帶式輸送機皮帶撕裂保護裝置的分析與應用

張振東

（晉能控股煤業公司虎龍溝煤業有限公司，山西 大同 037000）

引言

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

1 工程概況

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

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

2 皮帶撕裂保護裝置的組成

SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機配套的ZL-A型縱向撕裂保護裝置組成如圖1 所示。保護裝置主要包括控制器與電源箱、速度傳感器、煙霧傳感器、遠程控制箱、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 型縱向撕裂保護裝置組成示意圖

ZL-A 型縱向撕裂保護裝置工作原理：裝置中的撕裂傳感器對SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機運行狀態進行實時監控和研判，并可根據結果做出相應的預警決策。具體過程：通過撕裂傳感器采集皮帶表面的信號，從而實現皮帶表面圖像的采集，并采用Canny 邊緣檢驗算法對采集到的皮帶信號變化進行特征提取。當皮帶發生縱向撕裂現象時，檢測到的皮帶表面信號將呈現出特定特征，即可認定發生縱向撕裂事故。

對ZL-A 型縱向撕裂保護裝置工作原理分析可知，從理論上講，該撕裂保護系統能對即將發生撕裂的皮帶及時采取保護措施，但是在SSJ1400/3×400伸縮帶式輸送機的實際工作過程中，受該礦井下工作條件的影響，特別是在無煤狀態下和事故高發區域，該保護裝置的應用效果不佳，其保護潛能沒能全部發揮出來，皮帶撕裂故障時有發生。針對這種情況，有必要在該縱向撕裂保護裝置的基礎上，設計一種輔助裝置，與該縱向撕裂保護裝置配合使用，以對帶式輸送機實現雙重保護，杜絕皮帶撕裂故障的出現，保障井下主運煤系統安全高效運行。

3 防異形體卡滯保護裝置的設計

3.1 異形體卡滯超前保護原理

該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機的鋼繩芯呈縱向分布，整體無橫絲，其橫向強度較低，當存在異型煤巖體時，運輸過程的穿卡行為會使得皮帶發生縱向撕裂，導致帶式輸送機故障的發生，特別是在轉載機給煤點區域，故障發生概率大大增加。轉載機給煤點區域的異型煤巖體和其它不規則金屬件等異形體在下落至皮帶的過程當中，基于自由落體運動和慣性作用，極易發生卡滯皮帶的現象，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，會將皮帶進行割開，導致皮帶的縱向撕裂，隨著輸送機的運行，皮帶的縱向撕裂會越來越嚴重，直到發生重大事故。基于以上分析可知，如果能及時檢測到輸送帶上是否有異形體發生卡滯現象，那么皮帶撕裂保護裝置就能完全發揮其功效，便可更準確地對皮帶縱向撕裂起到保護效果，防止皮帶縱向撕裂事故的發生。

通過分析可知，異形體卡滯皮帶時會對受阻點產生一種持續的反方向的附加力，若能增設相應的受力傳感器，對異形體卡滯皮帶時產生的水平附加力進行動態監控，就能有效阻止其對皮帶的連續破壞。

3.2 異形體卡滯保護方法分析

當異形體卡滯皮帶后，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測，便可知道異形體的整體受力情況。在帶式輸送機正常工作時，設置壓力傳感器進行監測，當壓力傳感器監測到上托輥處的附加壓力時，就表明出現了異形體突然卡滯現象。因此，附加壓力值的及時監測可超前預防異形體破壞皮帶的現象。

3.3 防異形體卡滯裝置的設計

根據該礦SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機異形體卡滯皮帶的經驗，設計了一種防異形體卡滯裝置，如圖2 所示。對配套轉載機落煤點30 m 內的托輥架進行優化改造，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。

圖2 防異形體卡滯裝置結構示意圖

由圖2 可知，當SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機正常工作時，防異形體卡滯裝置中的緩沖連接桿僅受摩擦力作用，作用力較小且穩定。當運行途中有異形體卡滯皮帶時，皮帶驅動機并不會停止，而是保持繼續運行狀態，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 型縱向撕裂保護裝置上設置相關參數，對輸送機傳輸發送相應的控制指令，從而有效防止帶式輸送機皮帶撕裂事故的發生。

4 實踐應用及效果分析

在原撕裂保護裝置的基礎上，對81511 工作面的SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機進行改進，設計增加防異形體卡滯裝置后，投入到運輸實踐中。

從2020 年5 月至2020 年7 月期間，該SSJ1400/3×400 伸縮帶式輸送機工作已有3 個月之久，通過ZL-A 型縱向撕裂保護裝置和防異形體卡滯保護裝置的共同應用，有效提升了設備皮帶的防撕裂能力，可及時發現安全隱患，并能夠成功解決問題。截至目前，該輸送機未發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區也可對皮帶起到有效的防撕裂保護。

防異形體卡滯保護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型縱向撕裂保護裝置一起較好配合應用，防止皮帶撕裂事故的發生，為企業實現高產、高效、安全的生產目標奠定基礎。該防異形體卡滯保護裝置制造價格便宜，具有較好的市場前景，可在煤礦帶式輸送機上進行大力推廣應用。