主井带式输送机自动化卸载装置的设计及应用

王振福

(山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西省古交市，030200)

镇城底矿2005年矿井核定生产能力为190万t／a。矿井主提升系统采用斜井胶带输送方式，主斜井坡度16°，斜长1095m，主井带式输送机为TD-75型钢丝绳芯强力输送机，带速3.15 m／s，运输能力465t／h。井下生产的原煤全部汇集到主煤仓，经装载带式输送机转载到主井带式输送机 (原设计未设置缓冲仓)，从输送机机头溜煤斗直接落入选煤厂204带式输送机，进入选煤厂进行精煤加工。使用中遇到这样一个问题，当遇到204带式输送机出现故障突然停机时，一级堆煤保护装置动作，主井带式输送机也随之带载停机。当恢复运行时，主井带式输送机就会重载启动，这样对机械设备和电气系统造成危害性冲击，缩短其正常使用寿命，甚至可能会发生断带事故。另外大量的煤、矸石卡在溜槽斗内造成负荷加重，溜煤斗常常被压变形或焊缝撑开，这时须由人工进行疏通溜煤斗内被压实的煤，严重影响井下安全生产。针对这一问题，经研究决定在主井带式输送机机头溜煤斗处设计安装卸载装置，用于在204带式输送机突然停机时，通过联锁装置同步启动卸载带式输送机，将原煤从另一出口运走，待主井带式输送机空载后停机，防止了主井带式输送机带载停机和启动致使溜煤斗被堵塞或损坏等现象发生。

1 卸载装置的工作原理及参数

1.1 卸载装置的构成

卸载装置由卸载带式输送机、气动闸门、信号系统、控制系统及附件构成。卸载带式输送机由电动滚筒驱动；气动闸门包括闸板、闸板气缸和气缸控制阀；信号系统包括电气联锁开关及信号报警灯等。卸载带式输送机与主井带式输送机呈90°方向布置，气动闸门安装在溜煤斗上口处，正对煤流的抛物线落点。卸载装置安装位置示意图见图1。

图1 卸载装置安装示意图

1.2 卸载装置工作原理

正常情况下，气动闸门处于关闭状态，主井带式输送机的煤流经溜煤斗直接落入选煤厂204带式输送机上。当204带式输送机出现故障突然停机时，(此时一级堆煤保护装置还没有动作)联锁装置将气动闸门打开，气缸动作，闸板抬起，主井带式输送机上的煤流就直接落到卸载带式输送机上，气动闸门打开的同时，卸载带式输送机也同步启动。另外，在卸载带式输送机开启的同时，204带式输送机的停机信号也直接传送至装载带式输送机，发出停机信号，给煤机停止从主煤仓放煤，主井带式输送机上的煤运空后停机。卸载带式输送机控制设有自动操作和手动操作两部分。

1.2.1 自动操作

(1)在自动操作模式下，若204带式输送机突然停机，此时一级堆煤保护装置还没有动作，卸载带式输送机自动运行，闸板提起，同时给装载带式输送机发出停机信号，主井带式输送机运行6 min，将煤通过卸载带式输送机排出，6min后闸板自动放下，7min后卸载带式输送机自动停止运行。

(2)若204带式输送机能在6min内再次启动，闸板自动放下，卸载带式输送机停止运行，煤流重新回到选煤厂204带式输送机上，自动给装载带式输送机发出开机信号，给煤机开始从主煤仓中放煤。

(3)若204带式输送机停机后，卸载带式输送机没有立即自动开启，造成204带式输送机上发生堆煤现象，一级堆煤保护装置动作，同时，联锁装置自动开启卸载带式输送机，闸板上提，给装载带式输送机发出停机信号，将主井带式输送机上的煤全部排出，并保持此状态。直至204带式输送机运行后将溜煤斗中的煤排出后，按复位按钮才能解除此状态。

(4)在溜煤斗上口还增设了二级堆煤保护装置，若204带式输送机停机后，卸载带式输送机没有立即自动开启，一级堆煤保护装置也没有动作，溜煤斗中的堆煤造成二级堆煤保护装置动作，主井带式输送机自动停机，并给装载带式输送机发出停机信号。

1.2.2 手动操作

主井带式输送机若要进行检修性运行 (清淤)等工作时，可将旋钮搬至手动位置，按启动键，闸板上提，卸载带式输送机开启，可将主井带式输送机上的淤泥、杂物等排出。工作完毕按停止键，使闸板复位，卸载带式输送机停止运行。

1.3 卸载装置的控制原理

卸载装置的控制采用西门子S7-200PLC控制，卸载装置控制框图见图2。具体流程如下:

