礦用帶式輸送機跑偏分析及糾偏裝置改進

王麗軍

（長春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

輸送帶穩(wěn)定運轉(zhuǎn)是保證采掘工作面安全高效運輸?shù)闹匾疤幔窃趯嶋H煤礦生產(chǎn)過程中，由于輸送帶接頭交接不正、機架不正、滾筒粘料、托輥運轉(zhuǎn)不靈活等很容易造成輸送帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象[1-3]，輸送帶一旦出現(xiàn)跑偏后不僅造成物料運輸效率低，輸送帶磨損嚴(yán)重，甚至造成輸送帶斷帶、電機燒毀事故發(fā)生。目前煤礦主要是通過調(diào)心托輥來回擺動治理輸送帶跑偏，而調(diào)心托輥的擺動是通過人工來實現(xiàn)的，調(diào)偏托輥自動化水平差、故障率高，達不到預(yù)期的糾偏效果；本文以長春興煤礦603 回風(fēng)順槽內(nèi)DSJ-80 型帶式輸送機為研究對象，針對帶式輸送機跑偏現(xiàn)象安裝一套液控糾偏裝置。

1 問題的提出

長春興煤業(yè)有限公司603 回風(fēng)順槽位于井田南盤區(qū)西翼，巷道設(shè)計長度為1 700 m，巷道從南盤區(qū)運輸大巷開口沿煤層底板進行掘進施工。603回風(fēng)順為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進的22#煤層，平均厚度為9.58 m，平均傾角為4°。

603 回風(fēng)順巷道掘進期間安裝一部DSJ-80 帶式輸送機與南盤區(qū)帶式輸送機搭接聯(lián)合出煤；DSJ-80 帶式輸送機采用雙電機驅(qū)動，電機功率為40 kW。

巷道在前期掘進過程中由于受帶式輸送機安裝裝置、輸送機檢修維護水平以及糾偏技術(shù)水平等限制，帶式輸送機頻繁出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，巷道掘進前期因帶式輸送機跑偏導(dǎo)致斷電4 起，電機燒毀一臺，影響巷道掘進時長為17h，經(jīng)濟損失達21.4 萬元，嚴(yán)重制約著603 回風(fēng)順槽安全快速掘進； 對此長春興煤礦通過技術(shù)分析，決定對帶式輸送機原糾偏裝置進行優(yōu)化改進，安裝一套液控糾偏裝置。

2 帶式輸送機跑偏原因及危害

2.1 帶式輸送機跑偏特性

正常狀態(tài)下帶式輸送機四向受力平衡，主要包括水平方向靜摩擦力F1（驅(qū)動力），兩側(cè)托輥對輸送帶斜向上的擠壓力F2、F3，以及輸送帶重力G，靜摩擦力方向與輸送帶中心線方向一致，當(dāng)輸送帶受外力作用出現(xiàn)跑偏時靜摩擦力方向與輸送帶中心線出現(xiàn)偏角，導(dǎo)致輸送帶在中心線方向受力不均，輸送帶向受力大的一側(cè)出現(xiàn)跑偏，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機正常運轉(zhuǎn)與跑偏運轉(zhuǎn)時受力

2.2 帶式輸送機跑偏原因

（1）輸送機安裝質(zhì)量差帶式輸送機主要利用各類滾筒、托輥對環(huán)形輸送帶施加靜摩擦力驅(qū)使輸送帶運轉(zhuǎn)，輸送帶正常運轉(zhuǎn)時靜摩擦力方向與輸送帶中心線平行，但是在實際井下采掘工作面中輸送機安裝質(zhì)量不合格，導(dǎo)致機頭滾筒與機尾滾筒軸線不平行，導(dǎo)致滾筒產(chǎn)生的靜摩擦力方向不一致，造成輸送帶徑向產(chǎn)生跑偏分力。

（2）卸載點受力不均井下帶式輸送機相互搭接進行原煤運輸，搭接高度在0.5～2.0 m 范圍內(nèi)，當(dāng)相鄰兩部帶式輸送機搭接高度大，且無緩沖裝置時，上水平輸送帶卸載的煤流速度快、沖擊作用力大，在落入下水平輸送帶瞬間對輸送帶產(chǎn)生沖擊作用力，造成輸送帶兩側(cè)受力不均，出現(xiàn)跑偏，這類跑偏一般出現(xiàn)在機尾處。

