煤矿强力胶带断带保护装置处理方法的研究-科技论文发表

煤矿强力胶带断带保护装置处理方法的研究
于秀萍1，邓传民2
摘要：目前胶带输送机上均无断带后的保护装置，多年来广大科技工作者进行了不懈的努力，取得了一定的进展，但都只是对断带发出报警信号，并及时切断传动电机电源，而不能将断裂后下滑的胶带抓住，真正起到保护作用。根据这种情况，本项目研究一种能够在检测到断带信息后，及时可靠抓捕下滑的胶带，防止断带事故的进一步扩大，将经济损失降低到最低程度。
关键字：强力胶带断带保护装置处理方法
在煤炭生产中，带式输送机是重要的运输设备,其中一些主运输带式输送机担负着一个或多个采区的运输任务，带式输送机由于其运距长、运量大和连续输送等优点，现已在煤炭生产中普遍采用。但在使用过程中由于各种因素断带事故时有发生。特别是在坡度120以上的巷道安装的强力带式输送机，倾角大、胶带长、负荷大，一旦发生断带事故，后果将不堪设想，轻者胶带将全部滑至下山底部，堆压在一块，堵塞运输巷道；重者胶带在下滑过程中由于速度较快，托辊架及托辊将被胶带卷走，造成设备损坏，甚至造成人员伤亡，给国家和企业造成重大经济损失，职工生命安全造成极大威胁。为了煤矿的安全生产,断带问题必须要引起人们的高度重视,应尽量避免断带事故的发生,并采取一定的保护措施,当发生断带时保护装置能及时、可靠地制动下滑的胶带,避免引发恶性事故。
1 本项目研究的目的意义
目前带式输送机已经成为散体物料的主要运输工具之一,尤其是在煤矿、金属矿大型火电站的散料运输中,带式输送机被广泛采用。然而,带式输送机工作过程中,由于作业环境恶劣,带式输送机跑偏、急增载荷、输送带材质不过关、检修工作不及时等原因,尤其是长运距大运量、大倾角运输使用过程中,断带事故时有发生,造成带式输送机被打坏,运输巷道赌塞等严重后果,造成重大经济损失,也对职工生命安全造成极大威胁，因此该项目有着广泛的应用前景。
2 本项目研究国内外、省内外竞争情况及产业化前景
通过深入市场调研，目前，国内几家生产形式多样的断带抓捕机，为纯机械式的结构，安装在煤矿井下倾斜的带式输送机上，其用途是在带式输送机发生断带后，实施抓捕制动，阻止胶带下滑，起安全保护作用。我们对其结构及其性能作了深刻细致地研究，其制动机构由支撑托辊、凸轮或偏心轮、曲柄和闸块等件组成，胶带断带后反向下滑带动支撑托辊反向旋转时，触发曲柄和闸块旋转至制动位置，通过凸轮或偏心轮将胶带压向闸块的方式制动夹紧下滑的输送带。其优点是结构简单，易于制造，成本低。不足之处是：与输送带的接触面为线面接触，接触面小，其摩擦制动力小。沿线每15～20米布置1台，左右对称安装，由于存在制造、安装等实际问题，安装大量抓捕机是无法保证其同步工作的，那么，一旦输送机断带发生，抓捕机实施抓捕制动时，由于受到胶带巨大冲击力作用，陆续先工作的抓捕机由于摩擦制动力小，在很大程度上难以减缓胶带的下滑趋势，甚至于被胶带巨大的惯性冲击而损坏，后续投入工作的抓捕机由于制动力有限，且胶带的冲击惯性随时间的延续而剧增，抓捕制动失效。从而，导致所有安装的抓捕机失去应有的安全保护作用；纯机械式断带抓捕机安装在胶带两侧边缘，线面接触对胶带易产生剪切而损伤输送带，严重时将其撕裂，如钢丝绳芯输送带两边无绳芯强度差，上面所述的各种断带抓捕机在抓捕制动时，作用力都是施加在胶带两边的；当胶带跑偏时，往往与胶带产生摩擦，损伤胶带。另外，目前使用的纯机械式断带抓捕机，控制简易或无控制，容易造成误制动，如当带式输送机正常停机时，虽安装有逆止器或制动器，但在重力的作用下还会下滑一段距离，便会造成误制动，很容易损坏设备，严重时造成事故；从其本身的结构
特点来看，此类断带抓捕机的工作可靠性难以保证，断带时输送带及物料由于受到重力的作用，下滑的速度越来越快，其惯性的冲击力是巨大的，由于此类装置是安装在带式输送机的机架上，实施抓捕制动时，假如抓捕有效，往往可能扭曲变形，甚者造成输送机机架损坏。因此，推微乎其微广面。
