煤礦井下皮帶機(jī)防火問(wèn)題的研究

煤礦井下皮帶機(jī)防火問(wèn)題的研究

大火是輸送架的最嚴(yán)重事故。皮帶機(jī)帶頭將造成巨大損失和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。因此,實(shí)施對(duì)皮帶機(jī)的防火保護(hù)是非常必要的。1皮帶機(jī)退火引起火災(zāi)皮帶機(jī)著火的原因是多方面的,既有因皮帶機(jī)自身故障而引起的火災(zāi),也有因附近其它火源而引起的皮帶機(jī)著火(如皖北礦務(wù)局劉橋一礦變電所著火引燃皮帶)。這里主要分析因皮帶機(jī)自身故障而引起火災(zāi)的原因。1.1帶著面器官面滑移導(dǎo)致韌帶執(zhí)行壓力主從動(dòng)滾筒打滑的原因很多,分析起來(lái)主要有以下幾方面:(1)機(jī)頭埋煤由于皮帶機(jī)司機(jī)精力不集中或上班睡覺(jué),煤倉(cāng)內(nèi)又缺少滿(mǎn)倉(cāng)控制系統(tǒng),造成滿(mǎn)倉(cāng)后機(jī)頭堆煤,煤進(jìn)入滾筒表面與皮帶之間,降低滾筒與皮帶之間的摩擦系數(shù)而導(dǎo)致皮帶打滑。如徐州礦務(wù)局三河尖煤礦曾發(fā)生過(guò)一次機(jī)頭堆煤事故險(xiǎn)些因皮帶打滑而發(fā)生火災(zāi),峰峰礦務(wù)局薛村礦機(jī)頭堆煤造成皮帶打滑;(2)主動(dòng)滾筒表面的防滑膠嚴(yán)重磨損,表面摩擦系數(shù)下降而導(dǎo)致皮帶打滑;(3)主動(dòng)滾筒表面潮濕引起皮帶打滑;(4)從動(dòng)滾筒打滑的主要原因是從動(dòng)滾筒軸承嚴(yán)重?fù)p壞卡死導(dǎo)致從動(dòng)滾筒不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速下降,皮帶相對(duì)滾筒打滑。不管是主動(dòng)滾筒還是從動(dòng)滾筒,一旦發(fā)生打滑,就會(huì)使?jié)L筒表面溫度升高。根據(jù)徐州礦務(wù)局試驗(yàn)站試驗(yàn),皮帶打滑40min滾筒表面溫度就可達(dá)到320℃,皮帶開(kāi)始冒煙。根據(jù)我們的試驗(yàn),該溫度已是著火溫度。因此說(shuō),主動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒打滑是極其危險(xiǎn)的,長(zhǎng)時(shí)間打滑就可導(dǎo)致皮帶著火。1.2托輥不轉(zhuǎn)引起退火的原因根據(jù)調(diào)研結(jié)果來(lái)看,皮帶機(jī)著火事故中,由于托輥不轉(zhuǎn)而導(dǎo)致托輥溫度溫升著火是近年來(lái)煤礦皮帶機(jī)著火的主要原因之一。由于井下環(huán)境條件較差,托輥軸承內(nèi)部容易進(jìn)入煤粉和灰塵。因此,托輥軸承壽命較短,軸承卡死后,皮帶將在托輥表面摩擦,托輥溫升很高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看,托輥摩擦引起皮帶著火主要發(fā)生在停機(jī)之后。停機(jī)前,皮帶以2～3m/s的速度運(yùn)行,皮帶上固定點(diǎn)與托輥表面接觸的時(shí)間較短,皮帶溫升很小,且由于皮帶運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大的氣流可以降低托輥表面的溫度。因此,正常運(yùn)行時(shí)皮帶不易著火。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn),下托輥不轉(zhuǎn)容易引起火災(zāi)。而上托輥不轉(zhuǎn)則不易引起火災(zāi),并且引起著火不轉(zhuǎn)的下托輥周?chē)话愣挤e有一定的煤粉,煤粉將托輥表面覆蓋住,致使托輥的散熱條件變差。這就說(shuō)明托輥不轉(zhuǎn)引起著火的條件是:(1)托輥卡死;(2)必須是下托輥卡死;(3)托輥位置有許多煤粉和橡膠粉末(這些煤粉和橡膠粉末一部分是由皮帶上落下的煤,也有一部分是不轉(zhuǎn)的托輥磨下的粘在皮帶表面的煤粉和橡膠顆粒);(4)往往是靠近機(jī)尾部位的下托輥。因?yàn)闄C(jī)尾部位皮帶容易灑煤,造成下托輥表面堆煤。2筒溫升的原因根據(jù)上面的分析結(jié)果來(lái)看,主從動(dòng)滾筒溫升的直接原因是皮帶相對(duì)滾筒表面打滑。