带式输送机皮带撕裂保护装置的分析与应用

张振东

（晋能控股煤业公司虎龙沟煤业有限公司，山西 大同 037000）

引言

随着煤炭行业去产能的不断推进，煤矿企业也在积极发展自身的主观能动性，不断深化煤矿高产、高效、安全的开采理念，并全力优化和完善煤炭开采和运输设备。带式输送机具有高带速、大运量、自动化程度高、可连续作业等优点，成为了当前煤矿井下主煤流运输系统中的高效输送设备。晋能控股煤业公司虎龙沟煤业井下采用的是SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机，其应用于巷道输送和主井提升，且配置有ZL-A 型纵向撕裂保护装置。但从多年的实践应用情况来看，ZL-A 型纵向撕裂保护装置对皮带的保护效果不佳，带式输送机皮带时常发生撕裂事故，特别是当遇到异型物卡滞时，皮带发生撕裂事故的概率大大增加，常需停机检修，给煤矿带来极大的安全风险，降低了煤炭运输效率，增加了企业的生产成本。因此，有必要对该ZL-A 型纵向撕裂保护装置进行优化改进，以提高其保护效果，防止皮带撕裂故障的出现。

1 工程概况

晋能控股煤业公司虎龙沟煤业位于怀仁县云中镇，矿井井田面积为12.207 9 km2，可采储量为9 345.4 万t，年设计生产能力为120 万t。矿井开拓方式为斜井立井混合开拓，主要运输方式为带式输送机皮带运输，辅助运输为胶轮车运输。矿井生产装备全面实现了机械化，综采机械化程度、综掘机械化程度均达到100%，2020 年完成原煤产量115.3 万t，原煤工效在7.7 t/工以上。通过科学合理地选择采煤方法和采煤工艺，矿井实现了“一井一面”。81511 工作面综采设备分别为MG650/1630WD 型采煤机、ZF-13000 型液压支架、SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机、SZZ-1200/525 型转载机以及PCM-525 型破碎机。

SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机参数：输送量为3 500 t/h，带宽1 400 mm，带速4.5 m/s，主电机功率3×400 kW；传动滚筒直径为1 000 mm，配置有ZL-A 型纵向撕裂保护装置。

2 皮带撕裂保护装置的组成

SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机配套的ZL-A型纵向撕裂保护装置组成如图1 所示。保护装置主要包括控制器与电源箱、速度传感器、烟雾传感器、远程控制箱、KT24、跑偏控制器、撕裂传感器等部件，且均为本安型兼隔爆型部件。

图1 ZL-A 型纵向撕裂保护装置组成示意图

ZL-A 型纵向撕裂保护装置工作原理：装置中的撕裂传感器对SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机运行状态进行实时监控和研判，并可根据结果做出相应的预警决策。具体过程：通过撕裂传感器采集皮带表面的信号，从而实现皮带表面图像的采集，并采用Canny 边缘检验算法对采集到的皮带信号变化进行特征提取。当皮带发生纵向撕裂现象时，检测到的皮带表面信号将呈现出特定特征，即可认定发生纵向撕裂事故。

对ZL-A 型纵向撕裂保护装置工作原理分析可知，从理论上讲，该撕裂保护系统能对即将发生撕裂的皮带及时采取保护措施，但是在SSJ1400/3×400伸缩带式输送机的实际工作过程中，受该矿井下工作条件的影响，特别是在无煤状态下和事故高发区域，该保护装置的应用效果不佳，其保护潜能没能全部发挥出来，皮带撕裂故障时有发生。针对这种情况，有必要在该纵向撕裂保护装置的基础上，设计一种辅助装置，与该纵向撕裂保护装置配合使用，以对带式输送机实现双重保护，杜绝皮带撕裂故障的出现，保障井下主运煤系统安全高效运行。

