摘 要 本文从钢绳芯皮带机火灾事故三方面的主要原因：主动滚筒、从动滚筒和托辊着手，分析了它们各自引起火灾的原理，并提出了各自不同的监控方案。
关键词 钢绳芯皮带机 火灾 监控系统
火灾是带式输送机最严重的事故，一旦皮带机着火，将造成重大的人员伤亡事故和巨大的财产损失。因此，实施对皮带机的防火保护是非常必要的。
1 皮带着火的原因分析
皮带机着火的原因是多方面的，既有因皮带机自身故障而引起的火灾，也有因附近其它火源而引起的皮带机着火(如皖北矿务局刘桥一矿变电所着火引燃皮带)。这里主要分析因皮带机自身故障而引起火灾的原因。
1.1 主从动滚筒打滑
主从动滚筒打滑的原因很多，分析起来主要有以下几方面：
(1)机头埋煤
由于皮带机司机精力不集中或上班睡觉，煤仓内又缺少满仓控制系统，造成满仓后机头堆煤，煤进入滚筒表面与皮带之间，降低滚筒与皮带之间的摩擦系数而导致皮带打滑。如徐州矿务局三河尖煤矿曾发生过一次机头堆煤事故险些因皮带打滑而发生火灾，峰峰矿务局薛村矿机头堆煤造成皮带打滑；
(2)主动滚筒表面的防滑胶严重磨损，表面摩擦系数下降而导致皮带打滑；
(3)主动滚筒表面潮湿引起皮带打滑；
(4)从动滚筒打滑的主要原因是从动滚筒轴承严重损坏卡死导致从动滚筒不转或转速下降，皮带相对滚筒打滑。
不管是主动滚筒还是从动滚筒，一旦发生打滑，就会使滚筒表面温度升高。根据徐州矿务局试验站试验，皮带打滑40min滚筒表面温度就可达到320℃，皮带开始冒烟。根据我们的试验，该温度已是着火温度。因此说，主动滚筒和从动滚筒打滑是极其危险的，长时间打滑就可导致皮带着火。
1.2 托辊不转及皮带在托辊表面滑动
根据调研结果来看，皮带机着火事故中，由于托辊不转而导致托辊温度温升着火是近年来煤矿皮带机着火的主要原因之一。
由于井下环境条件较差，托辊轴承内部容易进入煤粉和灰尘。因此，托辊轴承寿命较短，轴承卡死后，皮带将在托辊表面摩擦，托辊温升很高。根据现场调查来看，托辊摩擦引起皮带着火主要发生在停机之后。停机前，皮带以2～3m/s的速度运行，皮带上固定点与托辊表面接触的时间较短，皮带温升很小，且由于皮带运行过程中产生较大的气流可以降低托辊表面的温度。因此，正常运行时皮带不易着火。
调查中还发现，下托辊不转容易引起火灾。而上托辊不转则不易引起火灾，并且引起着火不转的下托辊周围一般都积有一定的煤粉，煤粉将托辊表面覆盖住，致使托辊的散热条件变差。这就说明托辊不转引起着火的条件是：
(1)托辊卡死；
(2)必须是下托辊卡死；
(3)托辊位置有许多煤粉和橡胶粉末(这些煤粉和橡胶粉末一部分是由皮带上落下的煤，也有一部分是不转的托辊磨下的粘在皮带表面的煤粉和橡胶颗粒)；
(4)往往是靠近机尾部位的下托辊。因为机尾部位皮带容易洒煤，造成下托辊表面堆煤。
2 主从动滚筒打滑监测
根据上面的分析结果来看，主从动滚筒温升的直接原因是皮带相对滚筒表面打滑。因此，只要监测出主从动滚筒相对皮带的打滑率即可控制滚筒的温升。
2.1 主动滚筒的打滑监测方案
据现场人员反映，由于电动机功率较大，不管皮带是否打滑，电动机的转速基本恒定，也就是说，滚筒表面的线速度基本不变。因此可以在控制电路中事先设定滚筒的线速度，只要监测皮带的运行速度，并将其与设定好的主动滚筒表面线速度数值进行比较可确定皮带的打滑率。皮带正常工作时，打滑率＜2%(据机械设计手册)，我们可以设定报警时的打滑率＞10%，如果打滑率长时间＞10%，则滚筒表面的温度将会上升；如果短时间打滑，则不会造成起动延时，起动时皮带的打滑较高。这段时间较短，根据徐州矿务局庞庄矿皮带机司机介绍，起动分为三步，每步时间间隔为10S，共计30S。30S后皮带达到正常转速，因此打滑测量电路可在皮带机起动后1min开始工作。
正常运行时偶然打滑的剔除。正常运行时，皮带机也有可能因负载变动或其它原因出现偶然打滑。为了剔除这种偶然打滑产生的误报警。可在监测系统监测到打滑信号(滑差率＞10%)后延时20S报警(不停机)。如果20S内打滑信号消失，则可不报警；如打滑信号超过20S，则持续报警，直到值班司机检查处理后再停止报警；若报警持续5min，而值班司机仍未处理，则应控制停机。
