煤礦強力膠帶斷帶保護裝置處理方法的研究
于秀萍1，鄧傳民2
摘 要：目前膠帶輸送機上均無斷帶后的保護裝置，多年來廣大科技工作者進行了不懈的努力，取得了一定的進展，但都只是對斷帶發(fā)出報警信號，并及時切斷傳動電機電源，而不能將斷裂后下滑的膠帶抓住，真正起到保護作用。根據(jù)這種情況，本項目研究一種能夠在檢測到斷帶信息后，及時可靠抓捕下滑的膠帶，防止斷帶事故的進一步擴大，將經(jīng)濟損失降低到最低程度。
關(guān)鍵字：強力膠帶 斷帶保護裝置 處理方法
在煤炭生產(chǎn)中，帶式輸送機是重要的運輸設(shè)備,其中一些主運輸帶式輸送機擔(dān)負著一個或多個采區(qū)的運輸任務(wù)，帶式輸送機由于其運距長、運量大和連續(xù)輸送等優(yōu)點，現(xiàn)已在煤炭生產(chǎn)中普遍采用。但在使用過程中由于各種因素斷帶事故時有發(fā)生。特別是在坡度120以上的巷道安裝的強力帶式輸送機，傾角大、膠帶長、負荷大，一旦發(fā)生斷帶事故，后果將不堪設(shè)想，輕者膠帶將全部滑至下山底部，堆壓在一塊，堵塞運輸巷道；重者膠帶在下滑過程中由于速度較快，托輥架及托輥將被膠帶卷走，造成設(shè)備損壞，甚至造成人員傷亡，給國家和企業(yè)造成重大經(jīng)濟損失，職工生命安全造成極大威脅。為了煤礦的安全生產(chǎn),斷帶問題必須要引起人們的高度重視,應(yīng)盡量避免斷帶事故的發(fā)生,并采取一定的保護措施,當(dāng)發(fā)生斷帶時保護裝置能及時、可靠地制動下滑的膠帶,避免引發(fā)惡性事故。
1 本項目研究的目的意義
目前帶式輸送機已經(jīng)成為散體物料的主要運輸工具之一,尤其是在煤礦、金屬礦大型火電站的散料運輸中,帶式輸送機被廣泛采用。然而,帶式輸送機工作過程中,由于作業(yè)環(huán)境惡劣,帶式輸送機跑偏、急增載荷、輸送帶材質(zhì)不過關(guān)、檢修工作不及時等原因,尤其是長運距大運量、大傾角運輸使用過程中,斷帶事故時有發(fā)生,造成帶式輸送機被打壞,運輸巷道賭塞等嚴(yán)重后果,造成重大經(jīng)濟損失,也對職工生命安全造成極大威脅，因此該項目有著廣泛的應(yīng)用前景。
2 本項目研究國內(nèi)外、省內(nèi)外競爭情況及產(chǎn)業(yè)化前景
通過深入市場調(diào)研，目前，國內(nèi)幾家生產(chǎn)形式多樣的斷帶抓捕機，為純機械式的結(jié)構(gòu)，安裝在煤礦井下傾斜的帶式輸送機上，其用途是在帶式輸送機發(fā)生斷帶后，實施抓捕制動，阻止膠帶下滑，起安全保護作用。我們對其結(jié)構(gòu)及其性能作了深刻細致地研究，其制動機構(gòu)由支撐托輥、凸輪或偏心輪、曲柄和閘塊等件組成，膠帶斷帶后反向下滑帶動支撐托輥反向旋轉(zhuǎn)時，觸發(fā)曲柄和閘塊旋轉(zhuǎn)至制動位置，通過凸輪或偏心輪將膠帶壓向閘塊的方式制動夾緊下滑的輸送帶。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低。不足之處是：與輸送帶的接觸面為線面接觸，接觸面小，其摩擦制動力小。沿線每15～20米布置1臺，左右對稱安裝，由于存在制造、安裝等實際問題，安裝大量抓捕機是無法保證其同步工作的，那么，一旦輸送機斷帶發(fā)生，抓捕機實施抓捕制動時，由于受到膠帶巨大沖擊力作用，陸續(xù)先工作的抓捕機由于摩擦制動力小，在很大程度上難以減緩膠帶的下滑趨勢，甚至于被膠帶巨大的慣性沖擊而損壞，后續(xù)投入工作的抓捕機由于制動力有限，且膠帶的沖擊慣性隨時間的延續(xù)而劇增，抓捕制動失效。從而，導(dǎo)致所有安裝的抓捕機失去應(yīng)有的安全保護作用；純機械式斷帶抓捕機安裝在膠帶兩側(cè)邊緣，線面接觸對膠帶易產(chǎn)生剪切而損傷輸送帶，嚴(yán)重時將其撕裂，如鋼絲繩芯輸送帶兩邊無繩芯強度差，上面所述的各種斷帶抓捕機在抓捕制動時，作用力都是施加在膠帶兩邊的；當(dāng)膠帶跑偏時，往往與膠帶產(chǎn)生摩擦，損傷膠帶。另外，目前使用的純機械式斷帶抓捕機，控制簡易或無控制，容易造成誤制動，如當(dāng)帶式輸送機正常停機時，雖安裝有逆止器或制動器，但在重力的作用下還會下滑一段距離，便會造成誤制動，很容易損壞設(shè)備，嚴(yán)重時造成事故；從其本身的結(jié)構(gòu)
特點來看，此類斷帶抓捕機的工作可靠性難以保證，斷帶時輸送帶及物料由于受到重力的作用，下滑的速度越來越快，其慣性的沖擊力是巨大的，由于此類裝置是安裝在帶式輸送機的機架上，實施抓捕制動時，假如抓捕有效，往往可能扭曲變形，甚者造成輸送機機架損壞。因此，推微乎其微廣面。
據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)各煤礦使用的井下帶式輸送機，約有10％的煤礦發(fā)生過輸送機斷帶現(xiàn)象。然而，在此眾多煤礦廠家中使用斷帶保護裝置不足1％。在進行市場調(diào)查的過程中，我們著重對兗礦集團、神華集團和中煤下屬100多家主要大型煤礦用戶進行逐一拜訪，并作了細致的統(tǒng)計，結(jié)果表明：反映目前市場生產(chǎn)斷帶抓捕機起不到安全保護作用而沒有使用的煤礦用戶占96％；安裝后又拆掉占2.8％；本著試試看煤礦用戶占1.2％。同時，我們對煤礦用戶實際需求也作了統(tǒng)計，不是用戶不愿使用，而是迫切需要一種真正可靠的斷帶保護裝置。這類用戶占98％以上。有著巨大的市場空間。
