王慕斗，劉冬海，李軍衛(wèi)，代雙成

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

目前，在全國(guó)各大煤礦原煤運(yùn)輸方式主要采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，效率高，使用方便，在原煤運(yùn)輸過程中各轉(zhuǎn)載點(diǎn)及順槽會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，造成很大的危險(xiǎn)性。具體為：懸浮狀態(tài)下的煤塵很容易被人體肺部組織吸入，引發(fā)職業(yè)??；使空氣受到污染，作業(yè)環(huán)境惡劣，不利于安全作業(yè)；煤塵具有爆炸性，可造成礦毀人亡。由此產(chǎn)生的粉塵成為礦井安全生產(chǎn)的一個(gè)重大隱患，嚴(yán)重影響了人身健康和礦井生產(chǎn)安全[1-3]。

針對(duì)這一問題，很多煤礦還是采用原有的巷道定點(diǎn)人工開閉噴霧這一降塵方式，但是該降塵方式主要用于離崗位人員較近的轉(zhuǎn)載點(diǎn)，而對(duì)于3 000 m以上的原煤運(yùn)輸巷不能及時(shí)開閉噴霧，要長(zhǎng)時(shí)間開啟，用水量大，易造成皮帶打滑、巷道積水、影響煤質(zhì)、增加職工的勞動(dòng)強(qiáng)度[4-8]。也有部分煤礦采用電子控制噴霧方式，但是增加了電纜敷設(shè)、電氣檢修、防爆性能檢查等工作，而且其性能、可靠性會(huì)受到井下潮濕環(huán)境的影響[9-12]。

基于以上問題，開發(fā)了一種煤礦帶式輸送機(jī)機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置，該裝置應(yīng)用氣壓控制原理，純機(jī)械結(jié)構(gòu)，無需電源，旨在有效實(shí)現(xiàn)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)與巷道噴霧的同步進(jìn)行。

1 結(jié)構(gòu)原理及方案設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)原理

裝置構(gòu)成：本裝置主要包括驅(qū)動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、氣壓控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、固定架及附屬管件。整體連接如圖1所示。

1-托輥；2-傳動(dòng)軸固定架；3-第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；4-凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；6-氣動(dòng)閥門；7-第1氣管；8-第2氣管；8-1-泄壓孔；9-進(jìn)水管；10-出水管；11-傳動(dòng)軸；12-進(jìn)氣管接口圖1 整體連接示意圖

工作原理：該控制器應(yīng)用氣壓控制原理，裝置中的托輥與帶式輸送機(jī)的底皮帶接觸，因其有輕微的摩檫力帶動(dòng)托輥運(yùn)轉(zhuǎn)，由于托輥與凸輪機(jī)構(gòu)同軸，因此凸輪機(jī)構(gòu)觸動(dòng)2個(gè)滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)交替開閉，利用系統(tǒng)備牙將氣動(dòng)閥門打開，開始噴霧。皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣動(dòng)閥門氣壓通過泄壓孔泄壓，氣動(dòng)閥門關(guān)閉，停止噴霧，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)與噴霧的同步控制。

1.2 方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則：無需電源，無防爆要求；全部采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，氣壓原理，自動(dòng)控制，安全可靠；安裝、使用、維護(hù)方便。對(duì)復(fù)雜條件需適應(yīng)性強(qiáng)，推廣性強(qiáng)。

驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)裝置采用DN100-DN150托輥(根據(jù)帶速選擇托輥型號(hào))，與皮帶輕微接觸，靠皮帶與托輥的摩檫力帶動(dòng)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)軸由連接桿和連接軸2部分組成，連接桿與托輥側(cè)壁焊接，連接軸與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾輪側(cè)壁焊接，連接桿和連接軸之間通過螺栓連接，連接軸與傳動(dòng)軸固定架之間通過軸承組連接，保證裝置的穩(wěn)定性和同心度。驅(qū)動(dòng)部分連接如圖2所示。

1-托輥；2-傳動(dòng)軸固定架；2-1-軸承；3-第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；4-凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；11-1-連接桿；11-2-連接軸圖2 驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)部分連接示意圖

裝置與帶式輸送機(jī)安裝設(shè)計(jì)：為保證裝置工作的穩(wěn)定性，本裝置的傳動(dòng)軸固定架采用10 mm鋼板制作，四角采用直徑12 mm的螺栓與皮帶架的立腿固定。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到皮帶跑偏等因素的影響，傳動(dòng)固定架尺寸及安裝位置不應(yīng)超出皮帶架的立腿里側(cè)15 mm。裝置與帶式輸送機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

1-托輥；2-傳動(dòng)軸固定架；3-第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；4-凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；6-氣動(dòng)閥門；11-傳動(dòng)軸圖3 裝置與帶式輸送機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖

