雷振江

（山西省陽泉市華陽集團(tuán)技術(shù)中心 山西 陽泉 045000）

0 引言

膠帶輸送機(jī)具有連續(xù)性輸送，輸送能力大，易實(shí)現(xiàn)集中控制且安裝可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在煤礦大多采用膠帶輸送機(jī)作為井上下輸送的主要工具。隨著礦井的開采，地質(zhì)條件的多樣性，井下輸送的條件各種情況都有，膠帶機(jī)的下行運(yùn)行越來越多，而下行運(yùn)行的飛車事故卻得不到很好的控制，這就給膠帶輸送機(jī)的安全運(yùn)行提出了研究的新課題[1]。本文通過對(duì)煤礦井下采區(qū)下運(yùn)膠帶輸送機(jī)的飛車事故分析，并結(jié)合自動(dòng)化的控制，提出改變驅(qū)動(dòng)位置、安裝盤式制動(dòng)器和利用速度保護(hù)裝置對(duì)膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化控制，達(dá)到安全可靠運(yùn)行的目的。

1 煤炭企業(yè)膠帶輸送機(jī)的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，膠帶輸送機(jī)的運(yùn)輸能力越來越大，運(yùn)量從原來的每小時(shí)幾百噸到幾千噸；功率從原來的幾十千瓦到幾千千瓦；運(yùn)輸距離從原來的幾十米到現(xiàn)在的幾千米。運(yùn)輸?shù)姆绞揭捕喾N多樣，有上運(yùn)、下運(yùn)、平運(yùn)，還有混合運(yùn)輸[2]。目前煤炭事業(yè)正朝著大型特大型，智能化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的膠帶輸送機(jī)已不能適應(yīng)高產(chǎn)高效，更安全更可靠的需求，膠帶輸送機(jī)的發(fā)展前景更為廣闊。但我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，尤其在控制方面表現(xiàn)更為突出，因此膠帶輸送機(jī)的控制迫切需要進(jìn)一步的發(fā)展。

2 煤礦膠帶輸送機(jī)的工作原理

煤礦膠帶輸送機(jī)分為DSJ和DTL兩類，DSJ是煤礦用伸縮式帶式輸送機(jī)，而DTL是煤礦通用鋼架落地式膠帶輸送機(jī)。

膠帶輸送機(jī)的工作原理為：膠帶形成一個(gè)環(huán)形閉合圈，由電機(jī)、減速器帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒，驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)膠帶做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，物料堆積在膠帶上由機(jī)尾滾處運(yùn)至卸載滾筒處，達(dá)到運(yùn)輸物料的目的。游動(dòng)小車的作用是張緊膠帶，膠帶只有在張緊的狀態(tài)下使驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶之間有足夠大的摩擦力才能帶動(dòng)膠帶做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，也就是說膠帶必須處于一定的張緊力下膠帶輸送機(jī)才能正常工作[3]。

根據(jù)強(qiáng)度的不同，膠帶用多種材料制成。目前有PVC膠帶，PVG膠帶，這兩種都是用多層織物作為帶芯，再在表面注膠而成，這兩種膠帶的特點(diǎn)是成本低，但強(qiáng)度小的膠囊，因而用于輸送距離短，輸量小的膠帶機(jī)。還有ST強(qiáng)力膠帶，這是一種用鋼絲繩用帶芯，用膠膠注而成，這種膠帶具有強(qiáng)度高，柔性好的特點(diǎn)，因而適用于輸送距離遠(yuǎn)、輸量大的膠帶輸送機(jī)。

3 煤礦膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)及安裝模式

膠帶輸送機(jī)的組成分為：卸載部分，由滾筒和卸載架組成；驅(qū)動(dòng)部分，由驅(qū)動(dòng)滾筒（本圖為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒）、驅(qū)動(dòng)架、電機(jī)、減速器、高速聯(lián)軸器和低速聯(lián)軸器組成；張緊裝置，由花架、張緊小車和托帶滾組成；以膠帶、上下托滾、中間機(jī)架、機(jī)尾架和機(jī)尾滾組成。

