煤礦井下采區下運膠帶輸送機的飛車控制

雷振江

（山西省陽泉市華陽集團技術中心 山西 陽泉 045000）

0 引言

膠帶輸送機具有連續性輸送，輸送能力大，易實現集中控制且安裝可靠等優點，所以現在煤礦大多采用膠帶輸送機作為井上下輸送的主要工具。隨著礦井的開采，地質條件的多樣性，井下輸送的條件各種情況都有，膠帶機的下行運行越來越多，而下行運行的飛車事故卻得不到很好的控制，這就給膠帶輸送機的安全運行提出了研究的新課題[1]。本文通過對煤礦井下采區下運膠帶輸送機的飛車事故分析，并結合自動化的控制，提出改變驅動位置、安裝盤式制動器和利用速度保護裝置對膠帶輸送機的運行進行自動化控制，達到安全可靠運行的目的。

1 煤炭企業膠帶輸送機的現狀

隨著科學技術的進步，膠帶輸送機的運輸能力越來越大，運量從原來的每小時幾百噸到幾千噸；功率從原來的幾十千瓦到幾千千瓦；運輸距離從原來的幾十米到現在的幾千米。運輸的方式也多種多樣，有上運、下運、平運，還有混合運輸[2]。目前煤炭事業正朝著大型特大型，智能化方向發展，傳統的膠帶輸送機已不能適應高產高效，更安全更可靠的需求，膠帶輸送機的發展前景更為廣闊。但我國與國外發達國家相比，還存在很大的差距，尤其在控制方面表現更為突出，因此膠帶輸送機的控制迫切需要進一步的發展。

2 煤礦膠帶輸送機的工作原理

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

膠帶輸送機的工作原理為：膠帶形成一個環形閉合圈，由電機、減速器帶動驅動滾筒，驅動滾筒帶動膠帶做環形運動，物料堆積在膠帶上由機尾滾處運至卸載滾筒處，達到運輸物料的目的。游動小車的作用是張緊膠帶，膠帶只有在張緊的狀態下使驅動滾筒與膠帶之間有足夠大的摩擦力才能帶動膠帶做環形運動，也就是說膠帶必須處于一定的張緊力下膠帶輸送機才能正常工作[3]。

根據強度的不同，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，這兩種膠帶的特點是成本低，但強度小的膠囊，因而用于輸送距離短，輸量小的膠帶機。還有ST強力膠帶，這是一種用鋼絲繩用帶芯，用膠膠注而成，這種膠帶具有強度高，柔性好的特點，因而適用于輸送距離遠、輸量大的膠帶輸送機。

3 煤礦膠帶輸送機的結構及安裝模式

膠帶輸送機的組成分為：卸載部分，由滾筒和卸載架組成；驅動部分，由驅動滾筒（本圖為兩個驅動滾筒）、驅動架、電機、減速器、高速聯軸器和低速聯軸器組成；張緊裝置，由花架、張緊小車和托帶滾組成；以膠帶、上下托滾、中間機架、機尾架和機尾滾組成。

傳統的膠帶輸送機的安裝模式，卸載滾、驅動滾筒、游動小車等都安裝在機頭；而機尾只安裝機尾滾。這樣的好處是驅動滾筒和游動小車都安裝在機頭，膠帶輸送機的各種保護安裝在驅動滾筒上，便于集中控制和管理。機頭安裝可識別攝像頭，對膠帶輸送機進行實時監控，如膠帶輸送機處于故障狀態，攝像頭識別后，可對膠帶輸送機進行緊急停車等控制，從而達到智能化控制，這種安裝模式在上行運行和水平運行優點尤為突出。缺點是：由于煤礦井下輸送的物料為煤炭，且受開采的地質影響，煤炭在開采過程中，不可避免的含有大的水，使膠帶上粘水，降低了膠帶與驅動滾筒之間的摩擦系數，造成膠帶與驅動滾筒之間打滑，造成事故，影響安全運行。對膠帶的受力來分析，驅動滾筒安裝在機頭，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，目前膠帶輸送機都采驅動滾筒安裝在機頭的設計模式。

4 煤礦膠帶輸送機下行運行的事故分析及控制方式

（1）膠帶輸送機事故的分析

隨著煤炭開采量越來越大，開采深度也越來越深，地質條件也越來越復雜，膠帶輸送機已不在是原來的單一上行運行，混合運行、下行運行相繼誕生。下行運行的膠帶輸送機按傳統的方式設計，已不能滿足生產的需要，主要是下行運行的膠帶輸送機驅動滾安裝在機頭，運輸的煤炭如果有水，膠帶上的水沿膠帶流入驅動滾筒，使膠帶與驅動滾筒之間的摩擦系數降低，而此時煤炭與膠帶在重力的作用下，產生一個與膠帶輸送方向一致的分力，再加上原本煤炭在運輸過程中的貫性，使膠帶向輸送方向的力大于滾筒與膠帶之間的摩擦力，此時膠帶的運行速度大于膠帶機輸送機的最大速度，而且速度越來越快，最終造成飛車事故。