（3）防跑偏效果差：防跑偏裝置是帶式輸送機重要保護裝置之一，但是帶式輸送機傳統(tǒng)防跑偏裝置故障率高、糾偏效果差，達不到預(yù)期防跑偏效果。

2.3 帶式輸送機跑偏危害

帶式輸送機一旦出現(xiàn)跑偏后不僅制約著采掘工作面安全高效運輸，而且影響輸送機使用壽命，增加輸送機事故率，主要危害表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）巷道撒煤量大：帶式輸送機出現(xiàn)跑偏時很容易造成物料灑落現(xiàn)象，造成巷道內(nèi)撒煤量，人工清煤勞動作業(yè)強度大，降低了帶式輸送機運輸效率[4]。

（2）斷帶事故：目前阻燃輸送帶內(nèi)部主要由多組鋼芯組成，正常狀態(tài)下輸送帶鋼芯受力平衡，當(dāng)出現(xiàn)跑偏時每根鋼芯受力不均，導(dǎo)致鋼芯出現(xiàn)破斷現(xiàn)象，造成輸送帶斷帶。

（3）撕帶事故：對于掘進巷道帶式輸送機主要采用機械對接法，當(dāng)帶式輸送機出現(xiàn)跑偏后在接口處產(chǎn)生徑向拉伸力，很容易造成輸送帶出現(xiàn)撕帶事故。

（4）輸送機負(fù)荷加大：帶式輸送機出現(xiàn)跑偏后輸送帶與滾筒、托輥之間摩擦力加大，在物料運輸時輸送機電機負(fù)荷加大，很容易出現(xiàn)電機燒毀事故[5]。

3 傳統(tǒng)糾偏裝置及存在的問題

傳統(tǒng)糾偏裝置主要存在的問題。

1）自動化水平低：傳統(tǒng)糾偏托輥結(jié)構(gòu)簡單、自動化水平低，安裝后需人工調(diào)整實現(xiàn)對輸送帶進行糾偏，勞動作業(yè)強度大。

2）故障率高、安裝數(shù)量多：傳統(tǒng)糾偏托輥每隔50 m 安裝一組，603 回風(fēng)順槽內(nèi)帶式輸送機共計需安裝35 組，安裝數(shù)量多、成本費用高；而且立式糾偏托輥安裝后長期在跑偏輸送帶磨損下，托輥架變形及托輥表層橡膠磨損嚴(yán)重，立式托輥磨損后無法修復(fù)二次利用。

3）糾偏效果差：傳統(tǒng)糾偏托輥安裝在皮帶架上，安裝高度在0.3～0.5 m 范圍內(nèi)，當(dāng)帶式輸送機出現(xiàn)跑偏且與糾偏托輥完全接觸后方可起到糾偏效果，但是對于輸送帶小范圍跑偏無法起到糾偏效果，同時傳統(tǒng)糾偏托輥只能控制輸送帶跑偏范圍擴大，無法對輸送帶產(chǎn)生復(fù)位力，糾偏效果差。

4 液控糾偏裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理

4.1 裝置結(jié)構(gòu)及功能

（1）優(yōu)化后的液控糾偏裝置主要由工業(yè)電視、PLC 控制器、糾偏托輥、方形底座、支架、控制閥組、補油儲存裝置、輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置、液壓開關(guān)、聯(lián)接管路、聲光報警器、雙出軸油缸等部分組成，如圖2 所示。

圖2 帶式輸送機液控糾偏裝置結(jié)構(gòu)

（2）工業(yè)電視安裝在盤區(qū)或地面控制內(nèi)，通過信號電纜與PLC 控制器連接，主要用于對井下帶式輸送機現(xiàn)場運行情況進行可視化監(jiān)控；PLC 控制主要用于裝置信號接收、分析處理以及指令發(fā)送，具有報警、停機、反饋帶式輸送機跑偏量、復(fù)位等功能，與液控開關(guān)連接。

（3）液控糾偏裝利用雙組卡纜將方形底座固定在方形座架上，方形座架采用工字鋼焊制而成，安裝一組下托輥管體，座架兩端各焊制一個底座固定孔，通過卡纜進行固定，結(jié)構(gòu)如圖3 所示；603回風(fēng)順內(nèi)帶式輸送機總共安裝8 套液控糾偏裝置，在距機頭50 m 處安裝一套，距機尾30 m 安裝一套，輸送機中部每隔200 m 安裝一套。

圖3 帶式輸送機液控糾偏裝置安裝

（4）輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置主要由輸送帶跑偏檢測盤、驅(qū)動油泵、機械緩沖機構(gòu)組成，輸送帶跑偏檢測盤一端卡在驅(qū)動油泵軸頭上，驅(qū)動油泵安裝在機械緩沖機構(gòu)上。

