季土榮

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

1 運輸方案比選

1.1 汽車運輸方案

汽車運輸現(xiàn)有道路主要有107國道、S333省道、東風路等道路，長約75 km，根據自卸汽車運輸?shù)氖褂谩⑦\輸特點及新區(qū)骨料年需求量，共需額定載重30 t的骨料運輸汽車約1 280臺，汽車間距為120 m。

S333省道經過徐水區(qū)城內，汽車運輸方案所需要車輛多，汽車間距短，社會車輛難以通行，造成城市交通堵塞，管控難度高，安全風險大。汽車運輸方案，所需要車輛多，汽車間距短，社會車輛難以通行，造成交通堵塞，管控難度高，安全風險大。同時原有道路及橋梁需要重新改擴建，道路兩側移民征地難度極大。大量的汽車運輸將會產生各種撒料、漏料等情況，對沿途環(huán)境造成污染；運輸車輛超載、超速和潑灑對公路破壞嚴重且揚塵較大，嚴重影響公路沿線居民生產生活。運輸車輛排放出的尾氣會對空氣造成污染；在居民區(qū)附近行駛時汽車鳴笛會造成噪聲污染。車輛密集，管控難度大，交通安全難以保障，同時汽車骨料轉運過程存在再次破碎，雨天時，骨料含水率波動較大，骨料質量難以得到保證。

1.2 帶式輸送機方案

采用綠色封閉式帶式輸送機運輸建筑骨料方案，可將生產示范基地建筑骨料和周邊現(xiàn)有礦山建筑骨料直接輸送到建筑產業(yè)園和攪拌站，該方案節(jié)能環(huán)保、無噪聲污染，避免因擠壓引起的再次破碎以及雨天運輸造成的含水率波動，可全過程實行物聯(lián)網智能化監(jiān)控。根據新區(qū)建設需求，可隨時調配，安全管控程度高，減緩交通壓力。帶式輸送機綜合運距約為52 km，其建設工期比骨料運輸專線短。

綠色全封閉式帶式輸送機運輸建筑骨料，將生產示范基地建筑骨料直接輸送到建筑產業(yè)園和攪拌站，該方案節(jié)能環(huán)保、無噪聲污染，避免因擠壓引起的再次破碎以及雨天運輸造成的含水率波動，可全過程實行物聯(lián)網智能化監(jiān)控。根據新區(qū)建設需求，可隨時調配，安全管控程度高，減緩交通壓力，其建設工期比骨料運輸專線短。

1.3 方案比選

基于雄安新區(qū)特殊歷史地位及標桿示范作用，對其環(huán)境保護及綠色施工有更高層次的要求，在建設雄安新區(qū)時，堅持“先謀后動、規(guī)劃引領、統(tǒng)籌兼顧、生態(tài)優(yōu)先、高效有序、優(yōu)質安全”，積極探索新區(qū)建設管理新模式、新方法、新手段，以高效率、高標準、高質量保障雄安新區(qū)的開發(fā)建設。長距離帶式輸送機適合距離遠、運量巨大、強度高的骨料運輸，同時帶式輸送機具有占地少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。建設長距離、全封閉帶式帶式輸送機，替代傳統(tǒng)的汽車運輸，有效避免傳統(tǒng)運輸造成的噪音、粉塵等環(huán)境污染和交通壓力。

綜上所述，推薦使用帶式輸送機進行新區(qū)建設骨料的運輸方式。

2 綠色輸送系統(tǒng)線路總體布置

通過現(xiàn)場調研和相應方案比選，確定推薦本工程長距離帶式輸送機線路方案總體布置如下：起點開始向東基本平行于京昆高速（G5）與榮烏高速（G18），在L1-1轉載站后繼續(xù)一路向東下穿京昆高速（G5）后經過廣門村北側、丁莊村及高林營村北側、下穿京廣鐵路和107國道后經過北里村北側后下穿京港澳高速（G4）、京廣高鐵，通過沙河村南側至供應中心；從供應中心開始的配送線，向東通過北城村南側，在北城村東側2.2 km 處設L2轉載站，然后依次通過大南頭村、大八于村、南劇村、晾馬臺村南側、跨越西引河、白溝河及河灘，最后至雄縣倉儲中心。輸送線全線共由7條帶式輸送機組成，全長61.2 km。

