浅析井工煤矿带式输送机系统改进方法

刘治刚

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿，宁夏 银川 751400）

1 实施背景

井工煤矿带式输送机系统不可避免有大块煤（矸）、铁器和黏渣进入，容易造成输送带受冲击力破坏，设备运行受阻，系统功能得不到充分利用。主要表现为：卡堵、蓬仓、堆煤、撕带、跑偏等故障。据统计，井工煤矿使用最多的设备是带式输送机，且系统机械故障极为频繁，千万吨矿井每年影响生产时间可达100h以上。因此，减少机械故障，提高带式输送机系统的可靠性，成为亟待解决的问题。

2 改进前存在的主要问题

（1）大块煤（矸）破碎效果不佳。在过去很长一段时间，煤矿都以提高块煤率作为提高经济效益的主要抓手，而忽视大块煤（矸）的破碎问题。随着各地锅炉由燃煤改燃气工作的推进，煤炭市场对块煤需求量大幅减少，块煤价格下滑。从环保工作的角度看，块煤已不会再给煤矿带来大幅经济效益，而大块煤（矸）对带式输送机系统平稳运行的不利因素愈发凸显。煤矿井下原煤运输系统设计中，仅在运输顺槽转载机处设计有轮锤式破碎机。该型式破碎机对条形片状煤（矸）破碎效果不理想，使大块容易从源头上进入带式输送机系统，造成系统故障频繁发生。

（2）除铁效果不佳。原系统中多采用带式电磁除铁器除铁，受除铁器安装方式、磁化强度容易弱化、永磁除铁器不利于作业安全等因素影响，铁器容易进入带式输送机系统，造成系统故障频繁发生。

（3）黏渣进入煤仓造成蓬仓。煤矿岩巷掘进、开采夹矸层等过程中，岩石经破碎后遇水极易形成黏渣，当煤仓只有黏渣落入，而原煤掺混较少时，容易造成煤仓因蓬仓而满仓，致使带式输送机系统被迫停机。处理黏渣蓬仓故障时作业人员安全无法得到可靠保障，且处理过程费时费力。

3 改进措施

（1）在井下煤仓上口安装破碎机。双齿辊破碎机的破碎齿为双螺旋结构，两辊相对旋转，中间如同筛孔。可将小物料直接筛去，对大块进行破碎，避免粗细掺杂破碎的缺陷。具有筛分、破碎双重功能，对条形片状煤（矸），同样具有较好的破碎能力。但这种破碎机对安装条件要求高，井下一般巷道无法安装使用。井下煤仓上口恰好具备该型式破碎机安装条件，可起到良好的破碎效果。安装如图1。

图1 煤仓上口双齿辊破碎机

（2）合理选择除铁器安装方式。电磁除铁器一般有2种安装方式，一种是横向安装在带式输送机机身，另一种是纵向倾斜安装在带式输送机机头抛煤点。前者当铁器被埋在原煤下方，在原煤及铁器重力作用下，除铁器磁力有限无法吸除，而安装更大功率除铁器又不利于作业人员安全。后者由于铁与煤密度不同，在抛煤点所形成的抛物线也不同，在此处恰好处于铁器与原煤分离的最佳地点。在抛煤点除铁，可取得良好的除铁效果。但后者要求巷道高度必须满足安装条件，在条件适宜的抛煤点可挑高巷道高度，按纵向倾斜方式安装除铁器，能起到事半功倍的效果。两种安装方式如图2、图3。

图2 改进前除铁器安装方式

图3 改进后除铁器安装方式

（3）实现除铁器与金属探测联动。铁器进入煤流线时间，主要集中在采煤机截割工作面上、下口期间，除铁器平时处于空转状态。电磁除铁器长时间运行，容易造成磁化强度减弱，除铁能力降低。磁感应金属探测装置可智能区分铁器、带扣、钢丝绳芯接头等，可智能控制除铁器自动启停。也就是说，仅有带扣或钢丝绳芯接头通过时，除铁器不会开启；当有铁器通过时，金属探测装置控制除铁器开启，进行除铁。若铁器过后，后续再无铁器，会自动停止。当检测到大件铁器，超出除铁器吸附能力时，可强行停止胶带机运转，保障系统安全。金属探测装置原理。

（4）设计永磁除铁器液压行走装置。永磁除铁器具有良好的除铁效果，但不利于人员近距离检修和除铁作业。在永磁除铁器和带式输送机运行过程中，若除铁器出现故障或者除铁器吸入大块铁器并卡堵时，既会影响带式输送机的安全运行，也不利于人员现场处理故障时的作业安全。因此，永磁除铁器日常检修、故障处理、从除铁器上去除大件铁器、人工回收废铁等作业过程中，存在安全隐患多、劳动强度大、工作效率低等问题。在永磁除铁器下边框架上安装行走轮，在除铁地点安装行走轨道、液压取铁装置、底抽闸板箱等。采用液压泵站、液压油缸作为动力源和执行机构，实现除铁器安装位置的可调节性及取铁、装车等环节的机械化。实现人员远距离操作，确保了运行、检修、故障处理、废铁回收、装车运输等作业的安全，提高了工作效率。永磁除铁器液压行走装置如图4。

