長距離大坡度下運帶式輸送機在孟家窯煤業的應用

元松明，寇子明，秦國棟，張立冬

(1.潞安集團潞寧孟家窯煤業，山西 忻州 036700； 2.太原理工大學 機械與運載工程學院，山西 太原 030024；3.山西省礦山流體控制工程實驗室，山西 太原 030024；4.礦山流體控制國家地方聯合工程實驗室，山西 太原 030024)

隨著煤礦開采地質條件變化，采區下運帶式輸送機及運輸巷下運帶式輸送機得到了越來越廣泛的運用。下運輸送帶在軟制動技術、四象限變頻器能耗回饋等關鍵技術取得突破，并成功穩定運行以后，其運量大、裝載容易、向電網反向發電多等諸多優點也日趨顯現。但是，下運帶式輸送機在現場管理實踐過程中仍然需要克服長距離、大坡度、物料滾落帶來的斷帶、失速重大安全風險。現就孟家窯煤業井下采區長距離大坡度采區下運帶式輸送機在運行實踐過程中的一些有效做法以及管控措施進行歸納總結[1-3]。

1 下運帶式輸送機安裝工況

孟家窯煤業公司位于忻州市寧武縣境內，開采寧武煤田石炭系2#和5#煤層，煤層傾角在18°～43°，平均傾角為25°，層間距平均為66.19m。孟家窯礦井開拓方式為斜井開拓，主副斜井布置在工業廣場內，風井布置在李家山風井場地。井田范圍內劃分5個采區，首采區布置在11采區，采區內2#和5#煤層采用聯合開采布置方式，兩個煤層共用一條軌道巷，通過甩車場和石門，實現材料設備運輸，另外在2#和5#兩個煤層分別布置采區輸送帶運輸巷和回風巷。由于受煤層傾角大的條件限制，采區大巷均采用偽傾斜布置，在兩條采區輸送帶運輸巷內分別安裝了一部長距離大坡度下運帶式運輸機。

1.1 11采區2#煤帶式輸送機

圖1 2#煤帶式輸送機

11采區2#煤帶式輸送機型號為DTC140/120/3×500，運量1200t/h，輸送機長度980m，帶寬1400mm，帶速0～2.5m/s，平均傾角-22°，局部達到-27°，提升高度為-338.95m，如圖1所示，輸送帶強度ST/S3150，上帶采用深槽工藝，如圖2所示，機尾設置2個驅動主軸滾筒3套驅動裝置，電動機型號YBPT450-4，功率500kW，電壓等級為1140V，減速器型號為TSH170F-35.5C，兩驅動滾筒主軸上個各串1套盤閘制動器，制動器型號KPZ-1800/630，變頻調速電控系統為3套四象限防爆變頻器，輸送機頭部設1套重載車張緊裝置，2煤倉容量為800t。

圖2 上帶深槽托輥組

1.2 11采區5#煤帶式輸送機

11采區5#煤帶式輸送機型號為DTL160/150/3×630+1×630，運量1500t/h，輸送機長度847m，帶寬1600mm，帶速0～3.15m/s，傾角-22°，提升高度為-308m，輸送帶強度ST3150。機尾設置2個滾筒4個電機驅動(運行方式3用1備)，配4套四象限防爆變頻器，電動機型號YBPT630-4，功率630kW，電壓等級1140V，配2套盤閘制動器(型號KPZ-1800/630)，變頻調速電控系統為4套四象限防爆變頻器，頭部設1套液壓絞車張緊裝置。卸載滾筒直接布置5#煤倉上口，5#煤倉容量為1000t。5#煤帶式輸送機輸送帶纏繞示意如圖3所示。

圖3 5#煤帶式輸送機

2 下運帶式輸送機主要危險因素和預防措施

2.1 斷帶

斷帶事故是下運大坡度帶式輸送機最嚴重事故，發生斷帶時，大多數情況處于滿載或重載狀態，煤炭拋射距離很遠，會造成人員傷害威脅，輸送帶堆疊會造成巷道堵塞，風流阻斷等安全風險。另一方面斷帶帶來的機架損壞和修復都將造成較大的直接經濟損失，而且修復時間都比較長，影響全礦生產時間至少在15～30d之間，間接經濟損失也非常巨大。

斷帶事故發生的原因，多數情況是由于在不合格的硫化接頭運行至驅動滾筒附近位置時，驅動滾筒圓周驅動力大于輸送帶硫化接頭處破斷力而造成的[4]。接頭不合格和超載是造成斷帶的直接原因，檢修不到位和運行管理不到位是造成事故的主要原因。

斷帶預防措施如下：

1)加強現場檢查、監測，做到早發現早匯報。前一班與下一個班交接時，兩班崗位司機協同配合，共同對運行輸送帶全面檢查一次，對輸送帶和及硫化接頭斷面磨損情況進行詳細認真檢查，崗位司機按照接頭管理編號順序將檢查情況填寫在專用記錄臺賬內，發現異常，立即匯報隊部值班室和礦調度室，做到早發現早匯報。每周由機電科主運輸專業管理人員到現場檢查核實一次，除進行不少于一圈的外觀檢查核查外，還要監督隊組使用鋼絲繩在線監測儀進行一次全面掃描檢測，對檢測結果進行比對分析，確認變化程度。磨損嚴重或接頭變化較大，則上報有關領導，盡早確定檢修方案和檢修時間，做到早處理。