經(jīng)分析市場的需求狀況，如果能研制出一種具有自動化程度高，性能穩(wěn)定可靠的帶式輸送機用斷帶保護裝置，不僅能夠滿足巨大的市場需求，有效地避免因輸送機斷帶而導(dǎo)致災(zāi)難后果的發(fā)生，達到安全保護的目的。為我國煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)做出一份應(yīng)有貢獻，同時也能為公司帶來巨大經(jīng)濟效益和社會效益。
同時，依據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、國家煤礦安全監(jiān)督監(jiān)察局、中國煤炭工業(yè)協(xié)會特別在2004的《煤礦安全規(guī)程》第三百七十五條以及《煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評級辦法》（試行）機電安全評級中規(guī)定：“鋼絲繩芯帶式輸送機應(yīng)設(shè)置斷帶保護裝置”。依據(jù)此規(guī)定，并根據(jù)市場的實際狀況，決定對帶式輸送機用斷帶保護裝置項目立項研究開發(fā)，從目前情況看已經(jīng)取得了階段性的成功。
3 具體研究開發(fā)內(nèi)容和要重點解決的關(guān)鍵技術(shù)問題
3.1 具體研究開發(fā)內(nèi)容
3.1.1 斷帶信息采集及通信系統(tǒng)研究
研究可靠采集斷帶信息的方法和傳感器以及信息傳輸總線的協(xié)議。增加斷帶信息采集傳感器數(shù)量，利用計算機對斷帶信息傳感器信息進行智能分析和處理，判斷出斷帶的具體位置。
3.1.2 斷帶抓捕機構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計計算
過去設(shè)計的抓捕機構(gòu)是在不能識別斷帶位置的情況下，實施全線抓捕的條件下設(shè)計的，因而比較笨重，成本也較高。下一步要在斷帶信息采集后，利用計算機進行智能分析處理，判斷出斷帶的具體位置，再給斷帶點前后的幾個抓捕機構(gòu)發(fā)出抓捕命令，實施定點抓捕。根據(jù)這一思路對斷帶抓捕機構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)進行重新設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化抓捕機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)，降低生產(chǎn)成本，有利于推廣應(yīng)用。
3.2 關(guān)鍵技術(shù)
（1） 斷帶信息的采集和斷帶位置的識別；
（2） 長距離信息通信的方法；
（3） 抓捕機構(gòu)的長距離驅(qū)動與控制以及定點抓捕。
4 項目的特色和創(chuàng)新之處
（1） 斷帶信息的采集和斷帶位置的識別是利用增加信息采集點，斷帶后斷點前后膠帶運行方向的不同來判斷斷帶的發(fā)生及斷點的位置；
（2） 長距離信息通信的方法采用工業(yè)現(xiàn)場總線來實現(xiàn)；
（3） 抓捕機構(gòu)的長距離驅(qū)動與控制以及定點抓捕是基于斷帶位置的識別后，利用電磁閥來控制氣動或液壓驅(qū)動，實現(xiàn)大制動力的抓捕。
5 要達到的主要技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)及社會、經(jīng)濟效益
（1） 研究出可靠采集斷帶信息的方法和傳感器以及信息傳輸總線的協(xié)議。
（2） 完成對斷帶信息傳感器信息進行智能分析和處理，判斷斷帶具體位置并能實施相關(guān)控制的計算機系統(tǒng)設(shè)計及程序設(shè)計。
（3） 實現(xiàn)斷帶后，膠帶下滑0.5米以內(nèi)對斷帶實施抓捕。
6 研究試驗方法、技術(shù)路線以及工藝流程
（1） 針對斷帶信息的采集和斷帶位置的識別問題進行廣泛調(diào)研，深入了解問題的癥結(jié)所在，通過大量的實驗，尋找解決辦法，設(shè)計出合適的檢測傳感器及其信號傳輸處理電路。制作出相關(guān)的傳感器及信號傳輸處理電路及計算機識別程序。
（2） 針對長距離信息通信困難、易干擾的問題，采用工業(yè)現(xiàn)場總線來實現(xiàn)斷帶信息的采集和傳輸。制作出相關(guān)的信號傳輸處理電路及總線的協(xié)議。
（3） 根據(jù)抓捕機構(gòu)的長距離驅(qū)動與控制以及定點抓捕的要求，基于斷帶位置的識別后，利用電磁閥來控制氣動或液壓驅(qū)動，實現(xiàn)大制動力的抓捕。

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