李建奇

(潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047100)

0 引言

煤礦開采過程中，因其開采區(qū)域的不斷縮小和時間的延長，以及地質(zhì)條件的不斷惡化，使其綜采作業(yè)環(huán)境更加復(fù)雜。尤其是開采深度超過千米后，綜采面傾角加大，綜采面順槽超過27°，作業(yè)難度非常大，事故隱患極多。從綜采面皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀況看，綜采作業(yè)環(huán)節(jié)中極易發(fā)生順槽皮帶事故，存在較大的事故隱患，給煤礦開采作業(yè)帶來嚴(yán)重影響。

1 斷帶原因及安防裝置

1.1 斷帶產(chǎn)生的原因

斷帶故障產(chǎn)生的原因主要有張緊設(shè)施故障、安防裝置動作錯誤、應(yīng)力集中、接頭質(zhì)量差、張力突然增加及重載啟動等[1-3]。

張緊設(shè)施故障：張緊設(shè)施主要是故障和調(diào)整不當(dāng)所致，如果張緊力度過大，超出承重范圍其阻力就會增大，運(yùn)輸帶會瞬間緊繃，出現(xiàn)斷帶。若緊張力度太小，低于承重范圍時，其阻力也相應(yīng)變小，運(yùn)輸帶會松弛，進(jìn)而出現(xiàn)偏離現(xiàn)象。因此，皮帶輸送機(jī)重新啟動或負(fù)載量太大都會出現(xiàn)斷帶問題。

安防裝置動作錯誤：為了避免斷帶，許多煤礦企業(yè)在綜采輸送環(huán)節(jié)安裝有斷帶保護(hù)性裝置，但是斷帶保護(hù)設(shè)備應(yīng)用的好壞并不統(tǒng)一。因此在煤礦綜采作業(yè)中應(yīng)用保護(hù)裝置，一旦動作錯誤，而皮帶運(yùn)輸機(jī)仍正常運(yùn)作時，在保護(hù)器抓捕作用力影響及高拉力環(huán)境中，極易發(fā)生斷帶現(xiàn)象。

應(yīng)力集中：大傾角皮帶輸送機(jī)運(yùn)作過程中，運(yùn)輸機(jī)上常會卡有異物，造成皮帶撕裂，在此狀況下，皮帶在應(yīng)力的集中影響下會出現(xiàn)斷帶。異物卡阻后皮帶自身張力會受到影響，瞬間增大張力，如果此時皮帶運(yùn)輸機(jī)的載重量已經(jīng)超過自身承重量，就會發(fā)生斷帶[4-5]。同時，在重新啟動皮帶運(yùn)輸機(jī)過程中存在有不太穩(wěn)定的階段，啟動時驅(qū)動設(shè)施會向皮帶運(yùn)輸機(jī)傳送一定的牽引力和慣性力，這種力以適當(dāng)波速疊加、傳播和反射在傳送帶上。皮帶輸送過程中需要對其他因素進(jìn)行考慮，如此一來就會改變傳送帶的運(yùn)行方式，如果皮帶運(yùn)輸機(jī)的最大應(yīng)力在瞬間超過其所承受的最大值，就會出現(xiàn)斷裂問題。

接頭質(zhì)量差：皮帶運(yùn)輸機(jī)的接頭出也會存在鋼絲繩芯斷裂的現(xiàn)象，這是因?yàn)殇摻z繩芯制作采用的是硫化工藝，進(jìn)而造成接頭處出現(xiàn)強(qiáng)力膠變質(zhì)的問題[6-7]。有些接頭橡膠盡管使用時間不常，卻極易出現(xiàn)鋼絲繩芯膠質(zhì)開裂老化的問題，一旦出現(xiàn)這些問題就會造成鋼絲繩芯銹蝕、外漏進(jìn)水等現(xiàn)象，皮帶運(yùn)輸機(jī)也會由此而出現(xiàn)斷帶。

1.2 斷帶安防裝置類型

目前，煤礦企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到斷帶保護(hù)裝置的重要性，并將其應(yīng)用到了綜采作業(yè)中。斷帶安防裝置的類型比較多，常見的主要有電控偏心輪式、整體式、阻尼板及單向托輥摩擦制動等類型。

電控偏心輪安防裝置：電控偏心輪安防裝置主要是通過電控裝置來實(shí)現(xiàn)安防，其應(yīng)用原理是皮帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生斷帶的瞬間，由電控裝置對偏心輪進(jìn)行控制，使其與皮帶接觸，利用皮帶下滑力的帶動對輸送帶進(jìn)行制動[8-9]。此安防裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，且同步性較好，不足是制動能力及可靠性都相對低。

