礦用刮板輸送機(jī)斷鏈故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

王麗軍

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，山西大同 037101）

刮板輸送機(jī)是綜采工作面重要運(yùn)輸設(shè)備，主要擔(dān)負(fù)著工作面煤矸運(yùn)輸，刮板輸送機(jī)具有裝配靈活、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸效率高、運(yùn)輸安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤礦采掘工作面中；刮板輸送機(jī)主要通過電機(jī)帶動(dòng)機(jī)頭鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪上活動(dòng)連接環(huán)形刮板鏈，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中帶動(dòng)刮板鏈及刮板循環(huán)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)煤矸運(yùn)輸；但是由于受工作面煤矸、異物卡堵以及刮板鏈張緊度等影響，刮板輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷鏈故障，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采；本文以長(zhǎng)春興煤礦602 智能化工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面SGZ1000/1400 型刮板輸送機(jī)斷鏈原因進(jìn)行分析，并安裝了一套斷鏈故障檢測(cè)裝置，從而避免刮板輸送機(jī)斷鏈故障。

1 概述

長(zhǎng)春興煤礦602工作面位于井田南盤區(qū)，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為2066m，傾向長(zhǎng)度為240m，工作面回采煤層為22#層，平均厚度為9.5m，平均傾角為2°，煤層直接頂主要為粗砂巖、中粒砂巖，平均厚度為8.5m，老頂主要以細(xì)、中、粗粒砂巖，平均厚度為22.8m。

602工作面采用MG500/1180-WD型雙滾筒電牽引采煤機(jī)落煤和SGZ1200/1400 型刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤,ZF13000/25/38 型液壓支架維護(hù)工作面頂板，刮板運(yùn)輸機(jī)輸送能力2500t/h，總裝機(jī)功率2×700kW 變頻電機(jī)，電壓等級(jí)3300V。工作面運(yùn)輸機(jī)配備通訊設(shè)備并安裝有控制裝置以及變頻裝置，可實(shí)現(xiàn)“雙閉鎖”，具體技術(shù)參數(shù)為：輸送能力2500h/t；裝機(jī)功率2×700kW；鏈速1.33m/s；額定電壓3300V；中部槽規(guī)格：1750mm×1000mm×362mm；中板厚度40mm；刮板鏈型式：中雙鏈；刮板鏈中心距260mm。

2 刮板輸送機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及故障分析

2.1 刮板輸送機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

截止2021年7月19日602工作面已回采740m，工作面在前期回采過程中經(jīng)常出現(xiàn)刮板鏈斷鏈、掉鏈故障，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在2021年4~7月共計(jì)發(fā)生12起掉鏈故障，9 起斷鏈故障，影響工作面回采時(shí)間為67.8h，設(shè)備維修費(fèi)用為13.7萬(wàn)元。

2.2 斷鏈故障原因分析

（1）刮板鏈腐蝕嚴(yán)重：工作面回采過程中架間、采煤機(jī)截割部采用外部噴霧灑水降塵，降塵后的污水摻雜設(shè)備油脂，導(dǎo)致其酸性離子含量增高，具有一定腐蝕性，刮板鏈長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境中，鏈條生銹速度加快，造成刮板鏈腐蝕斷鏈現(xiàn)象。

（2）運(yùn)輸過載：刮板輸送機(jī)在運(yùn)輸煤矸時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)載現(xiàn)象，在瞬間啟動(dòng)過程中對(duì)刮板鏈產(chǎn)生沖擊載荷，從對(duì)刮板鏈鏈環(huán)焊接處及彎曲處產(chǎn)生沖擊破壞作用，造成刮板鏈脆性斷裂。

（3）應(yīng)力疲勞現(xiàn)象：由于刮板鏈張緊度調(diào)整不合理，刮板鏈張緊度過大在運(yùn)輸過程中鏈條長(zhǎng)期處于拉應(yīng)力狀態(tài)，造成鏈環(huán)出現(xiàn)應(yīng)力疲勞變形現(xiàn)象，很容易出現(xiàn)斷鏈。

2.3 掉鏈故障原因分析

（1）鏈輪磨損嚴(yán)重：刮板輸送機(jī)機(jī)頭鏈輪安裝齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中能夠與刮板鏈咬合，同時(shí)刮板鏈對(duì)齒輪產(chǎn)生一定磨損作用，刮板輸送機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)輸過程中未及時(shí)對(duì)磨損齒輪進(jìn)行更換，造成刮板鏈掉鏈現(xiàn)象。

（2）雙鏈張緊度不一致：由于刮板鏈安裝不當(dāng)或受力不均，導(dǎo)致兩條刮板鏈張緊度不一致，從而使一側(cè)鏈條長(zhǎng)期處于張應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致刮板鏈拉伸變長(zhǎng)出現(xiàn)掉鏈現(xiàn)象。

2.4 刮板輸送機(jī)故障檢測(cè)方法

（1）振動(dòng)檢測(cè)法：刮板輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中受振動(dòng)影響出現(xiàn)斷鏈時(shí)，刮板鏈振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生變化，所以可在刮板鏈指定位置安裝振動(dòng)檢測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)、接收、分析振動(dòng)信號(hào)，從而判斷刮板鏈運(yùn)行狀態(tài)；振動(dòng)檢測(cè)法在其它領(lǐng)域如橋梁、化工、重工等被廣泛應(yīng)用，具有檢測(cè)方法成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)振動(dòng)信號(hào)受大型設(shè)備電磁干擾嚴(yán)重，存在局部監(jiān)測(cè)信號(hào)失真現(xiàn)象。

