矿用皮带输送机溜槽堵塞保护开关设计应用*

秦 龙

(国家能源集团宁夏煤业公司 煤制油化工公用设施管理分公司，宁夏 灵武 750411)

0 引 言

矿用带式输送机作为煤矿开采中的关键设备，对实现开采煤矿的实时运输及转运启动重要作用。由于运煤过程的复杂及特殊性，在生产运行过程中会暴露出堆煤保护开关不全面，保护性能不完善等问题，严重影响皮带机设备安全运行，存在导致设备事故的严重隐患[1]。其中，在设备的实际生产过程中，如果溜槽中若出现了堆煤或堵塞现象，则会使溜槽空间越来越狭小，造成煤炭堆积更加严重，最终使得设备出现皮带撕裂、电机烧坏等事故现象，给企业造成巨大的经济损失[2]。为此，针对堆煤保护不灵敏或者是太灵敏的误动作问题，在现有设备堆煤保护开关设计基础上，从漫反射保护开关装置、小门式堆煤保护开关等角度提出了新的改进设计方案，通过不断尝试新型堆煤保护开关，对出现的堆煤、堵煤问题及时报警或停机，以此来有效防范故障的不确定性，避免故障及事故扩大。

1 带式输送机中堆煤保护开关应用现状介绍

目前，在生产系统内所使用的堆煤保护开关多安装于三通导料槽内部，现市面上较成熟的堆煤保护开关有以下几种类型，分别为重锤式(倾斜式)、电极式、阻旋式、压感式等类型[3]，堆煤保护安装位置如图1所示。由于各种原因，以上几种堆煤保护都存在缺陷，经常造成皮带输送机因堆煤保护误动作导致停机。如现场打扫卫生对现场冲洗时造成皮带积水多，特别是雨季以及冬季煤粉潮湿，水汽一旦超过了安全值，将会使堆煤保护中的控制开关出现误操作现象，最终使得设备出现停机状态，皮带机设备需再次启车，且处于重载启车，更加剧了设备的负荷，给设备本身造成影响。

图1 堆煤保护安装位置示意图

2 当前各类堆煤保护问题分析

2.1 电极式堆煤保护开关问题

电极式堆煤保护开关属于当前成功应用的堆煤保护开关，其工作原理：感器探头与底座安装于溜槽壁上，探头与底座相互绝缘，当溜槽内发生堵塞时，物料堆积至探头处，探头与底座通过煤流导通形成回路，使保护开关动作，并发出堵塞报警信号[4]。堆煤信号传输至PLC开关量模块，由PLC发出指令停车。当物料料位下降后，堆煤保护报警复位。电极式堆煤保护开关结构图如图2所示。

图2 电极式堆煤保护开关结构图

电极式堆煤保护开关存在缺陷如下：

(1) 由于现场导料槽内空间狭小，运输煤种主要为沫煤、且皮带速度快，易产生粉尘，造成感应探杆及绝缘面的煤粉堆积，导致保护误动作。

(2) 现场冲洗机架等设备造成皮带积水多，启车时易造成感应探杆及绝缘面积水，导致保护误动作。

(3) 冬季运行时，由于温差所产生的水汽易附着在金属感表面造成保护误动作。

(4) 岗位人员及维护人员需打开导料槽观察口，手伸入导料槽内部对探杆及绝缘面进行擦拭清理，安全性低、检查维护困难。

2.2 重锤式(倾斜式)堆煤保护开关问题

重锤式堆煤保护开关中的倾斜开关在受到外界作用力下时会与垂直方向发生15°的偏角，以此触动内部的水银开关闭合，实现堆煤保护；当外界作用力撤销后，倾斜开关则恢复原状，保持常开状态。在带式输送机作业时则主要利用倾斜开关的开闭功能来实现整个堆煤过程的保护[5]。此堆煤保护开关具有：动作灵敏；整体密封性能良好,铝合金制防水外壳，内外静电喷塑；结构紧凑安装简单。重锤式堆煤保护开关结构图如图3所示。

图3 重锤式堆煤保护开关结构图

但此重锤式(倾斜式)开关实际使用时也存在较多问题，具体如下。

(1) 物料为沫煤时，颗粒干燥较小。可能存在真正堆煤了，由于块煤颗粒较小，堆煤缓慢上升至堆煤保护，埋至堆煤保护时，没有将倾斜式堆煤保护推动位移，而是直接将堆煤保护掩埋。探头倾斜角度没有大于15°，堆煤保护不动作。