（5）液控開關(guān)安裝在驅(qū)動油泵與聯(lián)接管路的連接處，輸送帶跑偏后接觸輸送帶跑偏檢測盤，帶動驅(qū)動油泵轉(zhuǎn)動，輸出壓力油后迫使液控開關(guān)開啟。液控開關(guān)與聲光報警器通過電源線串聯(lián)，液控開關(guān)開啟后，給聲光報警器接通電源，聲光報警器開始工作。

（6）雙出軸油缸由缸筒、活塞桿、密封件等部分組成，活塞桿與油缸內(nèi)部腔體連接，油缸內(nèi)部分為A、B 腔體，當(dāng)液壓油進入A 腔時，活塞桿向一側(cè)推進；當(dāng)液壓油進入B 腔時，活塞桿向相反方向推進。

4.2 糾偏裝置工作原理

（1）當(dāng)帶式輸送機輸送帶向H 架一側(cè)發(fā)生跑偏時，輸送帶邊緣與輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置接觸，輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置隨之轉(zhuǎn)動，從而啟動液控開關(guān)并打開聲光報警器，警示現(xiàn)場出現(xiàn)帶式輸送機跑偏現(xiàn)象。

（2）輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置啟動后，從補油儲存裝置吸入液壓油，進入高壓雙出軸油缸A 油腔內(nèi)并推動活塞向右運動，從而帶動糾偏托輥沿輸送帶橫向向跑偏相反方向運動，糾偏托輥在運動過程中對輸送帶產(chǎn)生橫向復(fù)位力，實現(xiàn)糾偏動作。

（3）液控開關(guān)打開后向控制室主控系統(tǒng)發(fā)送跑偏信號，工業(yè)電視通過專業(yè)組態(tài)軟件以模擬三維動畫直觀顯示帶式輸送機跑偏畫面，顯示畫面主要包括跑偏位置、跑偏量、輸送機編號及巷道名稱等。

（4）當(dāng)帶式輸送機糾偏復(fù)位后與輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置分離，停止轉(zhuǎn)動，液控開關(guān)關(guān)閉，并向主控室發(fā)送復(fù)位信號，同時在油缸內(nèi)部控制閥組作用下，將雙出軸油缸鎖定，確保糾偏托輥位于平衡狀態(tài)，不會產(chǎn)生糾偏力。

4.3 裝置優(yōu)缺點

（1）優(yōu)點

①優(yōu)化后的液控糾偏裝置具有報警、停機、復(fù)位提示等功能，而且采用工業(yè)電視可直觀查看帶式輸送機的輸送帶跑偏及復(fù)位情況。

②液控糾偏裝置利用輸送帶跑偏帶動輸送帶跑偏檢測驅(qū)動裝置工作，實現(xiàn)糾偏動作，裝置運行過程中無需人工干預(yù)，勞動作業(yè)強度小；同時裝置主要采用金屬構(gòu)件組成，且體積小，集成式安裝，能適用于高溫、多塵、潮濕等各種惡劣環(huán)境。

③裝置內(nèi)補油儲存裝置可有效防止液壓系統(tǒng)進入空氣，工作可靠性高，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。油缸內(nèi)部控制閥組具有鎖定功能，有效防止輸送帶二次跑偏。

④液控糾偏裝置在安裝時根據(jù)輸送帶跑偏量適當(dāng)對跑偏檢測驅(qū)動裝置安裝位置進行調(diào)整，實用性強，而且裝置中配套安裝了機械緩沖機構(gòu)以減輕輸送帶對設(shè)備本身的磨損。

（2）缺點

通過現(xiàn)場實際應(yīng)用效果來看液控糾偏裝置還存在一些不足，需進一步優(yōu)化改進，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

①帶式輸送機在運輸煤矸時產(chǎn)生的粉塵濃度大，對液壓油缸影響大，需定期對油缸密封進行更換。

②液控糾偏裝置相比傳統(tǒng)的糾偏托輥糾偏效果高、安裝數(shù)量少，但是生產(chǎn)成本費用高，裝置故障后維修費用高。

5 結(jié)語

長春興煤礦于2021 年9 月對603 回風(fēng)順槽內(nèi)DSJ-80 型帶式輸送機糾偏裝置進行優(yōu)化改進，截止12 月通過3 個月實際應(yīng)用效果來看，帶式輸送機安裝液控糾偏裝置后有效控制了輸送帶跑偏現(xiàn)象，603 回風(fēng)順槽在后期回采過程中未發(fā)生一起因輸送帶跑偏造成斷電、電機燒毀等事故，全年預(yù)計可節(jié)約帶式輸送機維修成本達20 余萬元，取得了顯著應(yīng)用成效。