大傾角強力帶式輸送機安全運行技術研究

黨 斌

(山西焦煤汾西礦業水峪煤業,山西 孝義 032300)

煤礦井下主要依靠帶式輸送機進行原煤、矸石等的運輸,受煤層賦存條件復雜、巷道布置形式多樣等多重因素影響,帶式輸送機需要隨著巷道底板地形的變化布置[1-2]。帶式輸送機常規的布置傾角為-17°～+17°,在該傾角條件下帶式輸送機運輸較為穩定,不容易出現滾料、滑料、動力不足等問題[3-4]。但是隨著礦井采掘深度不斷增加,采掘范圍不斷增大,帶式輸送機布置角度變化明顯,部分下山巷道內帶式輸送機鋪設角度超過25°,受傾角大以及管理難度高等影響,帶式輸送機運行過程中面臨斷帶、滾料、滑料、動力不足等問題,如何保證大傾角帶式輸送機安全運行是井下管理人員需要重點解決的問題[5-8]。文中以山西某礦7308綜采工作面底抽巷內大傾角帶式輸送機為研究對象,結合巷道內帶式輸送機傾角達到25°的現狀,從設備選型、安全監控技術等方面,給出運行安全保障技術措施,以期達到提升大傾角帶式輸送機運行安全保障能力、降低設備故障率的目的。

1 大傾角帶式輸送機選型

7308綜采工作面設計回采的7號煤層厚度均值為3.65 m,埋深560 m,傾角17°～30°,均值25°,煤層頂底板巖性以粉砂巖、砂質泥巖以及炭質泥巖為主。7號煤層原始瓦斯含量為10.3～12.7 m3/t,瓦斯壓力為0.84～1.36 MPa,通過在煤層底板17 m位置的砂質泥巖中布置底抽巷及穿層鉆孔,實現回采范圍內煤層瓦斯區域治理。7308底抽巷內布置的帶式輸送機基本參數為:設定運輸長度1 090 m,額定運載量為450 t/h,布置傾角均值為25°,最大傾角為28°,采用4臺電機功率為450 kW的電機進行驅動,電機功率富裕系數為100%.

1) 機架槽形角優化。在正常情況下,帶式輸送機使用的DTⅡ型機架槽形角為35°,由于底抽巷傾角大,為避免輸送帶上煤矸出現滾落情況,部分礦井將機架槽形角增大至60°,槽形角較大會明顯縮短輸送帶的使用壽命(預計壽命縮短接近2/3)。因此,經過技術論證,提出選用三輥成槽結構,將DTⅡ型機架槽形角由35°優化至45°,以實現使用壽命及落矸控制均衡。

2) 輸送帶升級。7308底抽巷內帶式輸送機輸送帶計算強度為3 000 N·m,現場選用防縱撕裂輸送帶的帶強為ST4 000 N·m,以減少后續使用期間斷帶、縱向撕裂風險。

2 大傾角帶式輸送機運行安全保障技術

2.1 輸送帶接頭處強化管理

7308底抽巷輸送帶接頭連接采用熱熔工藝。在選用合理的接頭工藝、材料品質合格的情況下,接頭處強度可達到輸送帶強度的80%～90%.接頭位置仍是整個輸送帶的薄弱環節,在高張力作用下,接頭位置仍可能出現斷帶風險。

7308底抽巷帶式輸送機選用ST4 000 N·m輸送帶,依據礦井制定的機電設備保養規范相關要求,ST4 000 N·m輸送帶宜使用三級搭接方式連接,截取接頭2.7 m.考慮到巷道內帶式輸送機運輸的煤流不均衡等因素,輸送帶接頭采用四級搭接方式連接,單頭長度3.6 m,成品接頭4.0 m,較傳統的接頭方式,安全系數提升了30%以上。

在7308底抽巷帶式輸送機機頭返程段布置無損檢測系統,以獲取輸送帶內部鋼絲繩排列情況。獲取的X光照片實時傳輸至監控中心,通過專業軟件處理得到輸送帶內部鋼絲間距、斷頭、實際損傷等情況,以便及早預警。

