘的煤粉、鐵絲、棉紗等檢修遺留物，一般設備根本無法使用。在對傳統(tǒng)清理積煤裝備基礎上，設計一種新型底煤清理裝置及控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)清理底部積煤的自動化和智能化，可大幅度減少工人數(shù)量，降低工人勞動強度。該新型底煤清理裝置及控制系統(tǒng)基于生產實際研發(fā)，若能真正投入市場，對于勞動密集型的煤礦企業(yè)而言將是革命性的巨變，整體用工率將降低10%～20%，徹底解決現(xiàn)代化礦井面臨的技術難題。再與自動化智能化相關設備結合起來，可進一步跟上國家礦山智能化建設的政策步伐，前景十分廣闊。近些年雖然隨著科技的進步，礦山設備得到了大力發(fā)展，但是煤礦作為一個特殊行業(yè)，很多地方還保留在原始的、單純的靠人工體力去完成的工作，比如本套裝備要解決的問題，人工大鐵鍬清煤問題。

2" 積煤清理裝置機械結構設計

積煤清理裝置的創(chuàng)新大膽突破傳統(tǒng)的思維方式，基于實際生產一線工況，一切從煤礦特殊作業(yè)環(huán)境出發(fā)。

2.1" 整體結構分析

以主運DTL100/40/4×560型帶式輸送機為對象，針對性設計了一種新型主運帶式輸送機底部積煤清理裝置，其機械結構如圖1所示，主要包括小型推車、提升機和驅動裝置三大部分。

小型推車布置在帶式輸送機底部，可行走；提升機布置在帶式輸送機底部外側；液壓動力站可能沿軌道行走；液壓動力站為小型推車和小型提升機提供動力。

該積煤清理裝置小推車一端設計為蟹爪式鏟斗，中間為一部小型輸送帶，另一端為推斗，兩端機構均可自由調節(jié)高度，全車采用液壓履帶行走，適用于坑洼不平的底板環(huán)境。優(yōu)點在于能在狹小的空間盡量少轉彎或者不轉彎的情況下將積煤從機架下推到寬敞的路面。工作原理如圖2所示。

2.2" 小型推車

針對性設計了一臺小型大功率集鏟、運、推為一體的特種小推車。該小推車一端設計為蟹爪式鏟斗，中間為一部小型輸送帶，另一端為推斗，兩端機構均可自由調節(jié)高度，全車采用液壓履帶行走，適用于坑洼不平的底板環(huán)境。該積煤清理裝置中小型推車的作用是將底部積煤推移至行人側寬闊路面進行堆積，便于清理。小型推車結構如圖3所示，主要由推斗、鏟斗、蟹爪驅動馬達、蟹爪、行走履帶、中部小型輸送帶、中部小型輸送帶驅動馬達和履帶行走馬達等部件組成。

小型推車兩端的鏟斗、推斗設計為可調節(jié)高度便于進行上下抬升結構，便于小型推車能在輸送機架間底部狹小空間內進行轉彎，躲避底下障礙物；小型推車蟹爪鏟斗端將無法清理的積煤輸送至中間小型輸送帶上后到達推斗一端，通過推斗推至外面。以上設計可以實現(xiàn)小型推車不掉頭清理、避免積煤埋壓推斗、便于大塊矸石通過及可遠距離操作等優(yōu)點。小型推車應用優(yōu)點在于能在狹小的空間盡量少轉彎或者不轉彎的情況下將積煤從機架下推到寬敞的路面。

2.3" 小型提升機

針對性設計了小型提升機，小型提升機采用與小推車類似的結構，區(qū)別在于少了推斗，而是直接將提升上來的煤炭放到輸送帶上拉走。該積煤清理裝置中小型提升機的作用是將小型推車推出積煤運輸至主運帶式輸送機上。小型提升機結構如圖4所示，主要由溜煤簸箕、提升機輸送帶、提升機架、萬向輪、鏟斗、蟹爪驅動馬達、蟹爪和行走履帶等部件組成。

小型提升機靠履帶行走推力將積煤推移至鏟斗上，再由蟹爪將積煤耙到中部小型輸送帶上，中部小型輸送帶將積煤傾斜運輸至一定高度后通過溜煤簸箕自動滑落至主運帶式輸送機上，完成積煤自動轉運工作。小型提升機成本低廉，用途廣泛，目前市場空白，可以說是一套顛覆性的、獨一無二的高價值產品。

