煤礦帶式輸送機皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)的應(yīng)用

邢翹瑞

（大同煤礦集團雁崖煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037031）

1 雁崖煤業(yè)公司5307 巷概述

大同煤礦集團雁崖煤業(yè)公司5307 巷位于三盤區(qū)西翼，巷道設(shè)計長度為1200 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格（寬×高）為4.5 m×3.5 m，巷道為矩形斷面，巷道掘進煤層為山西組4 號煤層，煤層平均厚度為3.5 m，巷道采用綜合機械化掘進施工工藝，且沿4 號煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M，截至目前巷道已掘進240 m。

巷道掘進期間采用EBZ260 型掘進機進行掘進，掘進機后補安裝一部SSJ-800 型帶式輸送機進行煤矸運輸，輸送機設(shè)計長度為400 m，電機功率為40 kW，輸送帶寬度為0.8 m，隨著掘進延伸，輸送機通過張緊伸縮實現(xiàn)移尾。

5307 巷在掘進期間受地質(zhì)構(gòu)造、掘進工藝以及煤層賦存影響，掘進煤層內(nèi)矸石量大，導(dǎo)致煤層內(nèi)矸石對輸送帶磨損嚴重，經(jīng)常出現(xiàn)輸送機跑偏、撕帶等事故，根據(jù)礦機電科統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，5307 巷在前期掘進中共計發(fā)生4 次撕帶事故，撕帶長度達75 m，造成設(shè)備維修費用達9.2 萬元。

2 帶式輸送機縱向撕帶事故原因分析

1）抽芯撕裂。膠帶由于自身構(gòu)造原因，撕裂事故常常發(fā)生在膠帶內(nèi)部。皮帶在高速運轉(zhuǎn)時，當沖擊力突然變化后膠帶內(nèi)部的鋼絲繩會發(fā)生斷裂，皮帶在這種狀態(tài)下繼續(xù)運轉(zhuǎn)，斷裂的鋼絲繩便會逐漸露出覆蓋膠，一旦皮帶外露的鋼絲繩較長就會卷入運轉(zhuǎn)的滾筒和托輥，鋼絲繩在滾筒和托輥的拖拽下從皮帶脫離，最終導(dǎo)致整個皮帶撕裂[1]。技術(shù)人員通過分析發(fā)現(xiàn)，檢修人員在檢修時如能將外露長度小于20 mm 的鋼絲繩頭進行剪切，這樣能夠避免皮帶縱向撕裂事故的發(fā)生。

2）跑偏撕裂。跑偏撕裂能夠發(fā)生在皮帶運轉(zhuǎn)的任何部位。一旦皮帶在運轉(zhuǎn)時發(fā)生跑偏，皮帶下方的托輥端蓋及機架邊口都會對皮帶產(chǎn)生切割，造成皮帶撕裂。由于皮帶跑偏是一個緩慢而容易被發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，因此操作人員如果在輸送機運轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)皮帶跑偏時能夠立刻對皮帶進行矯正，就能夠避免皮帶跑偏撕裂。

3）異物卡壓撕裂。皮帶在搭接處如安裝不合理會造成物料掉入皮帶下方，一旦物料中有堅硬的矸石就會對皮帶造成磨損，如工作人員不能及時發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致整個皮帶撕裂。

3 帶式輸送機皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計原理

通過對皮帶撕裂事故原因的分析發(fā)現(xiàn)，工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)對皮帶發(fā)生撕裂起到?jīng)Q定性作用，如操作人員能夠在皮帶發(fā)生異常的第一時間及時停機并進行處理，能夠有效避免撕裂事故的發(fā)生[2]。然而由于皮帶長度通常幾千米再加上人員安排不當，避免皮帶撕裂事故發(fā)生的難度較大。根據(jù)目前采取的防縱向撕裂措施來看，現(xiàn)有的措施只能在事故發(fā)生后的第一時間進行處理，防止事故擴大化，而不是直接避免事故的源頭。為了排除人為干擾因素，能夠在事故發(fā)生的源頭進行制止，設(shè)計了一套以激光視覺傳感檢測裝置為核心的皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)采用激光裝置代替肉眼及照相機來作為視覺傳導(dǎo)信號。該裝置主要由以下部件組成：位置及信號傳感器、金屬感應(yīng)器、異物清理器、急停裝置、PLC 控制柜、數(shù)據(jù)采集器，見下頁圖1。