(1)主井带式输送机运行，选煤厂204带式输送机运行时，卸载带式输送机处于停止状态，闸板处于下放位置。

(2)主井带式输送机运行，204带式输送机停止时，给装载带式输送机发停机信号10s，卸载带式输送机立即启动，闸板提起。同时检测卸载带式输送机是否运行和闸板是否提到位。如卸载带式输送机没有运行或闸板没有提到位，立刻停止主井带式输送机；如卸载带式输送机和闸板都正常，给主井带式输送机发出卸载带式输送机启动信号 (灯光)，5min后给主井带式输送机发停机信号，主井带式输送机停机后联动闸板下放、卸载带式输送机停止运行。若执行还不到5min，204带式输送机重新开动，先放闸板，若下放闸板过程中被卡住，提起重放，直至放到位为止。确认闸板放到位后，停止卸载带式输送机，给装载带式输送机发3次开机信号。

(3)在溜煤斗上方做一个二级堆煤信号。

图2 卸载装置控制框图

(4)主井带式输送机的开机信号取自高压柜的一台电机的中间继电器。

(5)卸载带式输送机的确认开机信号取自卸载带式输送机导向滚筒附近的接近开关，同时用此开关信号作为卸载带式输送机的打滑保护。

(6)闸板位置信号取4个，上位信号取2个，下位信号取2个，以确保闸板无侧斜。闸板位置信号传感器使用接近开关。

(7)给装载带式输送机发送开机信号，本信号接点与装载带式输送机信号按钮并联，可以自动发送信号和手动发送信号。

(8)发生一级堆煤时间超过0.2s，给装载带式输送机发停机信号10s，启动卸载带式输送机，提起闸板，按第 (2)条执行。

(9)若二级堆煤保护装置动作，立即给装载带式输送机发出停机信号，给主井带式输送机发出停机信号5s。两级堆煤全部解除后，按复位按钮才能下放闸板。复位按钮放在主井带式输送机机头。

(10)在低压控制柜内设置一个卸载带式输送机单独启动测试点，接入24V电压时可单独启动卸载带式输送机，用于调试卸载带式输送机。

(11)在低压控制柜内设置一个闸板上提测试点，接入24V电压时闸板上提。

(12)增加卸载带式输送机就地启停按钮，特殊情况下可专门向外排煤。

2 卸载带式输送机的结构特点

2.1 主要技术指标

卸载带式输送机运输长度9m，宽度400mm，外形尺寸9000mm×1405mm×430mm (长×宽×高)，总重量4.52t；电动主滚筒直径630mm，功率 22kW，转 速 3.2m／s；改 向 滚 筒 直 径160mm；卸载滚筒直径320mm。

闸板气缸直径100mm，行程700mm，推力314kg。闸板外形尺寸1000mm×1100mm×50 mm (长×宽×厚)，重量600kg。

2.2 结构特点

(1)卸载带式输送机支架为整体框架结构，输送机更加稳固可靠；为减小机器体积，机架设计为平展型，并在其两侧加装挡煤板，以阻止煤泄漏，同时增加煤的容量；将机尾、机头滚筒设计安装在操作人员容易到达的地方，便于检修；在卸载带式输送机落煤点间隔200mm连续铺设10根托辊以承载较大负荷。

(2)由于场地的限制，卸载带式输送机高度和宽度尺寸不能太大，为此，采用体积较小的电动滚筒作为传动滚筒。

(3)由于闸板受煤块、矸石冲击力较大，磨损、变形严重，将闸板加工成中空，并在中间冲击点范围内，使用焊有尖锤的耐磨钢板，用螺栓与闸板相联接，一方面可将大块矸石、煤块击碎，减少运输阻力，保护破碎机，另一方面可以抗耐磨，且钢板磨损后以便更换。

(4)主井带式输送机、装载带式输送机、204带式输送机与卸载装置，利用PLC控制，实现了自动联锁操作，提高了设备运行可靠性。

3 经济效益

主井带式输送机卸载装置投入现场使用以来，运行良好，在选煤厂运输设备出现故障停机时，能及时地将原煤转载至卸载带式输送机上运出，杜绝了主井带式输送机重载启动和停机，减少了溜煤斗堵塞或损坏现象，同时缩短了主井带式输送机的停机时间，提高了设备使用寿命和工作效率。生产效率显著提高。

(1)减少停机节省的费用。主井带式输送机额定运输能力为465t／h，实际运输能力约400t／h，煤售价300元／t，按平均每天减少停机10min计算，一年节省费用计576万元。

(2)节省修理或更换相关设备及修复溜煤斗所花费用。设备和配件费20万元，材料费2万元，人工费9万元，共计31万元。

(3)投入研制该装置成本及维护费用。卸载装置研制费4.5万元，年维护费2.4万元，共计6.9万元。

因此，设计安装该卸载装置后，每年可创效益约600万元，具有良好的社会和经济效益。

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