整體式斷帶保護(hù)裝置：與電控偏心輪不同的是整體式斷帶保護(hù)裝置，該裝置的安裝為分體式，設(shè)計則是整體性的，其同皮帶運(yùn)輸機(jī)各自獨(dú)立，安裝非常方便，制動過程中不會對皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)架產(chǎn)生損壞，應(yīng)用效果也比較好。

阻尼板及單向托輥摩擦制動式：此外，阻尼板及單向托輥式的摩擦制動安防裝置也得到一定的應(yīng)用，其運(yùn)行原理是通過托輥和阻尼板的全程摩擦制動，上方輸送帶制動方式的實(shí)現(xiàn)主要是依靠單向托輥和傳輸帶間的滑動摩擦力來實(shí)現(xiàn)，下方輸送帶制動的實(shí)現(xiàn)方式是輸送帶斷帶后必然下垂，下垂后輸送帶的下滑速度會漸漸變慢，直到停止[10]。不過此制動方式中的皮帶運(yùn)輸機(jī)中的托輥應(yīng)全部為單向托輥，與此同時，還要大量鋪設(shè)阻尼板，安防改造的費(fèi)用比較大，因此應(yīng)用范圍比較小，普及率不高。

2 大傾角皮帶輸送機(jī)安防裝置設(shè)計

2.1 液壓式斷帶安防裝置運(yùn)行原理

主要構(gòu)造：鑒于上述斷帶安防裝置中存在的不足，設(shè)計了全斷面液壓式斷帶安防裝置，該裝置的構(gòu)造主要有斷帶信號采集、液壓觸發(fā)及制動等系統(tǒng)。其中，制動系統(tǒng)又由上抓捕機(jī)架、下抓捕機(jī)架構(gòu)成，液壓系統(tǒng)則由油管、蓄能器及液壓泵站等構(gòu)成，斷帶信息采集系統(tǒng)則由信號采集器及編碼器構(gòu)成[11-13]。利用信號采集器和編碼器對皮帶運(yùn)輸方向及運(yùn)行速率等信號進(jìn)行采集，而后由傳感器分析來綜合判定傳輸帶，辨別其是否發(fā)生了斷帶。

運(yùn)行原理：在運(yùn)行皮帶運(yùn)輸機(jī)時，電控系統(tǒng)能夠?qū)崟r不間斷地采集一起旋轉(zhuǎn)的編碼器的輸出信號，實(shí)時判斷輸送機(jī)運(yùn)行狀況，如果皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)斷帶，其上輸送帶的運(yùn)行方向會是相反的方向，運(yùn)行速度也會表現(xiàn)出向上變小到變?yōu)榱愣笙蛳录铀俚臓顟B(tài)。雖然發(fā)生故障后的下輸送帶運(yùn)行方向同沒斷帶前較為一致，但其運(yùn)行的速度會明顯發(fā)生改變。在皮帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行過程中，信號采集器顯示正常，電控箱也不會發(fā)送處理信號，也不會啟動抓捕裝置。然而如果皮帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生斷裂，皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)就會被傳感器和編碼器采集到，由于斷帶信號不同于正常運(yùn)行的信號，所以采集系統(tǒng)會將采集到的異常信號傳遞給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)接到異常信號后會綜合分析和處理該異常數(shù)據(jù)，進(jìn)一步評估是否發(fā)生了斷帶。若電控系統(tǒng)判定并非斷帶事故就不會執(zhí)行下一步命令，若判定為斷裂事故就會發(fā)送處理信號，在第一時間切斷動力電源，及時停止運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行，同時啟動抓捕系統(tǒng)實(shí)施抓捕動作，利用強(qiáng)度摩擦力制動來停止輸送帶的下滑。多數(shù)應(yīng)用實(shí)踐顯示，此斷帶安防裝置能夠在0.9 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)抓捕動作，完全能夠勝任煤礦斷帶的保護(hù)工作。