1）施工人員將該裝置安裝在皮帶的上下兩側(cè)及機頭皮帶架的兩側(cè)，數(shù)據(jù)采集到的信號及圖像通過光纖傳遞到地面運算部分。

圖1 帶式輸送機皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)工作原理框架圖

2）金屬感應(yīng)器能夠在發(fā)現(xiàn)皮帶上有金屬物時及時報警，通常安裝在皮帶的頭部、尾部、中部三個位置，數(shù)據(jù)采集的信號通過光纖傳遞到傳感器上。

3）急停裝置與高壓噴頭傳感器、金屬感應(yīng)器、電機相連，由PLC 控制柜直接操控。異物清理區(qū)是由高壓噴頭、水泵及傳感器組成[3]。

3.3 系統(tǒng)工作原理

1）皮帶在正常運轉(zhuǎn)時，金屬感應(yīng)器會對皮帶的頭部、中部、尾部位置的金屬物進行探測，發(fā)現(xiàn)皮帶上由金屬異物時及時將信號傳遞給傳感器。

2）傳感器在接收到存在異物信號后，將信號傳遞到PLC 控制柜，同時將信號傳遞到皮帶的上下兩側(cè)的激光裝置及異物清理裝置，異物清理裝置開始對皮帶上的金屬異物進行清理，尾部的激光裝置再次對皮帶進行掃描[4]。

3）激光裝置將采集到的信號進行處理，再將這些信號傳遞到電腦端，電腦端對數(shù)據(jù)進行處理后生成圖像，方便工作人員對異物大小、形狀判斷。

4）判斷后的圖像及數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r顯示在調(diào)度大廳顯示大屏上，一旦發(fā)現(xiàn)異物PLC 將會觸發(fā)急停裝置，并通知操作人員進行處理。

5）當金屬探測器未發(fā)現(xiàn)皮帶上有異物時，此時皮帶上下兩側(cè)的激光裝置不會投入運行。然而安裝在機頭位置的檢測儀始終處于投入運行狀態(tài)，這是由于該檢測儀只確保皮帶不發(fā)生跑偏。在皮帶運行時該檢測儀會在距皮帶兩側(cè)5 cm 處射出兩根紅外線，在對應(yīng)的位置安裝兩臺接收儀，一旦接收儀接收不到發(fā)射的激光信號后，PLC 便會觸發(fā)急停裝置，并通知操作人員進行處理。

3.4 系統(tǒng)優(yōu)點

1）該裝置的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、體積較小，能夠在皮帶巷狹窄的巷道中安裝，受作業(yè)環(huán)境影響小[5]。

2）由于井下工作環(huán)境惡劣，采用帶式輸送機皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)后，解決了傳統(tǒng)成像拍攝的圖像清晰度低等技術(shù)難題。

3）該裝置不僅能夠及時避免縱向撕裂事故的發(fā)生，還能在事故發(fā)生后準確地確定皮帶撕裂的具體位置，方便工作人員的搶修。

4 應(yīng)用效果

5307 巷掘進至300 m 處對巷道內(nèi)SSJ-800 型帶式輸送機安裝一套皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)，截止2019 年12 月24 日巷道已掘進到位，帶式輸送機皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)通過實際應(yīng)用取得了顯著成效：

1）自動化水平高。與傳統(tǒng)人工檢修相比，5307巷帶式輸送機安裝的皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)動作靈敏可靠，無需專人對輸送帶撕裂情況進行檢修維護，降低了輸送機檢修勞動作業(yè)的強度，大大提高了輸送機撕帶保護自動化水平。

2）系統(tǒng)成本低。5307 巷帶式輸送機安裝的皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)成本費用為0.76 萬元，成本費用低，而且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過3 個月實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)未出現(xiàn)過故障，有效降低了系統(tǒng)維護成本費用。

3）應(yīng)用效果好。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)投入使用后，共計進行撕帶動作保護7次，在此期間5307 巷帶式輸送機未發(fā)生一起輸送機撕帶事故，全年可為煤礦節(jié)約設(shè)備維修費用達10 萬余元，有效保證了輸送機安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

掘進巷道帶式輸送機穩(wěn)定運行是提高巷道運輸效率的重要保障，為避免輸送機出現(xiàn)撕帶事故必須采取合理有效的預(yù)防技術(shù)措施。雁崖煤業(yè)公司對5307巷帶式輸送機安裝了一套皮帶縱向撕裂保護系統(tǒng)，不僅提高了輸送機故障自檢自動化水平，降低了輸送機檢修維護勞動作業(yè)強度，而且避免了帶式輸送機因撕帶發(fā)生重大煤礦機電事故，保證了輸送機運行安全，該系統(tǒng)具有很好的推廣意義及應(yīng)用價值。