皮带运输机断带原因及安防装置设计

李建奇

(潞安化工集团司马煤业公司，山西 长治 047100)

0 引言

煤矿开采过程中，因其开采区域的不断缩小和时间的延长，以及地质条件的不断恶化，使其综采作业环境更加复杂。尤其是开采深度超过千米后，综采面倾角加大，综采面顺槽超过27°，作业难度非常大，事故隐患极多。从综采面皮带运输机的运行状况看，综采作业环节中极易发生顺槽皮带事故，存在较大的事故隐患，给煤矿开采作业带来严重影响。

1 断带原因及安防装置

1.1 断带产生的原因

断带故障产生的原因主要有张紧设施故障、安防装置动作错误、应力集中、接头质量差、张力突然增加及重载启动等[1-3]。

张紧设施故障：张紧设施主要是故障和调整不当所致，如果张紧力度过大，超出承重范围其阻力就会增大，运输带会瞬间紧绷，出现断带。若紧张力度太小，低于承重范围时，其阻力也相应变小，运输带会松弛，进而出现偏离现象。因此，皮带输送机重新启动或负载量太大都会出现断带问题。

安防装置动作错误：为了避免断带，许多煤矿企业在综采输送环节安装有断带保护性装置，但是断带保护设备应用的好坏并不统一。因此在煤矿综采作业中应用保护装置，一旦动作错误，而皮带运输机仍正常运作时，在保护器抓捕作用力影响及高拉力环境中，极易发生断带现象。

应力集中：大倾角皮带输送机运作过程中，运输机上常会卡有异物，造成皮带撕裂，在此状况下，皮带在应力的集中影响下会出现断带。异物卡阻后皮带自身张力会受到影响，瞬间增大张力，如果此时皮带运输机的载重量已经超过自身承重量，就会发生断带[4-5]。同时，在重新启动皮带运输机过程中存在有不太稳定的阶段，启动时驱动设施会向皮带运输机传送一定的牵引力和惯性力，这种力以适当波速叠加、传播和反射在传送带上。皮带输送过程中需要对其他因素进行考虑，如此一来就会改变传送带的运行方式，如果皮带运输机的最大应力在瞬间超过其所承受的最大值，就会出现断裂问题。

接头质量差：皮带运输机的接头出也会存在钢丝绳芯断裂的现象，这是因为钢丝绳芯制作采用的是硫化工艺，进而造成接头处出现强力胶变质的问题[6-7]。有些接头橡胶尽管使用时间不常，却极易出现钢丝绳芯胶质开裂老化的问题，一旦出现这些问题就会造成钢丝绳芯锈蚀、外漏进水等现象，皮带运输机也会由此而出现断带。

1.2 断带安防装置类型

目前，煤矿企业已经认识到断带保护装置的重要性，并将其应用到了综采作业中。断带安防装置的类型比较多，常见的主要有电控偏心轮式、整体式、阻尼板及单向托辊摩擦制动等类型。

电控偏心轮安防装置：电控偏心轮安防装置主要是通过电控装置来实现安防，其应用原理是皮带运输机发生断带的瞬间，由电控装置对偏心轮进行控制，使其与皮带接触，利用皮带下滑力的带动对输送带进行制动[8-9]。此安防装置的结构比较简单，且同步性较好，不足是制动能力及可靠性都相对低。

整体式断带保护装置：与电控偏心轮不同的是整体式断带保护装置，该装置的安装为分体式，设计则是整体性的，其同皮带运输机各自独立，安装非常方便，制动过程中不会对皮带运输机机架产生损坏，应用效果也比较好。

阻尼板及单向托辊摩擦制动式：此外，阻尼板及单向托辊式的摩擦制动安防装置也得到一定的应用，其运行原理是通过托辊和阻尼板的全程摩擦制动，上方输送带制动方式的实现主要是依靠单向托辊和传输带间的滑动摩擦力来实现，下方输送带制动的实现方式是输送带断带后必然下垂，下垂后输送带的下滑速度会渐渐变慢，直到停止[10]。不过此制动方式中的皮带运输机中的托辊应全部为单向托辊，与此同时，还要大量铺设阻尼板，安防改造的费用比较大，因此应用范围比较小，普及率不高。

2 大倾角皮带输送机安防装置设计

2.1 液压式断带安防装置运行原理

主要构造：鉴于上述断带安防装置中存在的不足，设计了全断面液压式断带安防装置，该装置的构造主要有断带信号采集、液压触发及制动等系统。其中，制动系统又由上抓捕机架、下抓捕机架构成，液压系统则由油管、蓄能器及液压泵站等构成，断带信息采集系统则由信号采集器及编码器构成[11-13]。利用信号采集器和编码器对皮带运输方向及运行速率等信号进行采集，而后由传感器分析来综合判定传输带，辨别其是否发生了断带。