图4 永磁除铁器液压行走装置

（5）在搭接点安装给煤机。带式输送机系统转载点物料的冲击力容易使输送带受到划扯、打砸，造成输送带故障。此现象在大角度搭接点更为频繁。其原因是物料要由原来的运动方向改变角度，转变为与原运动方向夹角较大的另一种运动方向。物料运动方向的改变，必然有外力的作用，这个外力就是被搭接输送带在运转中对物料产生的摩擦力。按照作用力与反作用力原理，输送带要有足够大的力改变物料运动方向，必然要承受物料所带来反作用力的冲击。在巷道高度适宜的大角度直接搭接点，增加卸载仓容积，并安装给煤机。通过给煤机甲带缓冲煤流冲击力，避免输送带直接受煤流冲击力破坏，减少修补和更换输送带频次。给煤机甲带检修、维护、更换作业，比修补和更换带式输送机输送带作业，要容易很多，不仅能延长输送带使用寿命，而且不会造成系统长时间停机停产。搭接点给煤机安装如图5。

图5 在搭接点安装给煤机

（6）改进卸载仓型式。在巷道高度无法满足给煤机安装的情况下，为避免直接搭接胶带机输送带承受过度冲击力破坏，可采取合理选择转载点落煤位置，并改进卸载仓型式的方法，避免物料冲击力破坏。

按照平抛运动位移公式：

式中，x为物料水平方向位移；v0为带式输送机带速；t为物料自抛出点至落点所需时间；y为物料竖直方向位移；g为重力加速度。

通过计算并绘制抛物线，将落煤点选择在被搭接胶带机侧边上方的缓冲区域，使煤流冲击力经缓冲后，再从落煤板上滑到被搭接胶带机输送带中间位置，可起到预防煤流冲击力破坏输送带的作用。改进前后卸载仓型式如图6、图7。

图6 改进前卸载仓型式

图7 改进后卸载仓型式

（7）设计高压冲仓夹具。实践表明，自煤仓下口用水管注入高压水进行冲仓，是处理蓬仓最安全有效的做法。因受水管内高压水压力影响，水管容易出现蛇形摆动，伤及作业人员。尤其在蓬仓严重时，需接8Mpa以上的清水泵打压，才有足够压力快速彻底地处理蓬仓故障。冲仓管路接入水压越高危险因素越大。因此，冲仓管路不仅要牢固可靠，保障作业人员安全，而且要随用随装，方便快捷，不影响正常生产。针对井下煤仓卸载型式和常用给料机特点，设计由丝杠螺母机构组成的冲仓夹具，既可以实现远距离安全操作，又可以方便、快捷，提高处理蓬仓速度。具体制作方法：在下仓口闸板上方合适位置安装支座，在支座上留出轴孔，安装丝杠，在丝杠上旋入螺母，螺母下方安装导向套，并使导向套与固定在支座上的导向杆配合。在丝杠一头安装绞盘和把手。在螺母顶部安装旋转架，并将冲仓管路固定在旋转架转轴上。管路两头焊接直通接头，以便安装高压胶管。具体操作原理：当手动转动绞盘使丝杠旋转时，螺母沿导向杆做水平位移，可使冲仓管路通过下仓口观察窗进入或退出仓内。当螺母受力时，而丝杠不会旋转，确保冲仓管路在工作时不会因水压作用产生位移，起到固定管路的作用。旋转架可实现管路在水平面的旋转，以便调整冲仓方位，方位调定后，将管路伸入仓内一头固定在观察窗锁扣上，防止管路左右摆动。为防止大块煤（矸）下落时砸坏管路，可使管路冲仓头伸入仓内稍超出仓壁即可，带有柔性的胶管可缓冲大块煤（矸）下落冲击力，不使管路被砸坏，造成冲仓工作中断，防止高压水外泄伤及人员。通过直通接头插接200～300mm的高压胶管伸入仓内。管路另一头同样采用直通接头插接高压胶管，并在安全位置安装截止阀后，与高压水源或泵站连接，实现人员在安全位置关停高压水源。图8为冲仓夹具机构简图。