据不完全统计，国内各煤矿使用的井下带式输送机，约有10％的煤矿发生过输送机断带现象。然而，在此众多煤矿厂家中使用断带保护装置不足1％。在进行市场调查的过程中，我们着重对兖矿集团、神华集团和中煤下属100多家主要大型煤矿用户进行逐一拜访，并作了细致的统计，结果表明：反映目前市场生产断带抓捕机起不到安全保护作用而没有使用的煤矿用户占96％；安装后又拆掉占2.8％；本着试试看煤矿用户占1.2％。同时，我们对煤矿用户实际需求也作了统计，不是用户不愿使用，而是迫切需要一种真正可靠的断带保护装置。这类用户占98％以上。有着巨大的市场空间。
经分析市场的需求状况，如果能研制出一种具有自动化程度高，性能稳定可靠的带式输送机用断带保护装置，不仅能够满足巨大的市场需求，有效地避免因输送机断带而导致灾难后果的发生，达到安全保护的目的。为我国煤炭工业的安全生产做出一份应有贡献，同时也能为公司带来巨大经济效益和社会效益。
同时，依据国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监督监察局、中国煤炭工业协会特别在2004的《煤矿安全规程》第三百七十五条以及《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》（试行）机电安全评级中规定：“钢丝绳芯带式输送机应设置断带保护装置”。依据此规定，并根据市场的实际状况，决定对带式输送机用断带保护装置项目立项研究开发，从目前情况看已经取得了阶段性的成功。
3 具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题
3.1 具体研究开发内容
3.1.1 断带信息采集及通信系统研究
研究可靠采集断带信息的方法和传感器以及信息传输总线的协议。增加断带信息采集传感器数量，利用计算机对断带信息传感器信息进行智能分析和处理，判断出断带的具体位置。
3.1.2 断带抓捕机构及驱动系统设计计算
过去设计的抓捕机构是在不能识别断带位置的情况下，实施全线抓捕的条件下设计的，因而比较笨重，成本也较高。下一步要在断带信息采集后，利用计算机进行智能分析处理，判断出断带的具体位置，再给断带点前后的几个抓捕机构发出抓捕命令，实施定点抓捕。根据这一思路对断带抓捕机构及驱动系统进行重新设计计算及结构设计，简化抓捕机构和驱动系统，降低生产成本，有利于推广应用。
3.2 关键技术
（1）断带信息的采集和断带位置的识别；
（2）长距离信息通信的方法；
（3）抓捕机构的长距离驱动与控制以及定点抓捕。
4 项目的特色和创新之处
（1）断带信息的采集和断带位置的识别是利用增加信息采集点，断带后断点前后胶带运行方向的不同来判断断带的发生及断点的位置；
（2）长距离信息通信的方法采用工业现场总线来实现；
（3）抓捕机构的长距离驱动与控制以及定点抓捕是基于断带位置的识别后，利用电磁阀来控制气动或液压驱动，实现大制动力的抓捕。
5 要达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益
（1）研究出可靠采集断带信息的方法和传感器以及信息传输总线的协议。
（2）完成对断带信息传感器信息进行智能分析和处理，判断断带具体位置并能实施相关控制的计算机系统设计及程序设计。
（3）实现断带后，胶带下滑0.5米以内对断带实施抓捕。
6 研究试验方法、技术路线以及工艺流程
（1）针对断带信息的采集和断带位置的识别问题进行广泛调研，深入了解问题的症结所在，通过大量的实验，寻找解决办法，设计出合适的检测传感器及其信号传输处理电路。制作出相关的传感器及信号传输处理电路及计算机识别程序。
（2）针对长距离信息通信困难、易干扰的问题，采用工业现场总线来实现断带信息的采集和传输。制作出相关的信号传输处理电路及总线的协议。
（3）根据抓捕机构的长距离驱动与控制以及定点抓捕的要求，基于断带位置的识别后，利用电磁阀来控制气动或液压驱动，实现大制动力的抓捕。