張振東

（晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

引言

隨著煤炭行業(yè)去產(chǎn)能的不斷推進(jìn)，煤礦企業(yè)也在積極發(fā)展自身的主觀能動性，不斷深化煤礦高產(chǎn)、高效、安全的開采理念，并全力優(yōu)化和完善煤炭開采和運(yùn)輸設(shè)備。帶式輸送機(jī)具有高帶速、大運(yùn)量、自動化程度高、可連續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，成為了當(dāng)前煤礦井下主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)中的高效輸送設(shè)備。晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)井下采用的是SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)，其應(yīng)用于巷道輸送和主井提升，且配置有ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置。但從多年的實(shí)踐應(yīng)用情況來看，ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置對皮帶的保護(hù)效果不佳，帶式輸送機(jī)皮帶時常發(fā)生撕裂事故，特別是當(dāng)遇到異型物卡滯時，皮帶發(fā)生撕裂事故的概率大大增加，常需停機(jī)檢修，給煤礦帶來極大的安全風(fēng)險，降低了煤炭運(yùn)輸效率，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，有必要對該ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以提高其保護(hù)效果，防止皮帶撕裂故障的出現(xiàn)。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)公司虎龍溝煤業(yè)位于懷仁縣云中鎮(zhèn)，礦井井田面積為12.207 9 km2，可采儲量為9 345.4 萬t，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬t。礦井開拓方式為斜井立井混合開拓，主要運(yùn)輸方式為帶式輸送機(jī)皮帶運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸為膠輪車運(yùn)輸。礦井生產(chǎn)裝備全面實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，綜采機(jī)械化程度、綜掘機(jī)械化程度均達(dá)到100%，2020 年完成原煤產(chǎn)量115.3 萬t，原煤工效在7.7 t/工以上。通過科學(xué)合理地選擇采煤方法和采煤工藝，礦井實(shí)現(xiàn)了“一井一面”。81511 工作面綜采設(shè)備分別為MG650/1630WD 型采煤機(jī)、ZF-13000 型液壓支架、SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)、SZZ-1200/525 型轉(zhuǎn)載機(jī)以及PCM-525 型破碎機(jī)。

SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)參數(shù)：輸送量為3 500 t/h，帶寬1 400 mm，帶速4.5 m/s，主電機(jī)功率3×400 kW；傳動滾筒直徑為1 000 mm，配置有ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置。

2 皮帶撕裂保護(hù)裝置的組成

SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)配套的ZL-A型縱向撕裂保護(hù)裝置組成如圖1 所示。保護(hù)裝置主要包括控制器與電源箱、速度傳感器、煙霧傳感器、遠(yuǎn)程控制箱、KT24、跑偏控制器、撕裂傳感器等部件，且均為本安型兼隔爆型部件。

圖1 ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置組成示意圖

ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置工作原理：裝置中的撕裂傳感器對SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和研判，并可根據(jù)結(jié)果做出相應(yīng)的預(yù)警決策。具體過程：通過撕裂傳感器采集皮帶表面的信號，從而實(shí)現(xiàn)皮帶表面圖像的采集，并采用Canny 邊緣檢驗(yàn)算法對采集到的皮帶信號變化進(jìn)行特征提取。當(dāng)皮帶發(fā)生縱向撕裂現(xiàn)象時，檢測到的皮帶表面信號將呈現(xiàn)出特定特征，即可認(rèn)定發(fā)生縱向撕裂事故。

對ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置工作原理分析可知，從理論上講，該撕裂保護(hù)系統(tǒng)能對即將發(fā)生撕裂的皮帶及時采取保護(hù)措施，但是在SSJ1400/3×400伸縮帶式輸送機(jī)的實(shí)際工作過程中，受該礦井下工作條件的影響，特別是在無煤狀態(tài)下和事故高發(fā)區(qū)域，該保護(hù)裝置的應(yīng)用效果不佳，其保護(hù)潛能沒能全部發(fā)揮出來，皮帶撕裂故障時有發(fā)生。針對這種情況，有必要在該縱向撕裂保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種輔助裝置，與該縱向撕裂保護(hù)裝置配合使用，以對帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，杜絕皮帶撕裂故障的出現(xiàn)，保障井下主運(yùn)煤系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。

