張 軍，董廣明（新汶礦業(yè)集團(tuán) 伊犁能源公司，新疆 伊犁　83500）

伊犁四礦長距離輸煤皮帶機方案優(yōu)化與參數(shù)的選取

張 軍，董廣明
（新汶礦業(yè)集團(tuán) 伊犁能源公司，新疆 伊犁83500）

根據(jù)伊犁四礦長距離帶式輸送機與受煤點設(shè)計中存在的無法搭接情況，論文從技術(shù)角度進(jìn)行了綜合分析與計算，將一部皮帶分成兩部皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)載運輸；并分別對帶寬、帶速進(jìn)行了功率、牽引力、膠帶張力及投資方面的綜合比較。進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計方案，既保證了技術(shù)上可行，節(jié)省了投資，又提高了設(shè)備的可靠性，取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

長距離膠帶輸送機；方案優(yōu)化；參數(shù)選??；優(yōu)化設(shè)計

0　引言

伊犁四號礦井位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州霍城縣東南部，行政區(qū)劃隸屬霍城縣惠遠(yuǎn)鎮(zhèn)及伊寧市英也爾鄉(xiāng)，設(shè)計產(chǎn)量為600萬噸/年，服務(wù)年限40年，今年6月底試生產(chǎn)。該礦生產(chǎn)的煤炭主要為新天煤化工提供制造天然氣的原料煤。

伊犁四礦原煤倉海拔標(biāo)高+906m，新天煤化工原煤受料點海拔高+1068.3m，受料點距地面51.7m，高差214m，兩者直線水平距離3530m，帶式輸送機運量Q= 2000t/h。經(jīng)過對運輸方式、前期投資、后期維護(hù)、綜合運費等多方面論證比較后決定采用膠帶輸送機運輸煤炭是最優(yōu)選擇。

1　膠帶輸送機運輸系統(tǒng)設(shè)計

原設(shè)計方案為伊犁四礦至煤化工采用一條膠帶輸送機實現(xiàn)長距離運輸，在煤化工備煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運站增加鋼結(jié)構(gòu)支撐，膠帶輸送機沿線采用全封閉式防護(hù)罩有效保護(hù)膠帶及設(shè)備；控制系統(tǒng)采用液體粘性可控軟起動裝置實現(xiàn)膠帶輸送機的啟停。該方案優(yōu)點明顯，中間無轉(zhuǎn)載，減少了物料轉(zhuǎn)運次數(shù)，減少了物料對機械設(shè)備的沖擊，降低了設(shè)備的故障點。

經(jīng)過實地勘察后，發(fā)現(xiàn)該方案存在以下問題：①煤化工轉(zhuǎn)運站卸載點未充分考慮輸送機卸載部的載荷，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運站不能承擔(dān)輸送機卸載部的水平作用力，而且轉(zhuǎn)運站已經(jīng)施工；②長距離全封閉輸送能有效防塵，但工程造價相應(yīng)提高；③采用液體粘滯性可控離合器控制膠帶輸送機，只能起到軟啟動的作用，不能實現(xiàn)調(diào)速及可控傳動，為此需要對原設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。

2　系統(tǒng)方案優(yōu)化

針對上述存在的問題，提出了兩種方案：一是原設(shè)計不變，加固卸載點結(jié)構(gòu)，滿足輸送機卸載部的水平作用力；二是改為兩條膠帶輸送機接力輸送，第一部長3264m，高差173m，爬升角度3.04°，第二部長 275m，高差37m，角度10°。

方案一的主要問題是卸載點的承載部結(jié)構(gòu)體系不合理，一側(cè)為60m高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一側(cè)為50m高的鋼結(jié)構(gòu)，不能組成一個受力體系，在土建設(shè)計中是極不合理的；其次，為了抵抗水平力而加設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)，鋼材用量約550t，在高度50m處的水平力約2500kN是不經(jīng)濟(jì)的；第三，此處地質(zhì)結(jié)構(gòu)為自重濕陷性黃土，僅基礎(chǔ)需要30多個直徑1.2m的灌注樁、筏板承臺或帶基礎(chǔ)梁的筏板承臺。

方案二存在的問題主要是增加了物料轉(zhuǎn)運次數(shù)，增加了物料對膠帶及其他機械設(shè)備的沖擊，降低膠帶的使用壽命；其次，增加一部皮帶機的同時增加了控制點和故障點，增加了連續(xù)穩(wěn)定運行的風(fēng)險性；第三，設(shè)備增加后，相應(yīng)的維修及后續(xù)人員維護(hù)費用增加。