因此,只要監(jiān)測(cè)出主從動(dòng)滾筒相對(duì)皮帶的打滑率即可控制滾筒的溫升。2.1皮質(zhì)帶滑動(dòng)率的檢測(cè)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員反映,由于電動(dòng)機(jī)功率較大,不管皮帶是否打滑,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本恒定,也就是說(shuō),滾筒表面的線速度基本不變。因此可以在控制電路中事先設(shè)定滾筒的線速度,只要監(jiān)測(cè)皮帶的運(yùn)行速度,并將其與設(shè)定好的主動(dòng)滾筒表面線速度數(shù)值進(jìn)行比較可確定皮帶的打滑率。皮帶正常工作時(shí),打滑率<2%(據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)),我們可以設(shè)定報(bào)警時(shí)的打滑率>10%,如果打滑率長(zhǎng)時(shí)間>10%,則滾筒表面的溫度將會(huì)上升;如果短時(shí)間打滑,則不會(huì)造成起動(dòng)延時(shí),起動(dòng)時(shí)皮帶的打滑較高。這段時(shí)間較短,根據(jù)徐州礦務(wù)局龐莊礦皮帶機(jī)司機(jī)介紹,起動(dòng)分為三步,每步時(shí)間間隔為10S,共計(jì)30S。30S后皮帶達(dá)到正常轉(zhuǎn)速,因此打滑測(cè)量電路可在皮帶機(jī)起動(dòng)后1min開(kāi)始工作。正常運(yùn)行時(shí)偶然打滑的剔除。正常運(yùn)行時(shí),皮帶機(jī)也有可能因負(fù)載變動(dòng)或其它原因出現(xiàn)偶然打滑。為了剔除這種偶然打滑產(chǎn)生的誤報(bào)警。可在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到打滑信號(hào)(滑差率>10%)后延時(shí)20S報(bào)警(不停機(jī))。如果20S內(nèi)打滑信號(hào)消失,則可不報(bào)警;如打滑信號(hào)超過(guò)20S,則持續(xù)報(bào)警,直到值班司機(jī)檢查處理后再停止報(bào)警;若報(bào)警持續(xù)5min,而值班司機(jī)仍未處理,則應(yīng)控制停機(jī)。2.2動(dòng)滾動(dòng)面線速度的測(cè)量從動(dòng)滾筒打滑的主要原因是滾筒軸承損壞卡死或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活,這時(shí)皮帶相對(duì)滾筒就會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。從動(dòng)滾筒打滑的監(jiān)測(cè)可通過(guò)測(cè)量皮帶相對(duì)滾筒表面的滑差率。正常情況下,從動(dòng)滾筒(機(jī)尾滾筒)上下兩側(cè)皮帶的張力基本相等(不考慮軸承的滾動(dòng)摩擦力),皮帶相對(duì)于滾筒表面的滑差率近似為0,但是一旦軸承損壞,滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)不靈,這時(shí)皮帶相對(duì)于從動(dòng)滾筒的滑差率將上升,可規(guī)定滑差率>10%為報(bào)警閾值。從動(dòng)滾筒上皮帶相對(duì)于滾筒的滑差率可通過(guò)分別測(cè)量皮帶的線速度與從動(dòng)滾筒表面的線速度來(lái)進(jìn)行。從動(dòng)滾筒線速度的測(cè)量方法如下:(1)在從動(dòng)滾筒的軸端貼一圓盤(pán),在圓盤(pán)上的外緣部位開(kāi)一個(gè)小槽,將4×3.3×1.5mm3的小磁片用膠粘在槽內(nèi),將圓盤(pán)用三個(gè)螺釘固定到軸端(如圖1(a))。(2)將原來(lái)的軸承端蓋去掉,換上一個(gè)自制的軸承端蓋,在端蓋上安裝一個(gè)霍爾磁敏傳感器,軸每轉(zhuǎn)一周,霍爾傳感器則接收到一個(gè)脈沖信號(hào),只要記錄出每秒內(nèi)接收到的脈沖數(shù),即可算出從動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速,也就能得出滾筒的線速度。