劉 偉

(西山煤電集團(tuán)晉興公司 斜溝煤礦，山西 興縣 033600)

膠帶輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)過程中廣泛使用的原煤運輸工具之一，其運輸能力是決定礦山產(chǎn)量的重要因素[1-2]。在原煤運輸過程中，尤其是在北方，出現(xiàn)極寒天氣時，經(jīng)降塵處理的原煤碎屑與煤粉極容易粘連凍結(jié)在膠帶上，受膠帶反轉(zhuǎn)、振動以及清掃器工作性能下降等因素影響，驅(qū)動站處的膠帶回程落煤量快速增加，如不及時清理將導(dǎo)致膠帶機(jī)停運甚至發(fā)生火災(zāi)，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。然而，現(xiàn)有技術(shù)尚無法徹底解決膠帶機(jī)驅(qū)動站膠帶回程落煤問題。為清理落煤，通常只能采用人工方式清掃，這樣不僅效率低，而且還容易發(fā)生安全事故。

1 方案設(shè)計

由于驅(qū)動站空間狹小，且地面坡度較大，無法采用體積較大的移動式清掃裝置。因此考慮采用“平面二連桿機(jī)械臂+螺旋輸送機(jī)+斗式提升機(jī)”的綜合解決方案清理落煤。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)采用定時開啟、間歇式工作方式，根據(jù)生產(chǎn)情況和落煤量，設(shè)定開機(jī)時間和清掃時長，以滿足清掃需求并延長設(shè)備使用壽命。同時，為防止落煤外溢，系統(tǒng)按照斗提機(jī)、螺旋輸送機(jī)和機(jī)械臂的順序啟動，啟動間隔時間不少于30 s。

系統(tǒng)按清掃區(qū)域布置多個平面二連桿機(jī)械臂[3]，用于將膠帶下方的落煤撥推至螺旋輸送機(jī)的進(jìn)料口，然后斗提機(jī)再將落煤集中提升至膠帶上方傾倒。

由于膠帶下方空間狹小且有膠帶支架，如果清掃機(jī)械臂過長將導(dǎo)致運行空間受限，所以采用分段布設(shè)機(jī)械臂的方式。清掃作用主要靠第二段機(jī)械臂完成，該段控制主要由其末段位置決定。圖2中“P”點表示機(jī)械臂末端位置，根據(jù)圖中的坐標(biāo)系可得P點的坐標(biāo)為：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 平面二連桿機(jī)械臂

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

(1)

式中：l1和l2，θ1和θ2分別為兩個機(jī)械臂桿的長度和它們與坐標(biāo)軸的夾角。在實際清掃過程中，往往是根據(jù)機(jī)械臂要到達(dá)的位置去計算機(jī)械臂桿的轉(zhuǎn)角θ1和θ2，也即求解機(jī)械臂逆運動學(xué)方程的過程，通過推導(dǎo)可得：

(2)

(3)

于是，控制器便可以根據(jù)求得轉(zhuǎn)角θ1和θ2來控制機(jī)械臂。

應(yīng)用二連桿機(jī)械臂可以將膠帶下方的落煤推掃到集中清理區(qū)域，如果能在集中清理區(qū)開溜槽，使煤屑煤粉直接落入到煤倉或者其他收儲裝置內(nèi)，無疑是一種便捷高效的方式。然而，實際操作過程中，在驅(qū)動站膠帶下方的混凝土板上開孔，尺寸不宜過大，否則對驅(qū)動站建筑結(jié)構(gòu)威脅較大，存在安全隱患，因此其直徑一般不超過膠帶寬度的三分之一。采用這種清掃方式，隨著時間的推移，尤其是在溫度低、煤粉黏度高的情況下，開孔極容易堵塞。因此考慮采用一種適用于具有一定黏性的粉粒類物料運輸裝置，同時體積不應(yīng)過大，用以將煤屑轉(zhuǎn)運至膠帶機(jī)道側(cè)方，然后再返送至膠帶上方。螺旋輸送機(jī)[4-5]在短距離粉粒狀物料運輸上應(yīng)用廣泛，在物料黏性較大時，選擇無軸螺旋輸送機(jī)可以較好地解決物料堵塞問題，而且成本和重量都較常規(guī)螺旋輸送機(jī)低。另外，在使用過程中，因安裝空間受限，定制設(shè)計螺旋輸送機(jī)時，在滿足運輸量要求的情況下應(yīng)盡量微型化處理。螺旋輸送機(jī)采用“U”型開放式結(jié)構(gòu)，整個機(jī)身上方均可以作為進(jìn)料口，在需要的情況下，機(jī)身也可以采用“T”字型或“L”型交匯，需要根據(jù)現(xiàn)場安裝條件設(shè)計。同時還需要考慮到原煤受除塵水霧影響，導(dǎo)致膠帶落煤黏性較大，特別是冬季，因此根據(jù)現(xiàn)場情況，應(yīng)該適當(dāng)提高工作轉(zhuǎn)速，當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)速較高時，物料在它的推動下，會產(chǎn)生更大的離心力，這樣不容易使落煤過多地附著在螺旋上，有利于提高運輸效率并且能夠節(jié)約能耗和延長設(shè)備使用壽命。

螺旋輸送機(jī)將膠帶下方的落煤運送到膠帶機(jī)道側(cè)方，然后再通過斗式提升機(jī)將落煤垂直提升至膠帶上方傾倒，同膠帶上的原煤一同進(jìn)入煤倉或者轉(zhuǎn)運至下級轉(zhuǎn)運設(shè)備。選擇斗式提升機(jī)主要是由于膠帶機(jī)道側(cè)面空間狹小，通常只能容納一個人通過，因此必須選擇小型的垂直提升裝備。同其他垂直提升設(shè)備相比，斗式提升機(jī)不僅占地面積小，而且密封性好，非常適于散粒狀物料，另外還具有功耗低、提升力大和運行噪音小的優(yōu)點，并且可以根據(jù)物料特點及運輸需要選擇不同形式的料斗及提升方式。

斗式提升機(jī)不僅適合運量小、且?guī)в幸欢ㄕ扯鹊纳⒘盥涿旱拇怪陛斔?，而且在運送煤屑煤粉時，其封閉式結(jié)構(gòu)還有利于降塵。如圖1所示，斗式提升機(jī)采用的是垂直式安裝方式，當(dāng)然也可以根據(jù)現(xiàn)場安裝空間特點，選擇傾斜式安裝方式。需要注意的是斗式提升機(jī)的料斗應(yīng)該需用淺斗形式，即斗口下傾角一般不超過45°且整斗深度不宜過大，這樣有利于拋料，在煤屑黏度過大時，還可以通過加快設(shè)備轉(zhuǎn)速，提高拋料時離心力，使煤屑順利拋出。另外考慮到在煤屑黏度低時，采用單通道型機(jī)桶時，機(jī)殼內(nèi)形成的渦流可能產(chǎn)生較大粉塵，因此在成本允許的情況下，首選通道型機(jī)桶，因為采用這種方式還可以進(jìn)一步減小設(shè)備的占地面積。

2 結(jié) 語

應(yīng)用平面二連桿機(jī)械臂、螺旋輸送機(jī)和斗式提升機(jī)組合操作，能夠有效解決膠帶輸送機(jī)驅(qū)動站膠帶回程落煤的治理難題，不僅降低了人工成本，還提高了礦山膠帶機(jī)運行與維護(hù)的安全性。該方案對其他生產(chǎn)單位膠帶輸送機(jī)回程落料的治理也具有一定借鑒意義。