一种带式输送机机械式自动喷雾装置设计*

王慕斗，刘冬海，李军卫，代双成

(北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

目前，在全国各大煤矿原煤运输方式主要采用带式输送机运输，效率高，使用方便，在原煤运输过程中各转载点及顺槽会产生大量的粉尘，造成很大的危险性。具体为：悬浮状态下的煤尘很容易被人体肺部组织吸入，引发职业病；使空气受到污染，作业环境恶劣，不利于安全作业；煤尘具有爆炸性，可造成矿毁人亡。由此产生的粉尘成为矿井安全生产的一个重大隐患，严重影响了人身健康和矿井生产安全[1-3]。

针对这一问题，很多煤矿还是采用原有的巷道定点人工开闭喷雾这一降尘方式，但是该降尘方式主要用于离岗位人员较近的转载点，而对于3 000 m以上的原煤运输巷不能及时开闭喷雾，要长时间开启，用水量大，易造成皮带打滑、巷道积水、影响煤质、增加职工的劳动强度[4-8]。也有部分煤矿采用电子控制喷雾方式，但是增加了电缆敷设、电气检修、防爆性能检查等工作，而且其性能、可靠性会受到井下潮湿环境的影响[9-12]。

基于以上问题，开发了一种煤矿带式输送机机械式自动喷雾装置，该装置应用气压控制原理，纯机械结构，无需电源，旨在有效实现皮带转动与巷道喷雾的同步进行。

1 结构原理及方案设计

1.1 结构原理

装置构成：本装置主要包括驱动部分、传动部分、气压控制系统、执行机构、固定架及附属管件。整体连接如图1所示。

1-托辊；2-传动轴固定架；3-第1滚轮机械气阀开关；4-凸轮转动机构；5-第2滚轮机械气阀开关；6-气动阀门；7-第1气管；8-第2气管；8-1-泄压孔；9-进水管；10-出水管；11-传动轴；12-进气管接口图1 整体连接示意图

工作原理：该控制器应用气压控制原理，装置中的托辊与带式输送机的底皮带接触，因其有轻微的摩檫力带动托辊运转，由于托辊与凸轮机构同轴，因此凸轮机构触动2个滚轮机械气阀开关交替开闭，利用系统备牙将气动阀门打开，开始喷雾。皮带停止运转时，气动阀门气压通过泄压孔泄压，气动阀门关闭，停止喷雾，实现皮带运转与喷雾的同步控制。

1.2 方案设计

设计原则：无需电源，无防爆要求；全部采用机械结构，气压原理，自动控制，安全可靠；安装、使用、维护方便。对复杂条件需适应性强，推广性强。

驱动与传动装置的设计：驱动装置采用DN100-DN150托辊(根据带速选择托辊型号)，与皮带轻微接触，靠皮带与托辊的摩檫力带动托辊转动；传动轴由连接杆和连接轴2部分组成，连接杆与托辊侧壁焊接，连接轴与凸轮转动机构的滚轮侧壁焊接，连接杆和连接轴之间通过螺栓连接，连接轴与传动轴固定架之间通过轴承组连接，保证装置的稳定性和同心度。驱动部分连接如图2所示。

1-托辊；2-传动轴固定架；2-1-轴承；3-第1滚轮机械气阀开关；4-凸轮转动机构；5-第2滚轮机械气阀开关；11-1-连接杆；11-2-连接轴图2 驱动、传动部分连接示意图

装置与带式输送机安装设计：为保证装置工作的稳定性，本装置的传动轴固定架采用10 mm钢板制作，四角采用直径12 mm的螺栓与皮带架的立腿固定。设计时，考虑到皮带跑偏等因素的影响，传动固定架尺寸及安装位置不应超出皮带架的立腿里侧15 mm。装置与带式输送机安装结构示意图，如图3所示。