图8 高压冲仓夹具

（8）安装自动纠偏器。跑偏故障是带式输送机系统最常见的故障之一，不仅可使沿线撒煤，而且可引发撕带、断带、损坏设备等其他更严重的故障现象。输送带跑偏现象直接影响胶带机安全运行，实际运转中，需安装防跑偏保护，或安排专门的巡检工经常巡视，出现跑偏时要立即停机进行调偏处理。直接制约着远程集控化操作的实施，处理输送带跑偏不仅会增加劳动强度，而且会严重制约胶带机运输系统正常运行，造成影响生产时间增加。针对胶带机实际运行中输送带容易发生跑偏的现象，在胶带机机身部位安装液压自动纠偏器，有效预防输送带跑偏现象，使输送带运行更为稳定、可靠，为实现远程集控化操作创造有利条件。自动纠偏器主要由立辊、油泵、油缸、纠偏架等组成。当输送带跑偏时，输送带带动立辊转动，油泵工作，控制油缸往复运动，带动纠偏架旋转，实施自动纠偏。自动纠偏器安装如图9。

图9 自动纠偏器

（9）安装卸载仓满仓保护装置。在实际生产中，容易发生带式输送机机头堆煤现象，容易造成机头堆煤，甚至发生卸载仓满仓、埋机头故障，甚至引发撕带、断带事故。原使用的电极式堆煤保护使用中存在问题：皮带上飞出的煤块会碰触堆煤传感器，导致传感器误动作，影响胶带机正常运转。针对存在的问题，可设计安装卸载仓满仓保护装置，作为电极式堆煤保护的后备保护。安装方法：在卸载仓适当高度位置留出侧孔，在侧孔外安装转轴式门板及行程开关，将行程开关常闭节点串联接入胶带机控制回路即可。动作原理：正常情况下，门板处于关闭状态，不会触及行程开关。当卸载仓内物料堆积达到侧孔高度位置时，物料会自侧孔溢出，触动门板转动，使行程开关动作，设备自动停机。卸载仓满仓保护装置安装如图10。

图10 卸载仓满仓保护装置安装现场

（10）使用带式输送机中部驱动技术。大型井工煤矿顺槽带式输送机运输距离可长达5km以上。当运输距离增加时，输送带最大张力随之增大，需用输送带带强也随之增加。当带强无法满足要求时，传统方案采用多台带式输送机接力运输。存在浪费设备资源，安装后管理、维护成本高等问题。按照摩擦传动条件，使用逐点计算法可知，中部驱动技术可大幅度降低输送带张力，从而降低输送带规格。既满足了生产需要，节约了设备资源和能耗，又免去了合带占用时间长，须工作面较长时间停产才能完成合带作业的弊病。尤其在长距离、大运量可伸缩带式输送机安装设计中，其技术效果更加明显。带式输送机头部加中部驱动技术张力分布如图11。

图11 带式输送机头部加中部驱动技术张力分布

（11）采用无基础底座安装带式输送机。制作坚固无基础底座，采用支柱将底座可靠固定在巷道底板上，带式输送机通过底座螺栓安装在无基础底座上。免去挖基础坑、浇灌混凝土等环节，节省巷道施工费用，安装、拆卸方便，缩短安装工期，且无基础底座及支柱等可重复利用，节省安装成本。图12为带式输送机无基础底座安装图。

图12 带式输送机无基础底座安装图

4 取得的效果

上述改进措施经过在梅花井煤矿的实践应用，使带式输送机系统安全性、可靠性、平稳性大幅提高，为系统无人值守、有人巡视、远程集控化操作，提供了有利条件。

（1）安全效益。极大地降低了机电事故率，避免了处理系统卡堵、蓬仓，修补和更换输送带等作业本身存在的诸多危险因素，安全效益非常明显。

（2）经济效益。

①带式输送机系统机械故障影响生产时间大幅减少。故障影响时间同期对比如图13。

图13 故障影响时间同期对比

全年减少影响生产时间=102.89-35.64=67.25小时/年

按原煤产量960万吨/年、工作制16小时/日计算，矿井系统产能=960万吨/年÷365天÷16小时=0.1644万吨/小时。全年可增加原煤产量=矿井系统产能×每年可减少影响生产时间=0.1644万吨/小时×67.25小时=11.06万吨/年。按原煤价格334.93元/吨计算，可增加经济效益=11.06万吨/年×334.93元/吨=3704万元/年。

②实现了系统远程集控化操作。极大地提高了工作效率，达到了“机械化换人，自动化减人”的目的。在设备总台数同比增加8台的情况下，系统作业人员总数同比减少42人。图14为设备和作业人员数量统计。

图14 设备和作业人员数量统计

梅花井煤矿运输辅助区队人均年收入约为15.14万元/年，直接节约人工工资约为15.14万元/年×42=636万元/年。

③经济效益合计。

3704万元/年+636万元/年=4340万元/年。

5 结语

煤矿企业管理方式较为粗放，通过采取技术手段对各系统实施改进，走“机械化换人，自动化减人，实现集约化生产”之路，可保障作业安全，有效释放产能。社会效益和经济效益挖掘空间巨大。