2)礦井給予集中檢修時間，確保輸送帶不合格接頭重大隱患及時消除。生產調度每月根據機電科上報的機電系統各主要設備運行情況和檢修計劃，給出1～3d全礦井集中檢修時間，主運輸鋼絲繩輸送帶的檢修充分利用好這1～3d的時間進行集中檢修，重新硫化一個接頭需要24h檢修時間，更換一卷輸送帶硫化兩個接頭需要48～72h。運輸隊提前準備材料、硫化設備、人員、編制好檢修措施，確保對不合格的有斷絲超限磨損嚴重隱患的硫化接頭重新硫化，對磨損嚴重的輸送帶進行更換。硫化過程中落實好每一步工藝流程，加強對硫化接頭質量的監督。同時，礦井供電系統、大型設備等可以集中開展檢修，采掘機械可以開展精細化檢修。通過月度集中檢修，及時消除設備缺陷和系統安全隱患，一方面提高了礦井機電設備的完好率，另一方面降低了生產期間機電設備的事故率，使得全礦井機電設備檢修和采煤掘進生產形成有機結合。

3)合理安排采掘銜接，源頭上防止超載。合理布置采掘頭面數量以及施工先后順序是源頭控制超載的主要手段。煤礦安全規程規定，一個采(盤)區內同一煤層一翼最多只能布置1個采煤工作面和2個煤(半煤巖)巷掘進工作面同時作業。這就要求礦井做好采掘銜接設計規劃，防止在同一個時間段內多頭面向一條采區輸送帶同時裝載造成超載。

4)動態管控好綜采工作面生產工藝，保證均衡生產，防止運輸煤量超載。由于大多數采煤工作面進行三機配套時，工作面主要設備的生產能力大于采區帶式輸送機的設計運輸能力，這就要求綜采工作面正常組織生產時，控制好采煤機割煤速度，對于綜采放頂煤工作面還要制定好放煤工藝，對放煤窗口大小和放煤口數量明確規定，控制好單位時間內生產量。

5)采取技術措施和管理手段，動態控制采區輸送帶拉運煤量，預防超載。將所有向采區輸送帶裝載的采掘面運輸巷輸送帶開停信號和閉鎖裝置集中安裝在采區輸送帶司機操作臺處，輸送帶司機在操作室可以一目了然觀察到采掘頭面帶式輸送機的開停狀態。另外在集控臺安裝電流過載聲光報警裝置，運行電流值超過設置值，報警裝置預警，輸送帶司機按照超載量限序表，對拉運的采掘面運輸巷輸送帶進行停機閉鎖控制，現場動態管控好采區輸送帶的拉運載荷。綜采面煤流大小通過集中通信系統對各設備的過載電流進行預警，通過預警采煤機司機放慢采煤機牽引速度，放煤工減小液壓支架放煤窗口的放煤量。

公司賦予下運輸送帶崗位司機對采掘面巷道輸送帶動態管控權利，崗位司機執行先閉鎖后匯報制度，采掘面輸送帶因前級閉鎖停機后，由調度值班員對于采掘面輸送帶二次開啟順序進行協調，做到避峰運行，確保采區帶式輸送機不超載。

2.2 輸送帶失速并加速度下滑

采區帶式輸送機正常運行過程中一般不會發生失速現象，通過現場運行觀察總結發現，下運帶式輸送機在重載情況下突然停車后，在二次啟動時才發生失速下滑現象，其原因是由于液壓盤閘松閘時間與變頻電動機給電時間設置不好，變頻電動機在未產生勵磁的情況下，制動閘已經完全松開，造成了輸送帶失速并加速下滑現象[5]。

輸送帶失速下滑預防措施：

首先，盡可能避免重載突然停車，主要包括：①帶式輸送機相關保護設置上，盡可能設至為延時停機，不要設置緊急停車；②設計上保證下運輸送帶卸料口有足夠的容量，最好是設計為一定容量的煤倉；③入料口要大，防止大塊矸石或雜物堵塞煤倉落料口；④在采掘面運輸巷輸送帶上方安裝隔爆除鐵器，過濾工作面出來的廢棄錨桿等鐵器，防止堵塞卡口[6]；⑤采掘面工作巷安裝使用破碎機，加強對大塊矸石的源頭控制；⑥采區輸送帶司機每次停機前要將輸送帶上煤炭卸空。

其次，設置好液壓盤制動與電控起停車的配合時間參數，主要包括：①采區下運帶式輸送機安裝完成以后要進行空載、正常載荷、過載載荷試驗。通過試驗調好液壓盤閘控制與變頻器的配合時間參數；②要調整好啟動并達到設定速度的加速度時間參數和停車前減速度時間參數。