綜合上述對比，考慮到方案一中增加鋼支架分擔(dān)載荷受力體系復(fù)雜，設(shè)計難度大，以及不穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，最終選取了兩條輸送機轉(zhuǎn)載方案，如圖1所示。

圖1　膠帶輸送機轉(zhuǎn)載輸送布置圖Fig.1 Belt conveyor transfer transportation arrangement

3　輸送機主要參數(shù)選取

（1）基本參數(shù)。1#輸送機：運量2000t/h，水平運距3264m，提升高度173m。2#輸送機：運量2000t/h，運距275米m提升高度37m，傾角10°。

（2）帶寬和帶速。帶式輸送機輸送量的增大和運輸距離的增長需要增加帶寬或提高帶速來滿足輸送量的要求。增加帶寬需要擴大機身斷面，不僅增加土建工程量，加大投資，還對設(shè)備運行不利；而提高帶速對降低費用有利，帶速愈高，物料單位長度質(zhì)量愈小，所需膠帶強度愈低，減速器功率與傳動比減小，整機設(shè)備費用減低［1］，但提高帶速有以下不利因素：①輸送機安裝質(zhì)量不高，物料易在膠帶上發(fā)生跳動，使機架、托輥產(chǎn)生動應(yīng)力及膠帶跑偏；②輸送機帶速過大易在隧道及走廊內(nèi)揚塵，增加煤塵爆炸的危險；③輸送機帶速高，物料對托輥的沖擊力增大，托輥及滾筒轉(zhuǎn)速高，輸送帶磨損加劇。

（3）實際運量校核。選取帶寬B=1400mm，帶速V=4m/s時實際運量 QS=2240t/h；采用帶寬 B=1600mm，V= 3.15m/s時實際運量QS=2415t/h。兩種方案均能滿足運量要求。

（4）1#皮帶機參數(shù)選取。根據(jù)不同帶寬和帶速在滿載工況時對牽引力、電機功率和膠帶強度進(jìn)行比較見表1所示。根據(jù)不同帶寬、帶速在滿載工況時膠帶張力的關(guān)鍵點對比見表2所示。根據(jù)不同帶寬、帶速下主要設(shè)備及工程量投資對比見表3。

表1　不同帶寬、帶速下牽引力、功率對比Tab.1 Traction and power under different bandwidth，belt speed

表2　不同帶寬、帶速下膠帶關(guān)鍵點張力對比（單位：KN）Tab.2 Tape key tension under different bandwidth，belt speed（Unit：KN）

表3　不同帶寬、帶速下主要投資對比（單位：萬元）Tab.3 Main equipment investment under different bandwidth，belt speed（Unit：ten thousand Yuan）

通過以上對比可以看出，提高帶速可以降低線載荷，從而使輸送帶張力明顯降低，提高膠帶的安全系數(shù)，同時也降低了設(shè)備的選型規(guī)格，減少投資。而降低帶速雖然可以略微降低功耗，但優(yōu)勢并不明顯，在電機功率上體現(xiàn)不出來，而且?guī)捈哟?，相?yīng)的滾筒、托輥、結(jié)構(gòu)件等尺寸均增大。由于帶速降低，皮帶機線載荷增加，膠帶張力增大，滾筒、托輥、鋼結(jié)構(gòu)件的受力均增大，使皮帶機故障率增加。

土建方面，增加帶寬需要擴大走廊斷面，增加走廊工程量、基礎(chǔ)量和地基處理費用。因此，輸送機帶速取值不僅要在理論上合理可靠，而且與國內(nèi)制造、安裝、維護(hù)水平及通風(fēng)安全要求相適應(yīng)。通過核算比較最終確定長距離帶式輸送機帶寬為B=1400mm，帶速為V= 4.0m/s。

（5）2#皮帶機參數(shù)選取。由于2#皮帶機轉(zhuǎn)載1#皮帶機運來的煤炭，因此2#皮帶機必須大于1#皮帶機的運量要求，以免發(fā)生堆料、撒料現(xiàn)象。

由于2#皮帶機較短（L=275m），帶速過高使膠帶繞曲頻率增大，容易使膠帶發(fā)生疲勞破壞，縮短膠帶使用壽命，而且過高的帶速會加劇皮帶機的跑偏，對安裝質(zhì)量要求高。因此2#皮帶機選取帶寬B=1600mm，帶速V=3.15m/s較為合理。