1-托辊；2-传动轴固定架；3-第1滚轮机械气阀开关；4-凸轮转动机构；5-第2滚轮机械气阀开关；6-气动阀门；11-传动轴图3 装置与带式输送机安装结构示意图

气压原理：气压装置示意图如图4所示。①当带式输送机皮带运转时，带动托辊1转动，托辊1同时带动凸轮转动机构4转动；当凸轮转动机构4的凸点运转到第1滚轮机械气动阀3时，第1滚轮机械气动阀3打开，矿井下风压总管与第1气管7导通，第1气管7备压；当凸轮转动机构4的凸点转动到第2滚轮机械气动阀5时，第1气管7与第2气管8导通，第2气管8气压把气动球阀6打开，喷雾管路导通，实现自动喷雾；②当带式输送机皮带停止运转，且凸轮转动机构4的凸点停在中间，第1滚轮机械气动阀3与第2滚轮机械气动阀5均关闭时，第2气管8的余压通过气管的泄压孔8-1泄压，气动球阀6关闭，停止喷雾；③当带式输送机皮带停止运转，且凸轮转动机构4的凸点停在第1滚轮机械气动阀3时，第2滚轮机械气动阀5关闭，第2气管8的余压通过泄压孔8-1泄压，气动球阀6关闭，停止喷雾；④当带式输送机皮带停止运转，且凸轮转动机构4的凸点停在第2滚轮机械气动阀5时，第1滚轮机械气动阀3关闭，第1气管7与第2气管8的余压通过泄压孔8-1泄压，气动球阀6关闭，停止喷雾。

3-第1滚轮机械气阀开关；4-凸轮转动机构；5-第2滚轮机械气阀开关；6-气动阀门；7-第1气管；8-第2气管；8-1-泄压孔；9-进水管；10-出水管；12-进气管接口图4 气压装置示意图

装置气动部分连接设计：第1滚轮机械气阀开关连接在第1气管的进气端，第2滚轮机械气阀开关连接第1气管的出气端与第2气管的进气端，第1滚轮机械气阀开关通过进气口接口与矿井下风压总管连接，第2气管上设置泄压孔，第2气管的出气端连接至气动球阀，气动球阀连接进水管的出口与出水管的进口。凸轮转动机构设置在第1滚轮机械气阀开关和第2滚轮机械气阀开关之间，凸轮转动机构为一个表面带有凸点的滚轮，滚轮的侧壁与托辊的侧壁通过传动轴固定连接。带式输送机皮带传动带动托辊和凸轮转动机构的滚轮同步转动，滚轮上的凸点在转动过程中交替碰触开启第1滚轮机械气阀开关及第2滚轮机械气阀开关接通矿井下风压总管、第1气管及第2气管，气动球阀被开启，接通进水管和出水管，喷出水雾，第1气管与第1滚轮机械气阀开关之间、第2气管与第2滚轮机械气阀开关之间、进水管和出水管与气动球阀之间均采用转换接头连接第1气管、第2气管、进水管和出水管均为胶管。装置气动部分连接示意如图5所示。

2-传动轴固定架；3-第1滚轮机械气阀开关；4-凸轮转动机构；5-第2滚轮机械气阀开关；6-气动阀门；7-第1气管；8-第2气管；8-1-泄压孔；9-进水管；10-出水管；11-传动轴；12-进气管接口图5 装置气动部分连接示意图

2 使用效果及效益分析

2.1 使用效果

通过对本装置的多次试验与改进，该装置于2018年9月至2019年5月在纳林庙煤矿二号井西翼主运一部皮带距皮带机头150 m处安装使用，西翼一部胶带输送机正常运转时带速为4.2 m/s，安装地点降尘管路水压为1.6 MPa，压风管路气压为0.65 MPa。安装前期(1个月内)岗位工每班巡检作业地点3次，统计皮带运转时喷雾动作率为100%，且喷雾效果良好，达到降尘需求。后期每2 d抽查一次带式输送机机械式自动喷雾装置作业状态，均未出现误动作和漏动作。因此，此带式输送机机械式自动喷雾装置能可靠地控制喷雾的开停，动作可靠，运行平稳。

2.2 效益分析

安全效益：使用该机械式自动喷雾装置控制喷雾后，有效抑制了皮带运转时的粉尘，大大降低了原煤运输巷的粉尘飞扬，提高了巷道文明生产，保证了职工的作业环境、身心健康和矿井安全。

经济效益：本装置设计为喷雾与皮带同步控制，取代了原有的巷道定点人工控制方式，减少了人为开停喷雾的次数，降低了职工劳动强度。本控制装置无需人为操作，降低了皮带停止阀门未关而造成巷道大量积水的风险，减少水资源浪费。

3 结论

(1)研发出了一种煤矿带式输送机机械式自动喷雾装置，利用皮带转动控制气动阀开启，实现了皮带运转与主运巷道喷雾同步进行。该自动喷雾装置无需电源控制，完全可以取代原有的巷道定点人工开闭喷雾和电子控制自动喷雾，应用前景广阔。

(2)通过在纳林庙煤矿二号井现场运用，该装置能可靠地控制喷雾的开停，动作可靠，运行平稳。