傳統(tǒng)的膠帶輸送機(jī)的安裝模式，卸載滾、驅(qū)動(dòng)滾筒、游動(dòng)小車等都安裝在機(jī)頭；而機(jī)尾只安裝機(jī)尾滾。這樣的好處是驅(qū)動(dòng)滾筒和游動(dòng)小車都安裝在機(jī)頭，膠帶輸送機(jī)的各種保護(hù)安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒上，便于集中控制和管理。機(jī)頭安裝可識(shí)別攝像頭，對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如膠帶輸送機(jī)處于故障狀態(tài)，攝像頭識(shí)別后，可對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行緊急停車等控制，從而達(dá)到智能化控制，這種安裝模式在上行運(yùn)行和水平運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)尤為突出。缺點(diǎn)是：由于煤礦井下輸送的物料為煤炭，且受開采的地質(zhì)影響，煤炭在開采過程中，不可避免的含有大的水，使膠帶上粘水，降低了膠帶與驅(qū)動(dòng)滾筒之間的摩擦系數(shù)，造成膠帶與驅(qū)動(dòng)滾筒之間打滑，造成事故，影響安全運(yùn)行。對(duì)膠帶的受力來分析，驅(qū)動(dòng)滾筒安裝在機(jī)頭，只有上層膠帶受力最大，而下層膠帶無物料，受力較小，延長膠帶受命，目前膠帶輸送機(jī)都采驅(qū)動(dòng)滾筒安裝在機(jī)頭的設(shè)計(jì)模式。

4 煤礦膠帶輸送機(jī)下行運(yùn)行的事故分析及控制方式

（1）膠帶輸送機(jī)事故的分析

隨著煤炭開采量越來越大，開采深度也越來越深，地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，膠帶輸送機(jī)已不在是原來的單一上行運(yùn)行，混合運(yùn)行、下行運(yùn)行相繼誕生。下行運(yùn)行的膠帶輸送機(jī)按傳統(tǒng)的方式設(shè)計(jì)，已不能滿足生產(chǎn)的需要，主要是下行運(yùn)行的膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾安裝在機(jī)頭，運(yùn)輸?shù)拿禾咳绻兴?，膠帶上的水沿膠帶流入驅(qū)動(dòng)滾筒，使膠帶與驅(qū)動(dòng)滾筒之間的摩擦系數(shù)降低，而此時(shí)煤炭與膠帶在重力的作用下，產(chǎn)生一個(gè)與膠帶輸送方向一致的分力，再加上原本煤炭在運(yùn)輸過程中的貫性，使膠帶向輸送方向的力大于滾筒與膠帶之間的摩擦力，此時(shí)膠帶的運(yùn)行速度大于膠帶機(jī)輸送機(jī)的最大速度，而且速度越來越快，最終造成飛車事故。

（2）以實(shí)際例子分析飛車事故的危害

榆樹坡公司2#煤輔助輸送巷，安裝一部DTL140/230/2×450的下行運(yùn)行膠帶輸送機(jī)，由于采區(qū)頂板有淋頭水，使膠帶輸送機(jī)膠帶上時(shí)常有積水，使傳動(dòng)滾筒與膠帶之間的摩擦系數(shù)降低，煤炭在重力的作用下，膠帶向下運(yùn)行，膠帶滑行的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳動(dòng)滾筒的線速度，造成飛車。

DTL140/230/2×450的膠帶輸送機(jī)參數(shù)：

運(yùn)量2 300 t/h、運(yùn)行速度3.8 m/s、帶寬1 400 mm、鋪設(shè)長度880 m、高差-77.350 m、功率2×450 kw、電機(jī)工作電壓：660/1140 V。

圖2 下運(yùn)膠帶輸送機(jī)的模型圖

輸送帶不打滑條件校核：F2min=Fumax(eμ?-1)

式中：KA：啟動(dòng)系數(shù)，KA=1.5

其中：Fumax=Fu×KA=87456×1.5=131184N

圓周驅(qū)動(dòng)力Fu=87456N

eμ?：傳動(dòng)歐拉系數(shù)

摩擦系數(shù)μ=0.3

式中：eμ?=2.85

傳動(dòng)滾筒圍包角φ=200

所以不打滑的條件為：F2min≥70910.28N

但是如果膠帶上有水摩擦系數(shù)就遠(yuǎn)達(dá)不到0.3，只有0.1甚至更小，這樣就不能滿足不打滑的條件。而煤礦生產(chǎn)又不可的沒有水，所以飛車事故常有發(fā)生，依靠現(xiàn)行的運(yùn)行方式極難控制，給安全生產(chǎn)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（3）改進(jìn)方案和實(shí)施效果

為了達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，提出1、把驅(qū)動(dòng)安裝在機(jī)尾，當(dāng)機(jī)頭的膠帶運(yùn)行至機(jī)尾時(shí)，膠帶上的水已基本上沒有了，這樣可以最大限度地避免膠帶上有水；2、在機(jī)尾安裝盤式制動(dòng)器和膠帶速度保護(hù)相結(jié)合的方法來達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