（2）電機(jī)電流監(jiān)測(cè)法：刮板輸送機(jī)在負(fù)載運(yùn)行或大塊卡塞時(shí)頭尾電機(jī)輸出電流產(chǎn)生峰值，所以可通過檢測(cè)電機(jī)電流變化，判斷刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)故障前及時(shí)切斷電源。

（3）接近開關(guān)檢測(cè)法：在刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾以及中部槽安裝接近開關(guān)，主要對(duì)刮板兩端位置變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確定刮板鏈斷鏈情況。

3 刮板輸送機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)斷鏈故障，降低斷鏈故障率，長(zhǎng)春興煤礦對(duì)602 工作面SGZ1200/1400 型刮板運(yùn)輸機(jī)安裝一套故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

刮板輸送機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由接近開關(guān)、電流互感器、PLC 控制器、工業(yè)環(huán)網(wǎng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）根據(jù)602工作面刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度共計(jì)安裝5組接近開關(guān)，主要安裝在機(jī)頭、機(jī)尾、中部槽易發(fā)生斷鏈位置；電流互感器主要安裝在機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)上，刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中同一組接近開關(guān)檢測(cè)的間隔信號(hào)以及電流互感器檢測(cè)的電機(jī)電流信號(hào)及時(shí)上傳至PLC控制器內(nèi)。

（2）PLC控制通過光纜分別與電流互感器、接近開關(guān)連接，主要接收刮板過接近開關(guān)間隔信號(hào)以及電機(jī)電流變化信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理分析，利用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳至地面監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。

（3）地面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機(jī)、監(jiān)視器、監(jiān)控室等部分組成，上位機(jī)安裝專用組態(tài)軟件，將井下監(jiān)測(cè)信號(hào)以動(dòng)態(tài)畫面顯示在監(jiān)視器上，監(jiān)視器可對(duì)刮板輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)故障原理

3.2.1 接近開關(guān)檢測(cè)原理

接近開關(guān)主要安裝在刮板兩側(cè)，當(dāng)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)斷鏈時(shí)主要監(jiān)測(cè)刮板傾斜值和兩端接近開關(guān)檢測(cè)時(shí)間差；然后根據(jù)刮板傾斜值大小以及時(shí)間差判斷刮板是否出現(xiàn)斷裂；如當(dāng)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)斷鏈時(shí)接近開關(guān)檢測(cè)刮板傾斜值為ΔL，檢測(cè)時(shí)間差為Δt，刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度為v，ΔL=Δtv，設(shè)定斷鏈時(shí)傾斜臨界值為ΔLmin，通過對(duì)比分析，當(dāng)ΔL≥ΔLmin時(shí)判定為斷鏈故障。

3.2.2 電機(jī)電流檢測(cè)原理

刮板輸送機(jī)正常運(yùn)輸時(shí)頭尾電機(jī)電流差值小且控制允許范圍內(nèi)，設(shè)定頭部電機(jī)電流分別為I1、I2，機(jī)尾電流為I3；當(dāng)出現(xiàn)斷鏈故障時(shí)刮板鏈在機(jī)頭處卡塞，造成機(jī)頭電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷加大，電機(jī)電流增加，頭部電機(jī)電流平均值I平=(I1+I2)/2，I平-I3為頭尾電機(jī)電流差ΔI，ΔImin為斷鏈故障時(shí)頭尾電機(jī)電流極限差值，若ΔI≥ΔImin時(shí)判定為斷鏈故障。

3.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單：整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本費(fèi)用為1.2 萬(wàn)元，系統(tǒng)故障率低，便于操作維護(hù)，安裝拆卸簡(jiǎn)單。

（2）檢測(cè)精度高：該系統(tǒng)主要通過檢測(cè)刮板兩端位移差以及頭尾電機(jī)電流差，從而分析刮板鏈?zhǔn)欠癯霈F(xiàn)斷鏈故障，系統(tǒng)檢測(cè)精度高，誤差率低。

（3）自動(dòng)化水平高：系統(tǒng)檢測(cè)到刮板輸送機(jī)斷鏈故障后通過聯(lián)鎖控制作用及時(shí)切斷電機(jī)電源，同時(shí)通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，自動(dòng)化水平高，全程無(wú)人值守，降低了刮板鏈人工檢測(cè)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

3.4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2021年7月25日對(duì)602工作面SGZ1200/1400型刮板輸送機(jī)安裝了一套斷鏈檢測(cè)裝置，通過3個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置投入使用后共計(jì)檢測(cè)刮板鏈斷鏈故障16起，降低了斷鏈?zhǔn)鹿蕯U(kuò)大范圍，設(shè)備事故率由原來的17.2%降低至4.7%,設(shè)備維修費(fèi)用減少了12.8 萬(wàn)元，斷鏈停機(jī)時(shí)間縮短了40%。

4 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)春興煤礦對(duì)602 工作面刮板輸送機(jī)出現(xiàn)斷裂故障原因進(jìn)行分析，安裝一套斷鏈檢測(cè)裝置，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置投入使用后成功解決了刮板輸送機(jī)斷鏈故障檢測(cè)難度大、人工巡檢精度低、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大等技術(shù)難題，提高了刮板輸送機(jī)斷鏈故障檢測(cè)自動(dòng)化水平，降低了斷鏈故障事故范圍擴(kuò)大，保障了刮板輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，取得了顯著應(yīng)用成效。