主井帶式輸送機自動化卸載裝置的設計及應用

王振福

(山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦，山西省古交市，030200)

鎮城底礦2005年礦井核定生產能力為190萬t／a。礦井主提升系統采用斜井膠帶輸送方式，主斜井坡度16°，斜長1095m，主井帶式輸送機為TD-75型鋼絲繩芯強力輸送機，帶速3.15 m／s，運輸能力465t／h。井下生產的原煤全部匯集到主煤倉，經裝載帶式輸送機轉載到主井帶式輸送機 (原設計未設置緩沖倉)，從輸送機機頭溜煤斗直接落入選煤廠204帶式輸送機，進入選煤廠進行精煤加工。使用中遇到這樣一個問題，當遇到204帶式輸送機出現故障突然停機時，一級堆煤保護裝置動作，主井帶式輸送機也隨之帶載停機。當恢復運行時，主井帶式輸送機就會重載啟動，這樣對機械設備和電氣系統造成危害性沖擊，縮短其正常使用壽命，甚至可能會發生斷帶事故。另外大量的煤、矸石卡在溜槽斗內造成負荷加重，溜煤斗常常被壓變形或焊縫撐開，這時須由人工進行疏通溜煤斗內被壓實的煤，嚴重影響井下安全生產。針對這一問題，經研究決定在主井帶式輸送機機頭溜煤斗處設計安裝卸載裝置，用于在204帶式輸送機突然停機時，通過聯鎖裝置同步啟動卸載帶式輸送機，將原煤從另一出口運走，待主井帶式輸送機空載后停機，防止了主井帶式輸送機帶載停機和啟動致使溜煤斗被堵塞或損壞等現象發生。

1 卸載裝置的工作原理及參數

1.1 卸載裝置的構成

卸載裝置由卸載帶式輸送機、氣動閘門、信號系統、控制系統及附件構成。卸載帶式輸送機由電動滾筒驅動；氣動閘門包括閘板、閘板氣缸和氣缸控制閥；信號系統包括電氣聯鎖開關及信號報警燈等。卸載帶式輸送機與主井帶式輸送機呈90°方向布置，氣動閘門安裝在溜煤斗上口處，正對煤流的拋物線落點。卸載裝置安裝位置示意圖見圖1。

圖1 卸載裝置安裝示意圖

1.2 卸載裝置工作原理

正常情況下，氣動閘門處于關閉狀態，主井帶式輸送機的煤流經溜煤斗直接落入選煤廠204帶式輸送機上。當204帶式輸送機出現故障突然停機時，(此時一級堆煤保護裝置還沒有動作)聯鎖裝置將氣動閘門打開，氣缸動作，閘板抬起，主井帶式輸送機上的煤流就直接落到卸載帶式輸送機上，氣動閘門打開的同時，卸載帶式輸送機也同步啟動。另外，在卸載帶式輸送機開啟的同時，204帶式輸送機的停機信號也直接傳送至裝載帶式輸送機，發出停機信號，給煤機停止從主煤倉放煤，主井帶式輸送機上的煤運空后停機。卸載帶式輸送機控制設有自動操作和手動操作兩部分。

1.2.1 自動操作

(1)在自動操作模式下，若204帶式輸送機突然停機，此時一級堆煤保護裝置還沒有動作，卸載帶式輸送機自動運行，閘板提起，同時給裝載帶式輸送機發出停機信號，主井帶式輸送機運行6 min，將煤通過卸載帶式輸送機排出，6min后閘板自動放下，7min后卸載帶式輸送機自動停止運行。

(2)若204帶式輸送機能在6min內再次啟動，閘板自動放下，卸載帶式輸送機停止運行，煤流重新回到選煤廠204帶式輸送機上，自動給裝載帶式輸送機發出開機信號，給煤機開始從主煤倉中放煤。

(3)若204帶式輸送機停機后，卸載帶式輸送機沒有立即自動開啟，造成204帶式輸送機上發生堆煤現象，一級堆煤保護裝置動作，同時，聯鎖裝置自動開啟卸載帶式輸送機，閘板上提，給裝載帶式輸送機發出停機信號，將主井帶式輸送機上的煤全部排出，并保持此狀態。直至204帶式輸送機運行后將溜煤斗中的煤排出后，按復位按鈕才能解除此狀態。

(4)在溜煤斗上口還增設了二級堆煤保護裝置，若204帶式輸送機停機后，卸載帶式輸送機沒有立即自動開啟，一級堆煤保護裝置也沒有動作，溜煤斗中的堆煤造成二級堆煤保護裝置動作，主井帶式輸送機自動停機，并給裝載帶式輸送機發出停機信號。

1.2.2 手動操作

主井帶式輸送機若要進行檢修性運行 (清淤)等工作時，可將旋鈕搬至手動位置，按啟動鍵，閘板上提，卸載帶式輸送機開啟，可將主井帶式輸送機上的淤泥、雜物等排出。工作完畢按停止鍵，使閘板復位，卸載帶式輸送機停止運行。

1.3 卸載裝置的控制原理

卸載裝置的控制采用西門子S7-200PLC控制，卸載裝置控制框圖見圖2。具體流程如下:

(1)主井帶式輸送機運行，選煤廠204帶式輸送機運行時，卸載帶式輸送機處于停止狀態，閘板處于下放位置。

(2)主井帶式輸送機運行，204帶式輸送機停止時，給裝載帶式輸送機發停機信號10s，卸載帶式輸送機立即啟動，閘板提起。同時檢測卸載帶式輸送機是否運行和閘板是否提到位。如卸載帶式輸送機沒有運行或閘板沒有提到位，立刻停止主井帶式輸送機；如卸載帶式輸送機和閘板都正常，給主井帶式輸送機發出卸載帶式輸送機啟動信號 (燈光)，5min后給主井帶式輸送機發停機信號，主井帶式輸送機停機后聯動閘板下放、卸載帶式輸送機停止運行。若執行還不到5min，204帶式輸送機重新開動，先放閘板，若下放閘板過程中被卡住，提起重放，直至放到位為止。確認閘板放到位后，停止卸載帶式輸送機，給裝載帶式輸送機發3次開機信號。

(3)在溜煤斗上方做一個二級堆煤信號。

圖2 卸載裝置控制框圖

(4)主井帶式輸送機的開機信號取自高壓柜的一臺電機的中間繼電器。

(5)卸載帶式輸送機的確認開機信號取自卸載帶式輸送機導向滾筒附近的接近開關，同時用此開關信號作為卸載帶式輸送機的打滑保護。

(6)閘板位置信號取4個，上位信號取2個，下位信號取2個，以確保閘板無側斜。閘板位置信號傳感器使用接近開關。

(7)給裝載帶式輸送機發送開機信號，本信號接點與裝載帶式輸送機信號按鈕并聯，可以自動發送信號和手動發送信號。

(8)發生一級堆煤時間超過0.2s，給裝載帶式輸送機發停機信號10s，啟動卸載帶式輸送機，提起閘板，按第 (2)條執行。

(9)若二級堆煤保護裝置動作，立即給裝載帶式輸送機發出停機信號，給主井帶式輸送機發出停機信號5s。兩級堆煤全部解除后，按復位按鈕才能下放閘板。復位按鈕放在主井帶式輸送機機頭。

(10)在低壓控制柜內設置一個卸載帶式輸送機單獨啟動測試點，接入24V電壓時可單獨啟動卸載帶式輸送機，用于調試卸載帶式輸送機。

(11)在低壓控制柜內設置一個閘板上提測試點，接入24V電壓時閘板上提。

(12)增加卸載帶式輸送機就地啟停按鈕，特殊情況下可專門向外排煤。

2 卸載帶式輸送機的結構特點

2.1 主要技術指標

卸載帶式輸送機運輸長度9m，寬度400mm，外形尺寸9000mm×1405mm×430mm (長×寬×高)，總重量4.52t；電動主滾筒直徑630mm，功率 22kW，轉 速 3.2m／s；改 向 滾 筒 直 徑160mm；卸載滾筒直徑320mm。

閘板氣缸直徑100mm，行程700mm，推力314kg。閘板外形尺寸1000mm×1100mm×50 mm (長×寬×厚)，重量600kg。

2.2 結構特點

(1)卸載帶式輸送機支架為整體框架結構，輸送機更加穩固可靠；為減小機器體積，機架設計為平展型，并在其兩側加裝擋煤板，以阻止煤泄漏，同時增加煤的容量；將機尾、機頭滾筒設計安裝在操作人員容易到達的地方，便于檢修；在卸載帶式輸送機落煤點間隔200mm連續鋪設10根托輥以承載較大負荷。

(2)由于場地的限制，卸載帶式輸送機高度和寬度尺寸不能太大，為此，采用體積較小的電動滾筒作為傳動滾筒。

(3)由于閘板受煤塊、矸石沖擊力較大，磨損、變形嚴重，將閘板加工成中空，并在中間沖擊點范圍內，使用焊有尖錘的耐磨鋼板，用螺栓與閘板相聯接，一方面可將大塊矸石、煤塊擊碎，減少運輸阻力，保護破碎機，另一方面可以抗耐磨，且鋼板磨損后以便更換。

(4)主井帶式輸送機、裝載帶式輸送機、204帶式輸送機與卸載裝置，利用PLC控制，實現了自動聯鎖操作，提高了設備運行可靠性。

3 經濟效益

主井帶式輸送機卸載裝置投入現場使用以來，運行良好，在選煤廠運輸設備出現故障停機時，能及時地將原煤轉載至卸載帶式輸送機上運出，杜絕了主井帶式輸送機重載啟動和停機，減少了溜煤斗堵塞或損壞現象，同時縮短了主井帶式輸送機的停機時間，提高了設備使用壽命和工作效率。生產效率顯著提高。

(1)減少停機節省的費用。主井帶式輸送機額定運輸能力為465t／h，實際運輸能力約400t／h，煤售價300元／t，按平均每天減少停機10min計算，一年節省費用計576萬元。

(2)節省修理或更換相關設備及修復溜煤斗所花費用。設備和配件費20萬元，材料費2萬元，人工費9萬元，共計31萬元。

(3)投入研制該裝置成本及維護費用。卸載裝置研制費4.5萬元，年維護費2.4萬元，共計6.9萬元。

因此，設計安裝該卸載裝置后，每年可創效益約600萬元，具有良好的社會和經濟效益。

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