3 防異形體卡滯保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

3.1 異形體卡滯超前保護(hù)原理

該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)的鋼繩芯呈縱向分布，整體無橫絲，其橫向強(qiáng)度較低，當(dāng)存在異型煤巖體時，運(yùn)輸過程的穿卡行為會使得皮帶發(fā)生縱向撕裂，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)故障的發(fā)生，特別是在轉(zhuǎn)載機(jī)給煤點(diǎn)區(qū)域，故障發(fā)生概率大大增加。轉(zhuǎn)載機(jī)給煤點(diǎn)區(qū)域的異型煤巖體和其它不規(guī)則金屬件等異形體在下落至皮帶的過程當(dāng)中，基于自由落體運(yùn)動和慣性作用，極易發(fā)生卡滯皮帶的現(xiàn)象，由于卡滯的異形體上下端受阻于防跑偏裝置、托輥架或者托輥處，會將皮帶進(jìn)行割開，導(dǎo)致皮帶的縱向撕裂，隨著輸送機(jī)的運(yùn)行，皮帶的縱向撕裂會越來越嚴(yán)重，直到發(fā)生重大事故?；谝陨戏治隹芍?，如果能及時檢測到輸送帶上是否有異形體發(fā)生卡滯現(xiàn)象，那么皮帶撕裂保護(hù)裝置就能完全發(fā)揮其功效，便可更準(zhǔn)確地對皮帶縱向撕裂起到保護(hù)效果，防止皮帶縱向撕裂事故的發(fā)生。

通過分析可知，異形體卡滯皮帶時會對受阻點(diǎn)產(chǎn)生一種持續(xù)的反方向的附加力，若能增設(shè)相應(yīng)的受力傳感器，對異形體卡滯皮帶時產(chǎn)生的水平附加力進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，就能有效阻止其對皮帶的連續(xù)破壞。

3.2 異形體卡滯保護(hù)方法分析

當(dāng)異形體卡滯皮帶后，異形體所受的反方向的附加力全部都作用在上托輥，若對托輥處的附加壓力做好監(jiān)測，便可知道異形體的整體受力情況。在帶式輸送機(jī)正常工作時，設(shè)置壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)壓力傳感器監(jiān)測到上托輥處的附加壓力時，就表明出現(xiàn)了異形體突然卡滯現(xiàn)象。因此，附加壓力值的及時監(jiān)測可超前預(yù)防異形體破壞皮帶的現(xiàn)象。

3.3 防異形體卡滯裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)該礦SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)異形體卡滯皮帶的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種防異形體卡滯裝置，如圖2 所示。對配套轉(zhuǎn)載機(jī)落煤點(diǎn)30 m 內(nèi)的托輥架進(jìn)行優(yōu)化改造，將5 組6 m 的托輥大架放在一起，采用Φ4 mm 的鋼絲繩將托輥H 架連成整體，在上托輥下部全部安裝上滾動輪，滾動輪與上托輥用緩沖連接桿固定成一體，整體使用滑動軌道，壓力傳感器一端采用螺栓與緩沖連接桿相連，另一端固定在托輥H 架上，將壓力傳感器安裝在活動托輥架的右側(cè)。

圖2 防異形體卡滯裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，當(dāng)SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)正常工作時，防異形體卡滯裝置中的緩沖連接桿僅受摩擦力作用，作用力較小且穩(wěn)定。當(dāng)運(yùn)行途中有異形體卡滯皮帶時，皮帶驅(qū)動機(jī)并不會停止，而是保持繼續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，此時異形體會卡在上托輥與H 架連接掛鉤處，同時在緩沖連接桿處產(chǎn)生一個水平方向的附加力F。附加力F 能通過防異形體卡滯裝置向右傳遞到壓力傳感器上，并通過在ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置上設(shè)置相關(guān)參數(shù)，對輸送機(jī)傳輸發(fā)送相應(yīng)的控制指令，從而有效防止帶式輸送機(jī)皮帶撕裂事故的發(fā)生。

4 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

在原撕裂保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，對81511 工作面的SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)增加防異形體卡滯裝置后，投入到運(yùn)輸實(shí)踐中。

從2020 年5 月至2020 年7 月期間，該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機(jī)工作已有3 個月之久，通過ZL-A 型縱向撕裂保護(hù)裝置和防異形體卡滯保護(hù)裝置的共同應(yīng)用，有效提升了設(shè)備皮帶的防撕裂能力，可及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，并能夠成功解決問題。截至目前，該輸送機(jī)未發(fā)生一起皮帶縱向撕裂事故，安全性和可靠性較好，即使在皮帶撕裂事故的高發(fā)區(qū)也可對皮帶起到有效的防撕裂保護(hù)。

防異形體卡滯保護(hù)裝置的制作材料和配件簡單，安裝和拆卸方便，制造成本低廉，其能與ZL-A型縱向撕裂保護(hù)裝置一起較好配合應(yīng)用，防止皮帶撕裂事故的發(fā)生，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、安全的生產(chǎn)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。該防異形體卡滯保護(hù)裝置制造價格便宜，具有較好的市場前景，可在煤礦帶式輸送機(jī)上進(jìn)行大力推廣應(yīng)用。