胶带输送机驱动站落煤治理方案设计

刘 伟

(西山煤电集团晋兴公司 斜沟煤矿，山西 兴县 033600)

胶带输送机是煤矿生产过程中广泛使用的原煤运输工具之一，其运输能力是决定矿山产量的重要因素[1-2]。在原煤运输过程中，尤其是在北方，出现极寒天气时，经降尘处理的原煤碎屑与煤粉极容易粘连冻结在胶带上，受胶带反转、振动以及清扫器工作性能下降等因素影响，驱动站处的胶带回程落煤量快速增加，如不及时清理将导致胶带机停运甚至发生火灾，严重影响安全生产。然而，现有技术尚无法彻底解决胶带机驱动站胶带回程落煤问题。为清理落煤，通常只能采用人工方式清扫，这样不仅效率低，而且还容易发生安全事故。

1 方案设计

由于驱动站空间狭小，且地面坡度较大，无法采用体积较大的移动式清扫装置。因此考虑采用“平面二连杆机械臂+螺旋输送机+斗式提升机”的综合解决方案清理落煤。系统构成如图1所示。系统采用定时开启、间歇式工作方式，根据生产情况和落煤量，设定开机时间和清扫时长，以满足清扫需求并延长设备使用寿命。同时，为防止落煤外溢，系统按照斗提机、螺旋输送机和机械臂的顺序启动，启动间隔时间不少于30 s。

系统按清扫区域布置多个平面二连杆机械臂[3]，用于将胶带下方的落煤拨推至螺旋输送机的进料口，然后斗提机再将落煤集中提升至胶带上方倾倒。

由于胶带下方空间狭小且有胶带支架，如果清扫机械臂过长将导致运行空间受限，所以采用分段布设机械臂的方式。清扫作用主要靠第二段机械臂完成，该段控制主要由其末段位置决定。图2中“P”点表示机械臂末端位置，根据图中的坐标系可得P点的坐标为：

图1 系统构成

图2 平面二连杆机械臂

xp=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)yp=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)

(1)

式中：l1和l2，θ1和θ2分别为两个机械臂杆的长度和它们与坐标轴的夹角。在实际清扫过程中，往往是根据机械臂要到达的位置去计算机械臂杆的转角θ1和θ2，也即求解机械臂逆运动学方程的过程，通过推导可得：

(2)

(3)

于是，控制器便可以根据求得转角θ1和θ2来控制机械臂。

应用二连杆机械臂可以将胶带下方的落煤推扫到集中清理区域，如果能在集中清理区开溜槽，使煤屑煤粉直接落入到煤仓或者其他收储装置内，无疑是一种便捷高效的方式。然而，实际操作过程中，在驱动站胶带下方的混凝土板上开孔，尺寸不宜过大，否则对驱动站建筑结构威胁较大，存在安全隐患，因此其直径一般不超过胶带宽度的三分之一。采用这种清扫方式，随着时间的推移，尤其是在温度低、煤粉黏度高的情况下，开孔极容易堵塞。因此考虑采用一种适用于具有一定黏性的粉粒类物料运输装置，同时体积不应过大，用以将煤屑转运至胶带机道侧方，然后再返送至胶带上方。螺旋输送机[4-5]在短距离粉粒状物料运输上应用广泛，在物料黏性较大时，选择无轴螺旋输送机可以较好地解决物料堵塞问题，而且成本和重量都较常规螺旋输送机低。另外，在使用过程中，因安装空间受限，定制设计螺旋输送机时，在满足运输量要求的情况下应尽量微型化处理。螺旋输送机采用“U”型开放式结构，整个机身上方均可以作为进料口，在需要的情况下，机身也可以采用“T”字型或“L”型交汇，需要根据现场安装条件设计。同时还需要考虑到原煤受除尘水雾影响，导致胶带落煤黏性较大，特别是冬季，因此根据现场情况，应该适当提高工作转速，当螺旋转速较高时，物料在它的推动下，会产生更大的离心力，这样不容易使落煤过多地附着在螺旋上，有利于提高运输效率并且能够节约能耗和延长设备使用寿命。

螺旋输送机将胶带下方的落煤运送到胶带机道侧方，然后再通过斗式提升机将落煤垂直提升至胶带上方倾倒，同胶带上的原煤一同进入煤仓或者转运至下级转运设备。选择斗式提升机主要是由于胶带机道侧面空间狭小，通常只能容纳一个人通过，因此必须选择小型的垂直提升装备。同其他垂直提升设备相比，斗式提升机不仅占地面积小，而且密封性好，非常适于散粒状物料，另外还具有功耗低、提升力大和运行噪音小的优点，并且可以根据物料特点及运输需要选择不同形式的料斗及提升方式。

斗式提升机不仅适合运量小、且带有一定粘度的散粒状落煤的垂直输送，而且在运送煤屑煤粉时，其封闭式结构还有利于降尘。如图1所示，斗式提升机采用的是垂直式安装方式，当然也可以根据现场安装空间特点，选择倾斜式安装方式。需要注意的是斗式提升机的料斗应该需用浅斗形式，即斗口下倾角一般不超过45°且整斗深度不宜过大，这样有利于抛料，在煤屑黏度过大时，还可以通过加快设备转速，提高抛料时离心力，使煤屑顺利抛出。另外考虑到在煤屑黏度低时，采用单通道型机桶时，机壳内形成的涡流可能产生较大粉尘，因此在成本允许的情况下，首选通道型机桶，因为采用这种方式还可以进一步减小设备的占地面积。

2 结 语

应用平面二连杆机械臂、螺旋输送机和斗式提升机组合操作，能够有效解决胶带输送机驱动站胶带回程落煤的治理难题，不仅降低了人工成本，还提高了矿山胶带机运行与维护的安全性。该方案对其他生产单位胶带输送机回程落料的治理也具有一定借鉴意义。