2.2 安全保障設施

2.2.1 輸送帶全段密閉

7308底抽巷內布置的帶式輸送機傾角均值達到25°,運輸期間輸送帶上的煤矸等物料容易滾動,甚至出現飛矸、竄矸等問題。為避免帶式輸送機滾落的煤矸等物料傷人,在帶式輸送機兩側布置側護網、輸送帶上增設蓋網,兩側側護網與輸送帶上覆縱梁的距離控制在400～500 mm,與巷道底板的距離控制在100 mm以內;輸送帶上蓋網寬度與輸送機H架寬度一致,按6～10 m間隔布置天窗,便于后續清理煤矸。7308底抽巷帶式輸送機輸送帶全段密閉布置情況見圖1所示。

圖1 輸送帶全段現場密閉情況

2.2.2 行人道與帶式輸送機間布置隔離柱

7308底抽巷內布置有架空乘人裝置、行人道、軌道以及帶式輸送機等,為確保底抽巷內人員安全,在帶式輸送機全段密閉基礎上,帶式輸送機與行人道間按照50 m間隔布置由120號工字鋼制作而成的隔離柱。隔離柱頂部通過聯板與頂板錨桿連接,底部則通過水泥基礎固定,即便輸送帶出現斷裂下滑,也不會甩出到隔離柱外,從而提升底抽巷內人員的安全保障能力。

2.2.3 膠帶沿線布置擋邊

在7308底抽巷靠近行人側的防護網與輸送帶間布置由廢棄輸送帶組成的擋邊。將廢棄輸送機帶修剪成長度1.5 m的擋邊,擋邊上部固定到側護網上,下部自由掉落到輸送帶一側,利用廢棄輸送帶自身的弧度形成封閉。擋邊是防止大傾角帶式輸送機內煤矸石竄出的第一道防護,同時通過擋邊的緩沖作用減少側護網的損耗。

2.3 安全保護及監控裝置

2.3.1 沿線布置急停保護、開機預警等裝置

1) 在7308底抽巷帶式輸送機沿線,按照50 m間隔布置1個急停控制裝置,并在機尾滾筒、交煤點等位置增設急停控制裝置;在帶式輸送機沿線按照100 m間隔布置通訊及開機預警裝置,并在機尾及交煤點增設通訊及開機預警裝置。

2) 為便于后續設備維修及人員通信,在帶式輸送機沿線布置泄漏電纜通訊系統,并按照要求布置分站、主站,為設備檢修以及帶式輸送機管理人員配備無線通信設備,便于人員通信及聯絡。

3) 由于帶式輸送機傾角大、鋪設距離長,巡檢人員步行巡檢勞動強度極大,因此將巷道內架空乘人裝置改造成變頻控制,設置正常運行速度及巡檢速度。巡檢人員利用架空乘人裝置進行帶式輸送機沿線巡檢。

2.3.2 沿線布置AI監控設備

在7308底抽巷帶式輸送機沿線交煤點、機頭及機尾等位置均安裝AI監控設備,并接入到礦井視頻AI分析平臺。通過服務器內置的算法實現帶式輸送機堆煤、大塊矸石堵塞、運送物料異物識別等預警,提升帶式輸送機沿線監控能力。

2.3.3 增設巡檢機器人

在7308底抽巷帶式輸送機沿線增加AI監控設備后,可實現部分固定點位異物識別以及故障預警,雖然可以在一定程度提升帶式輸送機運行安全保障能力,但僅能實現部分位置監控,無法實現帶式輸送機沿線不間斷巡檢。為此,提出在7308底抽巷帶式輸送機上方增加巡檢機器人。在帶式輸送機上方鋪設齒輪式軌道,軌道架設在架空乘人裝置橫梁下方,與輸送機防護網間距在500 mm以上。軌道上運行的巡檢機器人配備有煙霧傳感器、紅外熱像儀、CO傳感器、瓦斯傳感器以及攝像機等設備,可實現沿線環境參數監測,對溫度異常點、人員穿戴不規范、防護網損壞等各類情況進行智能識別以及預警。

3 結 語

大傾角帶式輸送機運行時面臨較大的安全風險,如何提升帶式輸送機運行安全保障能力是礦井管理人員需要重點解決的問題。根據7308底抽巷帶式輸送機現場使用環境,針對性采取帶式輸送機運行安全保障技術措施。現場應用后,帶式輸送機故障率降幅超過80%,在使用期間未出現輸送帶跑偏、堆煤、撕裂、摩擦升溫以及運輸物料(煤矸)滾落等情況,顯著提升了大傾角帶式輸送機運行安全保障能力。