运行原理：在运行皮带运输机时，电控系统能够实时不间断地采集一起旋转的编码器的输出信号，实时判断输送机运行状况，如果皮带运输机出现断带，其上输送带的运行方向会是相反的方向，运行速度也会表现出向上变小到变为零而后向下加速的状态。虽然发生故障后的下输送带运行方向同没断带前较为一致，但其运行的速度会明显发生改变。在皮带运输机正常运行过程中，信号采集器显示正常，电控箱也不会发送处理信号，也不会启动抓捕装置。然而如果皮带运输机发生断裂，皮带运输机运行状态就会被传感器和编码器采集到，由于断带信号不同于正常运行的信号，所以采集系统会将采集到的异常信号传递给电控系统，电控系统接到异常信号后会综合分析和处理该异常数据，进一步评估是否发生了断带。若电控系统判定并非断带事故就不会执行下一步命令，若判定为断裂事故就会发送处理信号，在第一时间切断动力电源，及时停止运输机的运行，同时启动抓捕系统实施抓捕动作，利用强度摩擦力制动来停止输送带的下滑。多数应用实践显示，此断带安防装置能够在0.9 s内实现抓捕动作，完全能够胜任煤矿断带的保护工作。

2.2 结构功能设计

制动及液压触发系统：信号采集、制动及液压触发系统是此安防装置系统的重要构成。制动系统构成主要包含机架、抓捕机构和触发机构，抓捕机构分布于上输送带和下输送带。液压触发系统的构成主要是锁紧卡接抓捕部分及带动卡接翻转连杆组件，卡接部在上输送带的抓捕底端两侧及下输送带抓捕的左侧和右侧；两个卡接部结构相同且左右对称；上方卡接部于第一连杆上端固定，该连杆另侧下端固定于下方卡接部，此连杆近上方卡接部一侧的末端套接定位块转孔内，且与其构成转动连接，同抓捕机架固连。第一连杆近下方卡接部末端处垂直布设第二连杆，该连杆顶端固接触发杆，左卡接部相应触发杆同右卡接部相应触发杆应处于同一水平线，但二者间应有间隙。第一位块一侧设置一个滑杆，左卡接部相应滑杆同右卡接部相应滑杆均套设联动杆，且使其沿滑杆滑动。设置联动杆能够确保左、右卡接部动作的同步，联动杆左下端、右上端均设置L型传动块，并于其上端开设通孔，孔内穿设第三连杆。左卡接部对应第三连杆段同下方卡接部固定连接，第三连杆另端穿设对应侧传动块通孔并定位，右卡接部所对应第三连杆端与上方卡接部固定连接，另端穿设与其对应侧传动块通孔并定位。

抓捕及液压触发机构：抓捕结构、液压触发机构均布置在机架的左右两侧，且为皮带传输机输送带下方。抓捕机构配置有重臂，重臂末端配置有重块。上抓捕架利用第一转轴连接机架转动，重臂前端固定连接第一转轴。下抓捕架两端设置下方卡接部的连接的二号卡槽。上、下方的卡接部均设置有联动板和卡柱，联动板底端同第一连杆固定相连，顶端两侧均设置固定的第一耳板，耳板上设计卡柱安装孔，卡柱两端设计有固定定位螺杆。

抽动杆：在第一、第二连杆间设置抽动杆，其截面为L形，两端开设定位通孔。第一及第二连杆在抽动杆近一端设计多个定位的通孔。利用自身穿设的定位通孔固定连接其所对应的抽动杆的定位通孔。左右两机架内侧都设置第三、第二定位块，其中第三定位块前方布置第二定位块，第二定位块一侧的两边均设计套筒两个，第一连杆穿过第二、第三连杆和响应的套筒，并同抽动杆连接。

2.3 应用优势

该断带保护装置在抓捕断带过程中可实现上下输送带抓捕的同步进行，可有效避免断带附加二次破坏。独立机架的设置能够避免制动过程中损坏输送机架，且此安防装置结构简单，便于维修和安装，具有较强的适应性和调节性。信号采集及液压系统的准确性和灵敏度都较高，能够利用重力作用和液压作用同时触发，通过电源控制来停止制动，不会出现逆转和误动作。抓捕结构较为简单，可靠性强，在遇到尘土及杂物卡滞时也能有效抓捕，提高了抓捕准确度。

3 结语

煤矿作业中皮带运输机断带故障的影响因素众多，可靠的断带安保装置显得非常重要，通过分析断带形成原因并了解常用断带保护装置能够有效解决皮带运输机断带故障。针对安防装置动作错误、应力集中、接头质量差等问题，选择液压式全断面断带安保装置能够有效提高皮带运输机的运行效率及质量，在煤矿开采系统中具有良好的应用效果，可以为提高煤矿综采作业效率提供参考。