煤矿井下带式输送机故障树分析

煤矿井下带式输送机故障树分析 邢云峰 王在远 李世民 北京起重运输研究院 北京 100007 摘 要：采用故障树分析法对煤矿井下带式输送机输送带的跑偏、打滑、撕裂、断带故障进行分析，重点 对输送带着火事故进行分析。将故障症状 (顶端事件)与故障原因 (故障部件)以格的形式列出，建立了故 障症状原因对照表，可作为故障诊断辅助工具使用，高效解决带式输送机常见事故，保证其高效运行。 关键词：带式输送机；故障树；故障；症状原因；对照表 中图分类号：TH222 文献标识码 ：A 文章编号：1001—0785(2011)09—0071—03 Abstract：With the fault tree analysis method，the paper an alyzes belt faults of the coal mining belt conveyor such as deviation，slipping，tear and breakage，focusing on the conveyor beh fire accident．It establishes reference table for fault symptom (top event)and fault cause(defective parts)，which can be used 8．8 troubleshooting aids to efficiently solve common beh accidents and ensure efficient conveyor operation． Keywords：belt conveyor；fault tree；fauk；symptom cause；reference table 带式输送机能实现物料连续输送、运距长、 运量大、电耗低，被广泛应用在煤矿井下的采区 平巷、采区上下山、运输大巷等场所，成为煤矿 生产非常重要的运输设备⋯。由于煤矿井下带式 输送机工作环境恶劣，故障时有发生，甚至还可 能引发火灾和爆炸事故，直接影响煤矿的安全生 产。因此，采用故障树分析法对井下带式输送机 的可能故障原因进行分析，建立故障症状原因对 照表，对带式输送机故障的高效处理提供依据， 保证带式输送机安全、可靠、高效运行。 1 带式输送机原理及结构 带式输送机是一种靠摩擦驱动连续输送物料 的输送设备，可以在一定的输送路线上，从供料 点到卸料点间形成物料的输送。它既可以输 送散状物料，也可以输送成件物品。带式输送机 在煤矿中应用广泛，随着综合机械化采煤技术的 发展，采煤、掘进工作面的推进速度加快，可伸 缩带式输送机得到大量的应用 J。 带式输送机主要由输送带、驱动装置、制动 装置、支承装置、张紧装置、改向装置、清扫装 置、装料装置、卸料装置组成 J。输送带既是承 载构件，又是牵引构件。驱动装置主要由电动机、 联轴器、减速器、液力偶合器、驱动滚筒组成。 制动装置主要指制动器、逆止器，用来防止带式 《起重运输机械》 2011(9) 输送机带负荷停机时发生逆转。支承装置主要指 承载输送带、物料并完成输送运行的系列设备， 主要由上槽形托辊、下平行托辊及机架组成。张 紧装置主要用来拉紧输送带或补偿输送带的伸长， 使输送带与传动滚筒间保持足够的摩擦驱动力。 改向装置主要由改向滚筒、特殊支架、压轮组成。 清扫装置由头部清扫器、空段清扫器、2级煤斗组 成。装料装置主要由落煤斗、落煤管、缓冲器、 导料槽组成。装卸装置主要指犁煤器。 2 主要故障类型 煤矿井下带式输送机故障时有发生，比如输 送带的跑偏、撕裂、断带、托辊旋转不灵、滚筒 轴承过热、减速器漏油等，在现场使用过程中， 带式输送机故障主要集中在输送带故障上。由于 输送带在带式输送机中是最重要和最昂贵的部件， 输送带故障直接影响带式输送机的性能，因此， 针对输送带的常见故障类型及危害进行分析。 2．1 输送带跑偏 输送带跑偏是指带式输送机运转时发生的输 送带中心线与机身中心线不一致的现象。根本原 因是输送带横断面上的张力不平衡，即输送带所 受的外力在输送带宽度方向上的合力不为0，或胶 带宽度方向上的拉应力不均匀，从而导致托辊或 滚筒等对胶带的反力产生 1个向一侧的分力，使 一 71 — t 得输送带向一侧偏移。 输送带跑偏能造成带式输送机局部撒料、输 送带边缘磨损和撕裂，由于输送带与机架剧烈摩 擦引起输送带软化、烧焦甚至火灾，缩短输送带 的使用期限。 2．2 输送带打滑 输送带打滑是指输送带的运动速度低于传动滚 筒边缘线速度而出现的滑动现象，根本原因是输送 带与传动滚筒之间的摩擦牵引力不足。输送带打滑 会加剧输送带的磨损，甚至断带，磨擦产生的高热 会使输送带胶面炭化而起火，引爆瓦斯煤尘。 2．3 输送带撕裂 输送带撕裂是指输送带局部受力严重不均， 导致输送带沿纵向破坏的现象，主要表现为输送 带边缘的磨损严重而沿表面撕裂，还有输送的煤 中的尖锐杂质插入输送带或输送带中钢丝抽出造 成输送带的纵向撕裂。输送带撕裂通常破坏性很 大，可能造成整条输送带报废。 2．4 输送带断带 输送带断带是由于输送带截面受力不均且张 力超限引起的输送带横向截面断裂，瞬间失去张 力的现象。