(2) 导料槽内没有堆煤，但由于块煤砸到探头，使探头来回摆动，误报为堆煤。

2.3 压感式堆煤保护开关问题

压感式堆煤保护开关主要利用内部的自恢复弹簧进行行程开关的自动控制，采用了门式结构类型，安装在溜槽侧壁上。在实际运行过程中，若溜槽中堆积了一定的堆积物，则会触动保护开关中的活动门进行向外推移。当推移角度大于设置的阀值角度时，则会触动控制开关并使设备发出的相应的报警提示[6]。其中，在溜槽侧壁上方开设260 mm×260 mm尺寸，下方开设100～200 mm方口。

压感式堆煤保护开关使用一段时间以后，由于煤炭湿度大，长时间运行后在开口处沉积，板结易将开口堵死，造成堆煤保护不动作。在使用一段时间要对开口板结的积煤进行清理，检查紧固螺钉是否有松动、脱落现象，并开盖清除积尘。

3 新型堆煤保护开关设计应用分析

3.1 新型堆煤保护开关设计重点

结合现有的多种堆煤保护开关在实际实际过程中存在的问题，在新型堆煤保护开关的设计过程中，需保证检测信号具有较高的传输速度、较高质量的传输信号、人员操作的安全性。同时，在设计时需考虑在障碍物的阻挡现象对检测信号无影响，能实时、准确的将堆煤现象反馈对控制中心，且信号具有较高的稳定性，保护开关安装及维护保养方便等特点。为此，新型的堆煤保护开关将主要从漫反射式光电开关、小门式堆煤保护开关等方面进行设计应用。

3.2 漫反射式光电开关设计应用

漫反射式光电开关是当前相对成熟的一种感应技术。主要将发射器和接收器进行一体式集成设计，当溜槽中有堆积物和其他杂物经过时，通过检测到运动距离并判断后，触动此漫反射开关中的接收器，并将产生的反射光线发射至接收器中，产生相应的光电开关信号，该光电开关主要安装在导料槽上，示意图如图4所示。其中，所产生的开关信号反馈至PLC使胶带输送机报警停车。当物料料位下降后， 漫反射式光电开关无反射信号后，上位机才能够复位。漫反射式光电堆煤开关安装效果图如图4所示。

图4 漫反射式光电堆煤开关安装效果图

漫反射式光电开关使用效果如下。

(1) 漫反射光电开关安装于导料槽外侧，岗位人员检查清理更方便、更安全，只需擦拭镜头端盖即可。

(2) 安装于导料槽外侧，开关所检测的距离为20 cm只有当煤料堆积至保护开口处并溢出时才能触发光电开关动作，且漫反射开关的光纤可通过机械调节旋钮进行距离调节。

(3) 检修维护调试更加方便，岗位人员及电气人员可随时对堆煤保护进行测试，用手进行遮挡即可。

(4) 漫反射光电开关具有防水性能，现场文明卫生冲洗所喷溅水不会造成开关损坏，只需将镜头擦拭干净即可。

3.3 小门式堆煤保护开关设计应用

小门式堆煤保护开关主要由接近开关、活动挡板等组成，利用接近开关的检测原理，实现对溜槽中堵塞现象的监测。其中，主要在导料槽侧面开口(200 mm×250 mm)，小门下侧有接近开关挡板，接近开关位于小门侧面。小门可开启角度为20°。当导料槽(三通)内有蓬煤时，靠重力作用煤会将小门推开，小门打开后接近开关监测到小门金属挡板，发出堆煤保护动作信号至PLC，随即程序执行皮带输送机停车指令。

同时，在小门式堆煤保护小门的外侧，增加了一颗螺栓作为配重，以防止小门因小煤块撞击和振动导致的来回晃动；且在整个开口外侧安装有L型的挡板，阻挡导料槽上方撒煤将小门掩埋，确保小门始终可以正常动作；采用两线制电磁接近开关，方便PLC采集接近开关信号，现场无需再给接近开关安装电源。小门式堆煤保护侧面动作效果图如图5所示。

图5 小门式堆煤保护侧面动作效果图

该保护开关在带式输送机中的成功安装及应用，使得带式输送机实现了自动化控制及保护效果，减轻了人员的劳动强度，提高了作业的安全性，达到了预期效果，得到人员的一致好评。

4 结 语

结合当前相对成熟自动化保护技术，更加高效、经济的解决矿用带式输送机中溜槽问题，实现对整个煤炭运输过程的堆煤保护，已是当前实现设备升级换代的重要发展方向。带式输送机中溜槽堆煤问题一旦解决，将大大提高设备的生产效率，提高人员的作业安全性。为此，在综合分析当前带式输送机中溜槽堆煤现状基础上，对原有设备中堆煤保护开关存在问题进行了分析研究，设计了两套漫反射保护开关和小门式堆煤保护开关，并将其安装在带式输送机中，完成了开关实物的安装调试运行，达到了预期效果。在完成新型保护装置安装应用后，可实现发生堆煤时的及时停车，有效地提高了带式输送机的运行效率 ，保障了矿用作业区的生产安全，实际借鉴意义较大。