2.2 从动滚筒打滑监测方案
从动滚筒打滑的主要原因是滚筒轴承损坏卡死或转动不灵活，这时皮带相对滚筒就会出现打滑现象。从动滚筒打滑的监测可通过测量皮带相对滚筒表面的滑差率。正常情况下，从动滚筒(机尾滚筒)上下两侧皮带的张力基本相等(不考虑轴承的滚动摩擦力)，皮带相对于滚筒表面的滑差率近似为0，但是一旦轴承损坏，滚筒运转不灵，这时皮带相对于从动滚筒的滑差率将上升，可规定滑差率＞10%为报警阈值。
从动滚筒上皮带相对于滚筒的滑差率可通过分别测量皮带的线速度与从动滚筒表面的线速度来进行。从动滚筒线速度的测量方法如下：
(1)在从动滚筒的轴端贴一圆盘，在圆盘上的外缘部位开一个小槽，将4×3.3×1.5mm3的小磁片用胶粘在槽内，将圆盘用三个螺钉固定到轴端(如图1(a))。
(2)将原来的轴承端盖去掉，换上一个自制的轴承端盖，在端盖上安装一个霍尔磁敏传感器，轴每转一周，霍尔传感器则接收到一个脉冲信号，只要记录出每秒内接收到的脉冲数，即可算出从动滚筒的转速，也就能得出滚筒的线速度。图1(b)是传感器的安装位置。因此，只需测出滚筒轴端传感器每秒接收到的脉冲数，以及一定长度皮带上所接收到的脉冲数，即可判断从动滚筒上皮带的滑差率。
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图1 霍尔传感器的安装 3 托辊温升监测 前面已经分析过，托辊温升的主要原因是托辊轴承卡死，皮带在托辊上摩擦使托辊温度上升，再加上托辊周围有煤粉包围，散热不好。因此，托辊在停机后，就易于烤着皮带及周围的煤粉，造成火灾。 |
| 试验材料 | 冒烟温度 | 着火温度 |
| 普通胶带 | 220℃～240℃ | 280℃～300℃ |
| 钢绳芯带 | 250℃～270℃ | 320℃～340℃ |
| 煤 粉 | 330℃～350℃ | 420℃～440℃ |
3.1 托辊传热试验 由上列表中可以看出，一旦托辊表面温度达到320℃以上，皮带就有可能着火，煤粉也可能被点燃。因此，皮带机工作过程中应限制托辊表面温度不应超过320℃。若托辊表面温度超过329℃，则应报警。 皮带正常工作过程中，托辊是旋转的，无法直接测量托辊表面温度，非接触测量在井下恶劣环境下难以应用。因此我们考虑将热敏传感器安装在固定不动的托辊轴上。这样热敏元件所感受的热量经由以下几个环节，即托辊表面轴承托辊轴传感器导热体热敏元件。由于温度传递经历了多个环节，每一个环节都存在一定的温度梯度，为此，我们在实验室中做了托辊的传热试验。 试验是在室温环境下，用电炉加热托辊表面，模拟托辊被煤粉包围的散热条件，然后分别测量托辊表面温度，托辊轴温度及传感器内部热敏元件处的温度。测试结果如下： |
| 托辊表面温度 | 托辊轴的温度 | 传感器内温度 |
| 290℃～300℃ | 200℃～210℃ | 100℃～110℃ |
托辊温度290℃～300℃介于皮带冒烟温度与着火温度之间，应属危险温度。此时传感器内部温度为100℃～110℃。因此，我们可以设定110℃为传感器的报警温度。 3.2 温度传感器的选择及测温方案设计 |
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图2 托辊温度监测原理图 |
| 恒流源端电压(V) | 0.10 | 0.20 | … | 1.40 | 1.50 | … | 3.0 |
| 卡死托辊位置号 | 1 | 2 | … | 14 | 15 | … | 30 |
若恒流源两端的电压为1.5V，则说明第15组下托辊不转且托辊表面温度到了危险的报警温度，值班司机听到报警后，应观察控制面板上显示的卡死托辊的位置，然后迅速到达托辊位置进行检查，并采取措施降低托辊表面温度，防止引起皮带机火灾事故，同时通知机电科或皮带工区下井处理。 4 结论 (1)分析了钢绳芯皮带机火灾的主要三种原因； 作者单位：阮铁铬 王正良 中国矿业大学 |
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