3 防异形体卡滞保护装置的设计

3.1 异形体卡滞超前保护原理

该SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机的钢绳芯呈纵向分布，整体无横丝，其横向强度较低，当存在异型煤岩体时，运输过程的穿卡行为会使得皮带发生纵向撕裂，导致带式输送机故障的发生，特别是在转载机给煤点区域，故障发生概率大大增加。转载机给煤点区域的异型煤岩体和其它不规则金属件等异形体在下落至皮带的过程当中，基于自由落体运动和惯性作用，极易发生卡滞皮带的现象，由于卡滞的异形体上下端受阻于防跑偏装置、托辊架或者托辊处，会将皮带进行割开，导致皮带的纵向撕裂，随着输送机的运行，皮带的纵向撕裂会越来越严重，直到发生重大事故。基于以上分析可知，如果能及时检测到输送带上是否有异形体发生卡滞现象，那么皮带撕裂保护装置就能完全发挥其功效，便可更准确地对皮带纵向撕裂起到保护效果，防止皮带纵向撕裂事故的发生。

通过分析可知，异形体卡滞皮带时会对受阻点产生一种持续的反方向的附加力，若能增设相应的受力传感器，对异形体卡滞皮带时产生的水平附加力进行动态监控，就能有效阻止其对皮带的连续破坏。

3.2 异形体卡滞保护方法分析

当异形体卡滞皮带后，异形体所受的反方向的附加力全部都作用在上托辊，若对托辊处的附加压力做好监测，便可知道异形体的整体受力情况。在带式输送机正常工作时，设置压力传感器进行监测，当压力传感器监测到上托辊处的附加压力时，就表明出现了异形体突然卡滞现象。因此，附加压力值的及时监测可超前预防异形体破坏皮带的现象。

3.3 防异形体卡滞装置的设计

根据该矿SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机异形体卡滞皮带的经验，设计了一种防异形体卡滞装置，如图2 所示。对配套转载机落煤点30 m 内的托辊架进行优化改造，将5 组6 m 的托辊大架放在一起，采用Φ4 mm 的钢丝绳将托辊H 架连成整体，在上托辊下部全部安装上滚动轮，滚动轮与上托辊用缓冲连接杆固定成一体，整体使用滑动轨道，压力传感器一端采用螺栓与缓冲连接杆相连，另一端固定在托辊H 架上，将压力传感器安装在活动托辊架的右侧。

图2 防异形体卡滞装置结构示意图

由图2 可知，当SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机正常工作时，防异形体卡滞装置中的缓冲连接杆仅受摩擦力作用，作用力较小且稳定。当运行途中有异形体卡滞皮带时，皮带驱动机并不会停止，而是保持继续运行状态，此时异形体会卡在上托辊与H 架连接挂钩处，同时在缓冲连接杆处产生一个水平方向的附加力F。附加力F 能通过防异形体卡滞装置向右传递到压力传感器上，并通过在ZL-A 型纵向撕裂保护装置上设置相关参数，对输送机传输发送相应的控制指令，从而有效防止带式输送机皮带撕裂事故的发生。

4 实践应用及效果分析

在原撕裂保护装置的基础上，对81511 工作面的SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机进行改进，设计增加防异形体卡滞装置后，投入到运输实践中。

从2020 年5 月至2020 年7 月期间，该SSJ1400/3×400 伸缩带式输送机工作已有3 个月之久，通过ZL-A 型纵向撕裂保护装置和防异形体卡滞保护装置的共同应用，有效提升了设备皮带的防撕裂能力，可及时发现安全隐患，并能够成功解决问题。截至目前，该输送机未发生一起皮带纵向撕裂事故，安全性和可靠性较好，即使在皮带撕裂事故的高发区也可对皮带起到有效的防撕裂保护。

防异形体卡滞保护装置的制作材料和配件简单，安装和拆卸方便，制造成本低廉，其能与ZL-A型纵向撕裂保护装置一起较好配合应用，防止皮带撕裂事故的发生，为企业实现高产、高效、安全的生产目标奠定基础。该防异形体卡滞保护装置制造价格便宜，具有较好的市场前景，可在煤矿带式输送机上进行大力推广应用。