氣壓原理：氣壓裝置示意圖如圖4所示。①當(dāng)帶式輸送機(jī)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)托輥1轉(zhuǎn)動(dòng)，托輥1同時(shí)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的凸點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)到第1滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥3時(shí)，第1滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥3打開，礦井下風(fēng)壓總管與第1氣管7導(dǎo)通，第1氣管7備壓；當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的凸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到第2滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥5時(shí)，第1氣管7與第2氣管8導(dǎo)通，第2氣管8氣壓把氣動(dòng)球閥6打開，噴霧管路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧；②當(dāng)帶式輸送機(jī)皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，且凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的凸點(diǎn)停在中間，第1滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥3與第2滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥5均關(guān)閉時(shí)，第2氣管8的余壓通過氣管的泄壓孔8-1泄壓，氣動(dòng)球閥6關(guān)閉，停止噴霧；③當(dāng)帶式輸送機(jī)皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，且凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的凸點(diǎn)停在第1滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥3時(shí)，第2滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥5關(guān)閉，第2氣管8的余壓通過泄壓孔8-1泄壓，氣動(dòng)球閥6關(guān)閉，停止噴霧；④當(dāng)帶式輸送機(jī)皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，且凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的凸點(diǎn)停在第2滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥5時(shí)，第1滾輪機(jī)械氣動(dòng)閥3關(guān)閉，第1氣管7與第2氣管8的余壓通過泄壓孔8-1泄壓，氣動(dòng)球閥6關(guān)閉，停止噴霧。

3-第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；4-凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；6-氣動(dòng)閥門；7-第1氣管；8-第2氣管；8-1-泄壓孔；9-進(jìn)水管；10-出水管；12-進(jìn)氣管接口圖4 氣壓裝置示意圖

裝置氣動(dòng)部分連接設(shè)計(jì)：第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)連接在第1氣管的進(jìn)氣端，第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)連接第1氣管的出氣端與第2氣管的進(jìn)氣端，第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)通過進(jìn)氣口接口與礦井下風(fēng)壓總管連接，第2氣管上設(shè)置泄壓孔，第2氣管的出氣端連接至氣動(dòng)球閥，氣動(dòng)球閥連接進(jìn)水管的出口與出水管的進(jìn)口。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)和第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)之間，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一個(gè)表面帶有凸點(diǎn)的滾輪，滾輪的側(cè)壁與托輥的側(cè)壁通過傳動(dòng)軸固定連接。帶式輸送機(jī)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)托輥和凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪上的凸點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中交替碰觸開啟第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)及第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)接通礦井下風(fēng)壓總管、第1氣管及第2氣管，氣動(dòng)球閥被開啟，接通進(jìn)水管和出水管，噴出水霧，第1氣管與第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)之間、第2氣管與第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)之間、進(jìn)水管和出水管與氣動(dòng)球閥之間均采用轉(zhuǎn)換接頭連接第1氣管、第2氣管、進(jìn)水管和出水管均為膠管。裝置氣動(dòng)部分連接示意如圖5所示。

2-傳動(dòng)軸固定架；3-第1滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；4-凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-第2滾輪機(jī)械氣閥開關(guān)；6-氣動(dòng)閥門；7-第1氣管；8-第2氣管；8-1-泄壓孔；9-進(jìn)水管；10-出水管；11-傳動(dòng)軸；12-進(jìn)氣管接口圖5 裝置氣動(dòng)部分連接示意圖

2 使用效果及效益分析

2.1 使用效果

通過對(duì)本裝置的多次試驗(yàn)與改進(jìn)，該裝置于2018年9月至2019年5月在納林廟煤礦二號(hào)井西翼主運(yùn)一部皮帶距皮帶機(jī)頭150 m處安裝使用，西翼一部膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶速為4.2 m/s，安裝地點(diǎn)降塵管路水壓為1.6 MPa，壓風(fēng)管路氣壓為0.65 MPa。安裝前期(1個(gè)月內(nèi))崗位工每班巡檢作業(yè)地點(diǎn)3次，統(tǒng)計(jì)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噴霧動(dòng)作率為100%，且噴霧效果良好，達(dá)到降塵需求。后期每2 d抽查一次帶式輸送機(jī)機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置作業(yè)狀態(tài)，均未出現(xiàn)誤動(dòng)作和漏動(dòng)作。因此，此帶式輸送機(jī)機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置能可靠地控制噴霧的開停，動(dòng)作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。

2.2 效益分析

安全效益：使用該機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置控制噴霧后，有效抑制了皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的粉塵，大大降低了原煤運(yùn)輸巷的粉塵飛揚(yáng)，提高了巷道文明生產(chǎn)，保證了職工的作業(yè)環(huán)境、身心健康和礦井安全。

經(jīng)濟(jì)效益：本裝置設(shè)計(jì)為噴霧與皮帶同步控制，取代了原有的巷道定點(diǎn)人工控制方式，減少了人為開停噴霧的次數(shù)，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。本控制裝置無需人為操作，降低了皮帶停止閥門未關(guān)而造成巷道大量積水的風(fēng)險(xiǎn)，減少水資源浪費(fèi)。

3 結(jié)論

(1)研發(fā)出了一種煤礦帶式輸送機(jī)機(jī)械式自動(dòng)噴霧裝置，利用皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)控制氣動(dòng)閥開啟，實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)與主運(yùn)巷道噴霧同步進(jìn)行。該自動(dòng)噴霧裝置無需電源控制，完全可以取代原有的巷道定點(diǎn)人工開閉噴霧和電子控制自動(dòng)噴霧，應(yīng)用前景廣闊。

(2)通過在納林廟煤礦二號(hào)井現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，該裝置能可靠地控制噴霧的開停，動(dòng)作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。