2.2 結(jié)構(gòu)功能設(shè)計

制動及液壓觸發(fā)系統(tǒng)：信號采集、制動及液壓觸發(fā)系統(tǒng)是此安防裝置系統(tǒng)的重要構(gòu)成。制動系統(tǒng)構(gòu)成主要包含機(jī)架、抓捕機(jī)構(gòu)和觸發(fā)機(jī)構(gòu)，抓捕機(jī)構(gòu)分布于上輸送帶和下輸送帶。液壓觸發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成主要是鎖緊卡接抓捕部分及帶動卡接翻轉(zhuǎn)連桿組件，卡接部在上輸送帶的抓捕底端兩側(cè)及下輸送帶抓捕的左側(cè)和右側(cè)；兩個卡接部結(jié)構(gòu)相同且左右對稱；上方卡接部于第一連桿上端固定，該連桿另側(cè)下端固定于下方卡接部，此連桿近上方卡接部一側(cè)的末端套接定位塊轉(zhuǎn)孔內(nèi)，且與其構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接，同抓捕機(jī)架固連。第一連桿近下方卡接部末端處垂直布設(shè)第二連桿，該連桿頂端固接觸發(fā)桿，左卡接部相應(yīng)觸發(fā)桿同右卡接部相應(yīng)觸發(fā)桿應(yīng)處于同一水平線，但二者間應(yīng)有間隙。第一位塊一側(cè)設(shè)置一個滑桿，左卡接部相應(yīng)滑桿同右卡接部相應(yīng)滑桿均套設(shè)聯(lián)動桿，且使其沿滑桿滑動。設(shè)置聯(lián)動桿能夠確保左、右卡接部動作的同步，聯(lián)動桿左下端、右上端均設(shè)置L型傳動塊，并于其上端開設(shè)通孔，孔內(nèi)穿設(shè)第三連桿。左卡接部對應(yīng)第三連桿段同下方卡接部固定連接，第三連桿另端穿設(shè)對應(yīng)側(cè)傳動塊通孔并定位，右卡接部所對應(yīng)第三連桿端與上方卡接部固定連接，另端穿設(shè)與其對應(yīng)側(cè)傳動塊通孔并定位。

抓捕及液壓觸發(fā)機(jī)構(gòu)：抓捕結(jié)構(gòu)、液壓觸發(fā)機(jī)構(gòu)均布置在機(jī)架的左右兩側(cè)，且為皮帶傳輸機(jī)輸送帶下方。抓捕機(jī)構(gòu)配置有重臂，重臂末端配置有重塊。上抓捕架利用第一轉(zhuǎn)軸連接機(jī)架轉(zhuǎn)動，重臂前端固定連接第一轉(zhuǎn)軸。下抓捕架兩端設(shè)置下方卡接部的連接的二號卡槽。上、下方的卡接部均設(shè)置有聯(lián)動板和卡柱，聯(lián)動板底端同第一連桿固定相連，頂端兩側(cè)均設(shè)置固定的第一耳板，耳板上設(shè)計卡柱安裝孔，卡柱兩端設(shè)計有固定定位螺桿。

抽動桿：在第一、第二連桿間設(shè)置抽動桿，其截面為L形，兩端開設(shè)定位通孔。第一及第二連桿在抽動桿近一端設(shè)計多個定位的通孔。利用自身穿設(shè)的定位通孔固定連接其所對應(yīng)的抽動桿的定位通孔。左右兩機(jī)架內(nèi)側(cè)都設(shè)置第三、第二定位塊，其中第三定位塊前方布置第二定位塊，第二定位塊一側(cè)的兩邊均設(shè)計套筒兩個，第一連桿穿過第二、第三連桿和響應(yīng)的套筒，并同抽動桿連接。

2.3 應(yīng)用優(yōu)勢

該斷帶保護(hù)裝置在抓捕斷帶過程中可實(shí)現(xiàn)上下輸送帶抓捕的同步進(jìn)行，可有效避免斷帶附加二次破壞。獨(dú)立機(jī)架的設(shè)置能夠避免制動過程中損壞輸送機(jī)架，且此安防裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和安裝，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)性。信號采集及液壓系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和靈敏度都較高，能夠利用重力作用和液壓作用同時觸發(fā)，通過電源控制來停止制動，不會出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)和誤動作。抓捕結(jié)構(gòu)較為簡單，可靠性強(qiáng)，在遇到塵土及雜物卡滯時也能有效抓捕，提高了抓捕準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語

煤礦作業(yè)中皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶故障的影響因素眾多，可靠的斷帶安保裝置顯得非常重要，通過分析斷帶形成原因并了解常用斷帶保護(hù)裝置能夠有效解決皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶故障。針對安防裝置動作錯誤、應(yīng)力集中、接頭質(zhì)量差等問題，選擇液壓式全斷面斷帶安保裝置能夠有效提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率及質(zhì)量，在煤礦開采系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用效果，可以為提高煤礦綜采作業(yè)效率提供參考。