多发生在输送带的接头附近，通常在 驱动滚筒附近和较大变坡部位的承载带上。倾角 大的上运带式输送机，一旦发生断带下滑或因逆 止器失效造成的逆转事故，就会摧毁机架设备、 堵塞运输巷道 ，造成长时间的停产及重大经济损 失，甚至人员伤亡，后果极其严重。 2．5 输送带着火 输送带着火通常是由于磨擦产生的高热使输 送带胶面炭化而起火，也可能由外部易燃物着火 引燃，发生着火事故，可能引发井下瓦斯、煤尘 爆炸，后果十分严重。 3 输送带故障树分析 3．1 故障树简介 故障树分析是一种演绎推理法，这种方法把 系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种 原因之间的逻辑关系用树形图表示，通过对故障 树的定性与定量分析，找出事故发生的主要原因， 为确定安全对策提供可靠依据，以期达到预测与 预防事故发生的目的。它可以进行故障诊断、分 析系统的薄弱环节、指导系统的安全运行和维修、 一 72 一 实现系统的优化设计_4 J。 3．2 输送带着火故障树 以输送带着火为例，采用故障树分析法进行 分析。输送带着火是由能够产生足够热量或热容 量的火源和输送带不阻燃引起的，根据 日常经验， 总结出输送带着火的主要原因有： 1)使用非阻燃输送带或不合格的输送带； 2)输送带摩擦生热引起火花，具体原因为超 载重压输送带、输送带严重跑偏、托辊旋转不灵、 输送带打滑； 3)液力偶合器采用不合格的易熔塞或者可燃 性介质； 4)井下高速转动的机械设备长时间摩擦易燃 物料 (如煤粉、矸石、木材、棉纱等)而起火。 输送带着火故障树见图1。 尥 外部 水源 4输送 松驰 ㈤ ㈤ 图 1 输送带着火故障树 3．3 故障树分析 根据图 1，建立数学模型，假设顶事件 与底 事件 有发生 (1)或不发生 (0)2种状态，有 如下定义： ⋯ r1， 状态发生 Xi i00， 状态不发生 【， 状态不发生 f1， 状态发生 ‘ 10， 状态不发生 《起重运输机械》 2011(9) 表 1 输送带故障症状原因对照表 序号 故障症状 可 能 原 因 f 机头、机尾滚筒的中心线不重合 托辊架变形 巷道变形 底板鼓起导致机架变形 机头机尾滚筒的轴线不平行 滚筒的轴线与机身不垂直 1 输送带跑偏 接头不正或者损坏 偏载 (装载不正) 清扫器压力不均 堆煤挤输送带 单侧托辊不灵 拉紧调整不当 输送带张力不够 机头部淋水或水煤严重 2 输送带打滑 输送带上装载过多 严重跑偏，输送带被卡 滚筒与输送带间有大块物料 输送带接头处有严重变形及损坏 大块物料或铁器卡住输送带 3 输送带撕裂 严重跑偏，输送带被卡 滚筒与输送带间有大块物料 绳卡上的斜锲未打紧 张紧装置作用在输送带上的拉力 过大 输送带严重老化 输送带强度不够 4 输送带断带 水煤 、 大块物料及铁器冲砸输送带 大块物料或铁器卡住输送带 输送带接头损坏 严重跑偏，输送带被卡 使用非阻燃输送带 输送带打滑摩擦生热起火 5 输送带着火 液力偶合器喷油着火 外部易燃物着火 顶事件输送带着火是系统不希望发生的状态， 《起重运输机械》 2011(9) 相当于 T=1。由于底事件 互相独立，可根据故 障树列出数学描述： T={{(X6UX'／Ux8 UX9UX10UX11)UX4UX5}u X2 UX3}NX1 (1) 根据故障树最小割集和结构重要度理论，由 数学模型得出， l与 ， ⋯X11任一事件的集 合都能成为最小割集 ，从而导致顶端事件 的产 生，即在实际中，当任一底事件导致产生足够热 量的火源，使用非阻燃输送带或不合格的输送带 必然导致输送带着火事故。在实际操作中，可进 行一步计算 ，针对特定的带式输送机采集一定时 间段内各底事件发生概率，根据式 (1)和概率公 式 ，计算故障发生 的概率。从而进行周期检查， 达到预防事故和故障分析的目的 。 故障树分析方法为事故原因的排查提供了完善、 直观、便利的依据。根据故障树模型，结合 日常经 验，对输送带各个故障类型构建故障树进行分析， 并制成输送带故障症状原因对照表，见表 1。 4 结论 1)输送带是井下带式输送机最重要的部件， 其质量及可靠性对带式输送机的安全至关重要， 而输送带接头又是输送带的关键部位，要重点加 强输送带及接头的检测和保养。 (2)输送带故障症状原因对照表直观体现了 输送带故障类型与故障原因的对应关系，可以帮 助维修人员迅速准确地查出常见故障原因，是一 种简单有效的诊断工具。 参考文献 [1]李光布 ．带式输送机动力学及原理 [M]．北京 ：机械 工业出版社 ，1998． [2]全国煤矿安全技术培训复训通用教材编委会．带式输 送机司机 ．刮板输送机司机[M]．北京：煤炭工业出 版社，2007． [3]北京起重运输机械设计研究所，武汉丰凡科技开发有 限责任公司．DTⅡ (A)型带式输送机设计手册[M]． 北京：冶金工业出版社 ，2003． [4]张景林，崔国璋．安全系统工程[M]．北京：煤炭工 业出版社，2002． [5]曹晋华，廖炯生，史定华，等．GB 7829--1987故障 树分析程序[s]．北京：中国出版社，1987． 作 者 ：邢云峰 地 址：北京市雍和宫大街52号 邮 编 ：100007 收稿日期：2011—02—24 — 73 —