2.3 喉震

喉震是指下運帶式輸送機開機時，液壓盤閘制動系統與變頻電機控制系統配合不好，產生的震顫現象。喉震現象容易引發輸送帶斷帶危險。

喉震現象預防措施：

喉震現象產生的原因大多是液壓系統出現故障導致的，如電磁閥24V繼電器觸點粘連，傳感器信號中斷，PLC控制器故障、盤閘油路泄漏、盤閘內彈簧疲勞等。加強液壓系統檢修，防止漏油，觀察壓力表壓力，定期切換工作泵運行方式，可以預防喉振現象的發生。

注意事項：一旦發生喉振現象，現場必須立即停機，等待專業檢修人員到場檢修，不允許嘗試多次啟動，否則容易發生電網頂閘和斷帶事故。

2.4 下運輸送帶物料滾落

塊狀并接近球體物料在下運輸送帶上裝載時，由于物料與輸送帶接觸面積小，帶面摩擦力小于物料下滑力而造成的物料順著輸送帶面向下加速滾動，甚至跳動離開輸送帶裝載面的現象。

下運輸送帶物料滾落措施：

依據現場下運帶坡度大小不同條件，在上輸送帶上方每隔9m設置一條蓋帶裝置。裝置架可以單獨設置，也可以安裝在機架上，蓋帶使用礦井采掘面退下來的廢舊輸送帶，一頭懸空固定在蓋帶架橫桿上方，另一頭直接拖在上輸送帶面上，每條蓋帶長度可選擇6m。運輸物料時，滾動物料鉆入蓋帶下面，由于蓋帶作用，將物料與上輸送帶面壓緊貼實，從而不會再發生滾落現象[7]。

通過安裝自制使用的蓋帶裝置，有效的防止了物料滾落現象，給現場安全運行和檢修創造了有利條件。在帶式輸送機加工制造時可以要求廠家在出廠時，設計并加工制作好蓋帶架，安裝使用時穿上蓋帶即可。

另外，日常運行時，由于物料長時間與蓋帶產生摩擦，蓋帶需要定期更換[8]。

2.5 電控系統故障

下運輸送帶必須使用四象限變頻器電控裝置，隨著裝載物和輸送帶運行速度的變化，變頻器存在一會做正功一會做負功現象。空載或輕載時一般做正功，電動機輸出機械能克服輸送帶與滾筒的摩擦阻力運行；當滿載或過載時電動機做負功，物料從高位運輸到低位，重力勢能通過電動機變頻器和電控系統轉化為電能，變頻器處于逆變發電狀態。

礦井電網電壓波動會對四象限變頻器發生運行產生影響，為變頻器供電的并列運行的移動變電站變比和阻抗參數存在差別，多電機驅動控制系統還要進行功率平衡，斬波和逆變對電網產生的諧波等多種因數均對變頻器、濾波器產生影響，實際運行過程中，層發生過移變和高壓開關三相不平衡漏電頂閘，IGBT功率器件損壞，整流測充電回路限流電阻損壞等故障[9-11]。四象限變頻器電控原理如圖4所示。

圖4 四象限變頻器電控原理圖

電控系統故障預防措施：①變電所值班員隨時觀察系統電壓實時調整礦井主變壓器油載調壓開關等位，確保用電側電壓在電器設備允許幅值之內；②多電機驅動下運帶式輸送機在配置移動變電站時，選擇同型號、同廠家、同一批次、相同阻抗的設備；③多電機驅動并列運行的移動變電站現場必須做到調節電壓檔位相同；④變頻器工作環境選擇在專用硐室，通風良好，沒有煤塵的場所，要定期對散熱系統進行檢查檢修；⑤設計廠家還要針對多電機驅動四象限變頻器在電網電壓波動情況下繼續開展技術公關；⑥同一部帶式輸送機選擇的變頻器、電抗器參數也必須相同，輸出廠前必須進行不同工況電氣性能參數調整和電氣試驗；⑦加強機電維護技術培訓，加強關鍵部位配件的備用，減少因電控系統故障而影響礦井生產時間[12-15]。

3 結論

1)根據孟家窯煤業11采區5#煤輸送帶運行電流電壓數據分析統計，正常運轉情況下每日可向電網反饋發電3.0×103kW·h左右，年均發電2.25×106kW·h，發電效果明顯。

2)與上運輸送帶相比，下運輸送帶特點裝載容易，過載能力強也是一項較大優勢。

3)與上運輸送帶相比，下運輸送帶底帶受力大，要求底托輥強度大，底托輥間距由3.0m縮小為1.5m，另外，在變坡段集中安裝?400mm的地臺滾筒替代底托輥，解決變坡段底托輥強度不足問題。

4)與上運輸送帶相比，下運帶式輸送機只要保證機架安裝基礎牢固，機架強度大，就可以有效減少機架震動，下運輸送帶運行速度可以由2.5m/s提高至3.5m/s，運量也將大幅提高。

5)通過加強下運帶式輸送機的安全管理，在實踐中不斷摸索其運行特點，加上不斷地改造和創新管控，長距離大坡度下運帶式輸送機是可以安全運行的，可以滿足安全生產能力要求。