圖1(b)是傳感器的安裝位置。因此,只需測(cè)出滾筒軸端傳感器每秒接收到的脈沖數(shù),以及一定長(zhǎng)度皮帶上所接收到的脈沖數(shù),即可判斷從動(dòng)滾筒上皮帶的滑差率。3托輥停機(jī)時(shí)造成火災(zāi)前面已經(jīng)分析過(guò),托輥溫升的主要原因是托輥軸承卡死,皮帶在托輥上摩擦使托輥溫度上升,再加上托輥周?chē)忻悍郯鼑?散熱不好。因此,托輥在停機(jī)后,就易于烤著皮帶及周?chē)拿悍?造成火災(zāi)。我們對(duì)幾種材料的著火溫度進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果如下:3.1托輥表面溫度測(cè)量由上列表中可以看出,一旦托輥表面溫度達(dá)到320℃以上,皮帶就有可能著火,煤粉也可能被點(diǎn)燃。因此,皮帶機(jī)工作過(guò)程中應(yīng)限制托輥表面溫度不應(yīng)超過(guò)320℃。若托輥表面溫度超過(guò)329℃,則應(yīng)報(bào)警。皮帶正常工作過(guò)程中,托輥是旋轉(zhuǎn)的,無(wú)法直接測(cè)量托輥表面溫度,非接觸測(cè)量在井下惡劣環(huán)境下難以應(yīng)用。因此我們考慮將熱敏傳感器安裝在固定不動(dòng)的托輥軸上。這樣熱敏元件所感受的熱量經(jīng)由以下幾個(gè)環(huán)節(jié),即托輥表面→→軸承→→托輥軸→→傳感器導(dǎo)熱體→→熱敏元件。由于溫度傳遞經(jīng)歷了多個(gè)環(huán)節(jié),每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在一定的溫度梯度,為此,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中做了托輥的傳熱試驗(yàn)。試驗(yàn)是在室溫環(huán)境下,用電爐加熱托輥表面,模擬托輥被煤粉包圍的散熱條件,然后分別測(cè)量托輥表面溫度,托輥軸溫度及傳感器內(nèi)部熱敏元件處的溫度。測(cè)試結(jié)果如下:托輥溫度290℃～300℃介于皮帶冒煙溫度與著火溫度之間,應(yīng)屬危險(xiǎn)溫度。此時(shí)傳感器內(nèi)部溫度為100℃～110℃。因此,我們可以設(shè)定110℃為傳感器的報(bào)警溫度。3.2托輥溫度監(jiān)測(cè)托輥溫度監(jiān)測(cè)只需要監(jiān)測(cè)托輥表面溫度是否到達(dá)危險(xiǎn)溫度,如果沒(méi)有到達(dá)危險(xiǎn)溫度,則即不用報(bào)警,也不必顯示托輥表面溫度的數(shù)值。因此,溫度傳感器最好選擇開(kāi)關(guān)型的。為此,我們選擇了記憶合金作為溫敏元件,制定記憶合金的變形溫度為110℃。當(dāng)傳感器內(nèi)部溫度達(dá)110℃以上時(shí),說(shuō)明托輥表面達(dá)290℃～300℃,此時(shí)記憶合金應(yīng)該變形,從而發(fā)出信號(hào)。本傳感器中選擇記憶溫度為110℃的記憶簧作為溫敏元件,彈簧材料為鎳鋁銅合金,彈簧外徑為?10mm,變形前長(zhǎng)度為10mm,到達(dá)110℃后伸長(zhǎng)量達(dá)7～8mm。托輥不轉(zhuǎn)而引起皮帶機(jī)著火的主要位置是離機(jī)尾部位較近的下托輥。因此,監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要是靠近機(jī)尾處的30組下托輥。在這30組托輥軸上裝上溫度傳感器,為節(jié)能并考慮監(jiān)測(cè)方便,擬采用傳感器并聯(lián)的常開(kāi)電路,在每個(gè)傳感器后串聯(lián)一個(gè)10Ω的電阻,用以判斷報(bào)警時(shí)托輥的位置。采用恒流源供電,電流恒定為10mA。圖2為托輥溫度監(jiān)測(cè)原理圖。若某一組托輥卡死,溫度上升至危險(xiǎn)的報(bào)警溫度(110℃)時(shí),則該組托輥上的傳感器動(dòng)作,接通回路,發(fā)生報(bào)警信號(hào)?？ㄋ劳休伒奈恢每梢酝ㄟ^(guò)托輥恒流源兩端的電壓值判斷。托輥序號(hào)從機(jī)尾處向前排序?？ㄋ劳休伒奈恢门c恒流源兩端電壓值之間的關(guān)系如下表:若恒流源兩端的電壓為1.5V,則說(shuō)明第15組下托輥不轉(zhuǎn)且托輥表面溫度到了危險(xiǎn)的報(bào)警溫度,