實(shí)施效果：如圖1，首先把兩個(gè)驅(qū)動(dòng)架、驅(qū)動(dòng)滾筒及電機(jī)減速器全部移至機(jī)尾，重新安裝。再次把其中一個(gè)機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾改造為雙出軸驅(qū)動(dòng)滾，在另一出軸端安裝盤式制動(dòng)器。

圖1 膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

盤式制動(dòng)器由機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，它的工作原理是：在軸頭安裝一個(gè)制動(dòng)盤，在制動(dòng)盤圓周上安裝成組的液壓盤閘，當(dāng)開機(jī)時(shí)，電氣控制發(fā)出指今，打開液壓盤閘，電機(jī)拖動(dòng)滾筒啟動(dòng)，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，液壓系統(tǒng)壓力減小，盤閘在碟形彈簧的壓力下將盤閘壓向制動(dòng)盤，依靠盤閘與制動(dòng)盤之間的摩擦力來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。電氣控制箱配用壓力變送器、急停開關(guān)、溫度傳感器，可對(duì)皮帶機(jī)制動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)顯示，并能手動(dòng)、自動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)整開關(guān)盤閘壓力，實(shí)現(xiàn)皮帶保護(hù)啟停功能。同時(shí)還具有油缸溫度的檢測(cè)和保護(hù)功能、下運(yùn)皮帶機(jī)超速保護(hù)功能以及緊急停止保護(hù)功能。解決了皮帶機(jī)啟動(dòng)過程及負(fù)載變化過程中皮帶機(jī)安全起停并平穩(wěn)運(yùn)行的問題，使得輸送設(shè)備能夠長期在理想狀態(tài)下運(yùn)行。

制動(dòng)過程：利用膠帶輸送機(jī)的速度保護(hù)與盤式制動(dòng)配合來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。當(dāng)下行膠帶輸送機(jī)膠帶的下行速度超過額定值時(shí)，由速度保護(hù)器把膠帶的速度傳遞給控制器，控制器發(fā)出指令，打開回液電磁閥，回液，輸出油壓減小，使閘瓦間隙變小，開始制動(dòng)：當(dāng)實(shí)時(shí)采集的速度值大于速度上限值時(shí)，進(jìn)入半制動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)實(shí)時(shí)采集的速度值大于速度保護(hù)值，系統(tǒng)立即急停保護(hù)；當(dāng)速度降低到額定值時(shí)，速度傳感器把信號(hào)傳給控制箱，再次發(fā)出指令關(guān)閉回液閥，結(jié)束制動(dòng)，形成閉環(huán)反饋。閘瓦間隙和制動(dòng)閘正壓力檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)速度的大小來調(diào)整壓力的大小，從而確保膠帶速度始終運(yùn)行在安全范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全可靠運(yùn)行。

控制箱采用LCD液晶顯示模塊和LED共同顯示的方式來實(shí)時(shí)顯示各輸出口動(dòng)作狀態(tài)、各種工作方式、工作狀態(tài)、故障類別以及參數(shù)的設(shè)置?？刂葡溆孝偈謩?dòng)控制/故障復(fù)位、②自動(dòng)控制、③遠(yuǎn)程控制、④設(shè)置四種控制狀態(tài)。控制狀態(tài)的切換通過控制箱側(cè)面的波段開關(guān)進(jìn)行切換，具體的位置有標(biāo)牌指示，并且在切換控制方式時(shí)在LCD屏上實(shí)時(shí)顯示所在的控制位置。

經(jīng)過以上對(duì)下行膠帶輸送機(jī)的控制的措施，徹底杜絕了煤礦下行輸送機(jī)的飛車事故，有效地控制了下行膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到了安全可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

經(jīng)過研究分析，在煤礦對(duì)于大傾角，大運(yùn)量，遠(yuǎn)距離下運(yùn)膠帶輸送機(jī)采用驅(qū)動(dòng)安裝在機(jī)尾，并在機(jī)尾驅(qū)動(dòng)滾上安裝盤式制動(dòng)器和膠帶速度保護(hù)的配合使用，形成速度、壓力、電氣的閉環(huán)控制，杜絕了下行膠帶輸送機(jī)的飛車事，達(dá)到了安全運(yùn)行的目的。這種方式的推廣提高了煤礦下行膠帶輸送機(jī)的安全性和可靠性，具有行業(yè)推廣的意義。