（2）以實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的下行運行膠帶輸送機，由于采區頂板有淋頭水，使膠帶輸送機膠帶上時常有積水，使傳動滾筒與膠帶之間的摩擦系數降低，煤炭在重力的作用下，膠帶向下運行，膠帶滑行的速度遠遠大于傳動滾筒的線速度，造成飛車。

DTL140/230/2×450的膠帶輸送機參數：

運量2 300 t/h、運行速度3.8 m/s、帶寬1 400 mm、鋪設長度880 m、高差-77.350 m、功率2×450 kw、電機工作電壓：660/1140 V。

圖2 下運膠帶輸送機的模型圖

輸送帶不打滑條件校核：F2min=Fumax(eμ?-1)

式中：KA：啟動系數，KA=1.5

其中：Fumax=Fu×KA=87456×1.5=131184N

圓周驅動力Fu=87456N

eμ?：傳動歐拉系數

摩擦系數μ=0.3

式中：eμ?=2.85

傳動滾筒圍包角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就遠達不到0.3，只有0.1甚至更小，這樣就不能滿足不打滑的條件。而煤礦生產又不可的沒有水，所以飛車事故常有發生，依靠現行的運行方式極難控制，給安全生產提出嚴峻的挑戰。

（3）改進方案和實施效果

為了達到安全生產的目的，提出1、把驅動安裝在機尾，當機頭的膠帶運行至機尾時，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、在機尾安裝盤式制動器和膠帶速度保護相結合的方法來達到安全運行的目的。

實施效果：如圖1，首先把兩個驅動架、驅動滾筒及電機減速器全部移至機尾，重新安裝。再次把其中一個機尾驅動滾改造為雙出軸驅動滾，在另一出軸端安裝盤式制動器。

圖1 膠帶輸送機的結構圖

盤式制動器由機械系統、液壓系統和電氣控制系統組成，它的工作原理是：在軸頭安裝一個制動盤，在制動盤圓周上安裝成組的液壓盤閘，當開機時，電氣控制發出指今，打開液壓盤閘，電機拖動滾筒啟動，當需要制動時，液壓系統壓力減小，盤閘在碟形彈簧的壓力下將盤閘壓向制動盤，依靠盤閘與制動盤之間的摩擦力來實現制動。電氣控制箱配用壓力變送器、急停開關、溫度傳感器，可對皮帶機制動情況進行實時監測和動態顯示，并能手動、自動和遠程自動調整開關盤閘壓力，實現皮帶保護啟停功能。同時還具有油缸溫度的檢測和保護功能、下運皮帶機超速保護功能以及緊急停止保護功能。解決了皮帶機啟動過程及負載變化過程中皮帶機安全起停并平穩運行的問題，使得輸送設備能夠長期在理想狀態下運行。

制動過程：利用膠帶輸送機的速度保護與盤式制動配合來實現制動。當下行膠帶輸送機膠帶的下行速度超過額定值時，由速度保護器把膠帶的速度傳遞給控制器，控制器發出指令，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：當實時采集的速度值大于速度上限值時，進入半制動狀態；當實時采集的速度值大于速度保護值，系統立即急停保護；當速度降低到額定值時，速度傳感器把信號傳給控制箱，再次發出指令關閉回液閥，結束制動，形成閉環反饋。閘瓦間隙和制動閘正壓力檢測系統，根據速度的大小來調整壓力的大小，從而確保膠帶速度始終運行在安全范圍之內，實現安全可靠運行。

控制箱采用LCD液晶顯示模塊和LED共同顯示的方式來實時顯示各輸出口動作狀態、各種工作方式、工作狀態、故障類別以及參數的設置。控制箱有①手動控制/故障復位、②自動控制、③遠程控制、④設置四種控制狀態。控制狀態的切換通過控制箱側面的波段開關進行切換，具體的位置有標牌指示，并且在切換控制方式時在LCD屏上實時顯示所在的控制位置。

經過以上對下行膠帶輸送機的控制的措施，徹底杜絕了煤礦下行輸送機的飛車事故，有效地控制了下行膠帶輸送機的運行速度，達到了安全可靠運行。

5 結論

經過研究分析，在煤礦對于大傾角，大運量，遠距離下運膠帶輸送機采用驅動安裝在機尾，并在機尾驅動滾上安裝盤式制動器和膠帶速度保護的配合使用，形成速度、壓力、電氣的閉環控制，杜絕了下行膠帶輸送機的飛車事，達到了安全運行的目的。這種方式的推廣提高了煤礦下行膠帶輸送機的安全性和可靠性，具有行業推廣的意義。