小型提升機設計參數(shù)：經(jīng)計算確定鋼絲繩時懸垂長度為10 m，鋼絲繩直徑為25 mm，鋼絲繩單位長度質量為14.21 kg/m，鋼絲繩破力總合為509 kN，鋼絲繩下端懸垂重力最大為80 kN。

2.4" 驅動裝置

該積煤清理裝置中驅動裝置主要為液壓動力站，通過外接高壓風管將壓縮空氣能轉化為液壓能，為小型推車及小型提升機提供動力，完成積煤清理的各種動作控制。直流電動機采用鉛酸蓄電池提供直流電，大幅度降低了存在的安全隱患，設備維修和保養(yǎng)更加便利。

3" 積煤清理裝置控制系統(tǒng)設計

主運帶式輸送機底部積煤清理裝置機械部分完成設計后，需要通過控制系統(tǒng)控制驅動裝置進行實現(xiàn)，控制系統(tǒng)流程如圖5所示。該控制系統(tǒng)采用遙控控制模式、本地控制模式2種，遙控發(fā)射器采用“有線+無線”模式，遙控發(fā)射器以Wi-Fi、CAN總線通信完成指令信息傳遞，遙控發(fā)射器面板上設計有各功能控制按鈕。主要實現(xiàn)履帶行走控制、鏟斗升降控制、推斗升降控制、蟹爪正反轉控制和小輸送帶啟?？刂频?。

4" 實踐應用效果及效益分析

4.1" 實踐應用效果分析

主運帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)完成設計并生產后，在主運DTL100/40/4×560帶式輸送機上進行了安裝調試，并投入到了實踐應用當中。從2023年1月至今，主運DTL100/40/4×560帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可有效地實現(xiàn)主運帶式輸送機底部積煤清理，有效地解決了輸送帶底部積煤導致火災及輸送帶磨損的難題，并大幅度減少了帶式輸送機維護保養(yǎng)人員，應用效果理想，具有較好的安全經(jīng)濟效益，主要表現(xiàn)在以下幾點。

1）使用該新型積煤清理裝置后，有效減少了底部積煤對輸送帶、托輥的磨損，延長了主運帶式輸送機輸送帶、托輥等機械部件的使用壽命。

2）使用該新型積煤清理裝置后，有效預防了主運帶式輸送機輸送帶的跑偏、打滑故障的發(fā)生，跑偏、打滑故障率大幅度降低，提高了帶式輸送機工作和生產效率。

3）使用該新型積煤清理裝置后，省去了主運帶式輸送機沿線清煤工數(shù)量，降低了工人的勞動強度，提高了工人勞動環(huán)境的安全性。

4.2" 效益分析

以往主運DTL100/40/4×560帶式輸送機底部積煤清理大都是人工拿大鐵鍬進行清理，主運帶式輸送機長度2 055 m，主運帶式輸送機沿線每班需要安排2人進行專職清煤，另外檢修班需安排5個檢修工進行清煤，三班一共需要11人，以每人每月4 000元計算，每年人工成本需要52.8萬。

應用新型帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)后，該設備僅需要安排1人進行操作，以每人每月4 000元計算，每年人工成本僅需要4.8萬。該底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)的采購費用僅12萬元。

對比可知，應用新型帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)后，每年可節(jié)約費用36萬元，經(jīng)濟效益顯著。另外當帶式輸送機滿負荷運行時，如造成大量積煤外溢的情況下，仍然可以實現(xiàn)帶式輸送機底部積煤的快速清理，保證主運帶式輸送機的高效運輸，可為實現(xiàn)煤礦高產高效安全生產奠定基礎。

當前，由于主運帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)應用的效果，已考慮將該新型帶式輸送機底部積煤清理裝置應用于煤礦其余15部帶式輸送機中。

5" 結束語

雖然隨著科技的進步，礦山設備得到了大力發(fā)展，但是煤礦作為一個特殊行業(yè)，很多地方還保留在原始的、單純的靠人工體力去完成的工作，比如本套裝備要解決的人工大鐵鍬清煤問題。針對性設計了一套用于基于自動化和智能化的主運帶式輸送機底部積煤清理裝置及控制系統(tǒng)，該設備在主運DTL100/40/4×560帶式輸送機上進行了實踐應用，效果理想，經(jīng)濟效益顯著。該裝置基于生產實際研發(fā)，對于勞動密集型的煤礦企業(yè)而言將是革命性的巨變，整體用工率將降低10%～20%。該裝置與自動化智能化相關設備結合起來，可進一步跟上國家礦山智能化建設的政策步伐，前景十分廣闊。

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