膠帶輸送機驅動站落煤治理方案設計

劉 偉

(西山煤電集團晉興公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033600)

膠帶輸送機是煤礦生產過程中廣泛使用的原煤運輸工具之一，其運輸能力是決定礦山產量的重要因素[1-2]。在原煤運輸過程中，尤其是在北方，出現極寒天氣時，經降塵處理的原煤碎屑與煤粉極容易粘連凍結在膠帶上，受膠帶反轉、振動以及清掃器工作性能下降等因素影響，驅動站處的膠帶回程落煤量快速增加，如不及時清理將導致膠帶機停運甚至發生火災，嚴重影響安全生產。然而，現有技術尚無法徹底解決膠帶機驅動站膠帶回程落煤問題。為清理落煤，通常只能采用人工方式清掃，這樣不僅效率低，而且還容易發生安全事故。

1 方案設計

由于驅動站空間狹小，且地面坡度較大，無法采用體積較大的移動式清掃裝置。因此考慮采用“平面二連桿機械臂+螺旋輸送機+斗式提升機”的綜合解決方案清理落煤。系統構成如圖1所示。系統采用定時開啟、間歇式工作方式，根據生產情況和落煤量，設定開機時間和清掃時長，以滿足清掃需求并延長設備使用壽命。同時，為防止落煤外溢，系統按照斗提機、螺旋輸送機和機械臂的順序啟動，啟動間隔時間不少于30 s。

系統按清掃區域布置多個平面二連桿機械臂[3]，用于將膠帶下方的落煤撥推至螺旋輸送機的進料口，然后斗提機再將落煤集中提升至膠帶上方傾倒。

由于膠帶下方空間狹小且有膠帶支架，如果清掃機械臂過長將導致運行空間受限，所以采用分段布設機械臂的方式。清掃作用主要靠第二段機械臂完成，該段控制主要由其末段位置決定。圖2中“P”點表示機械臂末端位置，根據圖中的坐標系可得P點的坐標為：

圖1 系統構成

圖2 平面二連桿機械臂

xp=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)yp=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)

(1)

式中：l1和l2，θ1和θ2分別為兩個機械臂桿的長度和它們與坐標軸的夾角。在實際清掃過程中，往往是根據機械臂要到達的位置去計算機械臂桿的轉角θ1和θ2，也即求解機械臂逆運動學方程的過程，通過推導可得：

(2)

(3)

于是，控制器便可以根據求得轉角θ1和θ2來控制機械臂。

應用二連桿機械臂可以將膠帶下方的落煤推掃到集中清理區域，如果能在集中清理區開溜槽，使煤屑煤粉直接落入到煤倉或者其他收儲裝置內，無疑是一種便捷高效的方式。然而，實際操作過程中，在驅動站膠帶下方的混凝土板上開孔，尺寸不宜過大，否則對驅動站建筑結構威脅較大，存在安全隱患，因此其直徑一般不超過膠帶寬度的三分之一。采用這種清掃方式，隨著時間的推移，尤其是在溫度低、煤粉黏度高的情況下，開孔極容易堵塞。因此考慮采用一種適用于具有一定黏性的粉粒類物料運輸裝置，同時體積不應過大，用以將煤屑轉運至膠帶機道側方，然后再返送至膠帶上方。螺旋輸送機[4-5]在短距離粉粒狀物料運輸上應用廣泛，在物料黏性較大時，選擇無軸螺旋輸送機可以較好地解決物料堵塞問題，而且成本和重量都較常規螺旋輸送機低。另外，在使用過程中，因安裝空間受限，定制設計螺旋輸送機時，在滿足運輸量要求的情況下應盡量微型化處理。螺旋輸送機采用“U”型開放式結構，整個機身上方均可以作為進料口，在需要的情況下，機身也可以采用“T”字型或“L”型交匯，需要根據現場安裝條件設計。同時還需要考慮到原煤受除塵水霧影響，導致膠帶落煤黏性較大，特別是冬季，因此根據現場情況，應該適當提高工作轉速，當螺旋轉速較高時，物料在它的推動下，會產生更大的離心力，這樣不容易使落煤過多地附著在螺旋上，有利于提高運輸效率并且能夠節約能耗和延長設備使用壽命。

螺旋輸送機將膠帶下方的落煤運送到膠帶機道側方，然后再通過斗式提升機將落煤垂直提升至膠帶上方傾倒，同膠帶上的原煤一同進入煤倉或者轉運至下級轉運設備。選擇斗式提升機主要是由于膠帶機道側面空間狹小，通常只能容納一個人通過，因此必須選擇小型的垂直提升裝備。同其他垂直提升設備相比，斗式提升機不僅占地面積小，而且密封性好，非常適于散粒狀物料，另外還具有功耗低、提升力大和運行噪音小的優點，并且可以根據物料特點及運輸需要選擇不同形式的料斗及提升方式。

斗式提升機不僅適合運量小、且帶有一定粘度的散粒狀落煤的垂直輸送，而且在運送煤屑煤粉時，其封閉式結構還有利于降塵。如圖1所示，斗式提升機采用的是垂直式安裝方式，當然也可以根據現場安裝空間特點，選擇傾斜式安裝方式。需要注意的是斗式提升機的料斗應該需用淺斗形式，即斗口下傾角一般不超過45°且整斗深度不宜過大，這樣有利于拋料，在煤屑黏度過大時，還可以通過加快設備轉速，提高拋料時離心力，使煤屑順利拋出。另外考慮到在煤屑黏度低時，采用單通道型機桶時，機殼內形成的渦流可能產生較大粉塵，因此在成本允許的情況下，首選通道型機桶，因為采用這種方式還可以進一步減小設備的占地面積。

2 結 語

應用平面二連桿機械臂、螺旋輸送機和斗式提升機組合操作，能夠有效解決膠帶輸送機驅動站膠帶回程落煤的治理難題，不僅降低了人工成本，還提高了礦山膠帶機運行與維護的安全性。該方案對其他生產單位膠帶輸送機回程落料的治理也具有一定借鑒意義。