4　驅(qū)動配比和阻力系數(shù)的選取

對于長距離帶式輸送機來說，運行模擬系數(shù)及配比方式是方案合理的前提性保障［2］。針對寒冷地區(qū)設(shè)計特點，對阻力系數(shù)值分別為0.025、0.03、0.035及功率配比為1：1、2：1及2：2做不同的方案配置以確定最優(yōu)方案，見表4。根據(jù)表4計算結(jié)果，對功率配比和阻力系數(shù)選擇如下：

表4　不同模擬阻力系數(shù)及驅(qū)動配置條件下結(jié)論對比Tab.4 Conclusions in different simulation resistance coefficient and drive configuration conditions

（1）通過三種功率配比的比較，2：1的功率配比牽引力和軸功率都有所降低，而且膠帶張力下降，安全系數(shù)提高，選取2：1的功率配比可以提高設(shè)備運行可靠性，延長膠帶使用壽命。

（2）通過三種阻力系數(shù)的比較，降低輸送機的運行阻力可以有效的降低牽引力和膠帶張力，從而降低電機功率和帶強，但阻力系數(shù)必須適應(yīng)環(huán)境要求，為提高運行安全性，模擬阻力系數(shù)取0.03。

綜上分析，利用低阻尼高密封托輥，選取0.03的阻力系數(shù)，并采用2：1的功率配比，可以有效地降低帶強、降低功耗，從而減少了設(shè)備投資，提高輸送機運行的可靠性，延長膠帶的使用壽命。

5　優(yōu)化后的運輸方案

根據(jù)上述分析與計算，優(yōu)化后的1#膠帶輸送機帶寬B=1400mm，帶速V=4.0m/s，電機功率（3×1250）kW；2#膠帶輸送機帶寬B=1600mm，帶速V=3.15m/s，電機功率500KkW。

電控系統(tǒng)全部采用高壓變頻控制，既實現(xiàn)了電機的軟啟動，又滿足了調(diào)速與可控傳動，避免了機械設(shè)備的沖擊與磨損，對于皮帶機驗帶和節(jié)能都有很好的效果，

所以選用了3臺2000kW高壓變頻器和1臺800kW高壓變頻器。

原設(shè)計的全封閉皮帶走廊改為半封閉式，既滿足了當(dāng)?shù)貧夂驐l件的要求，又達(dá)到了防風(fēng)、防雨、防雪、防塵、避免陽光直射老化的目的，降低了工程造價。

6　結(jié)論

通過對伊利四礦長距離帶式輸送機設(shè)計方案優(yōu)化和參數(shù)選取，得出如下結(jié)論：

（1）經(jīng)濟(jì)效益：在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，采用兩部皮帶機代替一部皮帶機減少了鋼結(jié)構(gòu)支撐，降低了皮帶強度，減少了工程投資，雖然增加一部機頭的投資，綜合比較優(yōu)化后可減少投資500萬元；全封閉式皮帶走廊改為半封閉式，節(jié)約資金1495萬元。

（2）社會效益：經(jīng)過對運煤膠帶輸送機方案優(yōu)化，為煤化工原料煤的運輸提供了保障，也為伊犁礦區(qū)長距離運輸皮帶機設(shè)計提供了技術(shù)借鑒。

［1］北京起重運輸機械研究所.DTⅡ（A）型帶式輸送機設(shè)計手冊［M］.冶金工業(yè)出版社，2003.

［2］孫可文.帶式輸送機的傳動理論與設(shè)計計算［M］.煤炭工業(yè)出版社，1991.

Scheme Optimization and Parameter Selection of Long Distance Belt Conveyor in Yili No.4 Mine

ZHANG Jun，DONG Guang-Ming
（Xinwen Mining Group，Xinjiang Yili Energy Company，Yili Xinjiang 835000，China）

Long distance belt conveyor and coal receiving facility were hard to connect in Yili No.4 Mine，according to this case，this article did comprehensive analysis and calculation，divided one belt into two to transship，and comprehensively compared bandwidth，belt speed，power and，traction，tape tension and investment.The above work further optimized the design scheme，not only ensured the technical feasibility，reduced the investment，but also improved the reliability of equipment，achieved good economic and social benefits.

long distance belt conveyor；scheme optimization；parameter selection；optimization design

TH-39

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.017

1002-6673（2015）05-045-03

2015-05-28

張軍（1967-）男，高級工程師。畢業(yè)于山東科技大學(xué)，現(xiàn)任新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司副總經(jīng)理，從事機電技術(shù)與管理工作。