3 長距離帶式輸送機工藝與布置

3.1 工藝布置主要原則

（1）保證成品料輸送線路的可行性、可靠性，力求運行簡單，經濟合理。

（2）充分考慮與其他相關系統(tǒng)之間關系和合理銜接，優(yōu)化系統(tǒng)設備流程和工藝布置。

（3）在充分利用曲線帶式輸送機技術特性的基礎上，盡量加大單條帶式輸送機的長度，減少中間轉載環(huán)節(jié)。

（4）重視環(huán)境保護和水土保持，因地制宜，既要投資少，還要減少對地表的破壞、減少土建工程。

（5）輸送線路的選取避免通過集聚的居民區(qū)，以減少拆遷量；盡量沿既有道路邊界布置，避免占用耕地；盡量避開不良地質條件的地段。

（6）帶式輸送系統(tǒng)經過各種道路、田地的時采取高架上跨的方式，沿地面下穿出設安全防護網。

（7）輸送系統(tǒng)的設計需要充分考慮項目施工和運行管理。

3.2 帶式輸送機工藝布置

根據線路總體布置，綜合考慮輸送線平面布置特性，通過對線路縱斷面的布置研究，確定本工程帶式輸送機工藝布置方案。

本項目通過對帶式輸送機平面、縱向線路布置各種工況下的靜態(tài)計算和動態(tài)的分析和計算，并借鑒國內外應用經驗，綜合分析、比較，本輸送線單條長距離帶式輸送機的水平轉彎最多6個，平面轉彎半徑不小于1 800 m，縱面凸凹弧段半徑不小于1 200 m。并最終確定輸送系統(tǒng)由1條直線輸送機和6條空間曲線帶式輸送機組成。

3.3 帶式輸送機工藝設計

根據成品料運輸系統(tǒng)線路總體布置及帶式輸送機工藝布置，本系統(tǒng)采由7條帶式輸送機組成，全部為長距離帶式輸送機，輸送機總長61.2 km，并以此為依據進行帶式輸送機的工藝設計。

（1）帶寬和帶速的確定。根據計算，要滿足本工程主送線輸送能力5 000 t/h，須選用帶寬 B=1 600 mm；滿足配送線的輸送能力為2 500 t/h時，配送膠帶機帶寬 B=1 200 mm。二者帶速均選用 V=5.0 m/s。

（2）輸送帶張力計算。在確定輸送線路阻力摩擦系數(shù)后計算帶式輸送機的運行阻力，用逐點法計算輸送帶關鍵點張力。輸送帶張力應滿足兩個條件，即摩擦條件和垂度條件，就能保證輸送機的驅動條件，可以先按垂度條件進行計算，然后驗算摩擦條件，也可以先按摩擦條件計算再驗算垂度條件。

①線路阻力摩擦系數(shù)ω影響。阻力系數(shù)的選取對輸整體設備的整體方案起著至關重要的作用，對于長距離帶式輸送機來說，合理的運行模擬系數(shù)及配比方式將是方案合理的前提性保障。針對國內環(huán)境和托輥、托輥架加工質量和安裝精度，應用到長距離輸送機，特別是托輥的旋轉阻力對線路阻力摩擦系數(shù)ω影響較大，普通托輥旋轉阻力為2.5～3.0 N，低阻尼托輥的旋轉阻力可降低30%～40%。如果阻力系數(shù)較大，勢必會造成功率和帶強偏大。根據對長距離輸送機的設計、制造以及現(xiàn)場數(shù)據分析，采用普通托輥實際運行阻力系數(shù)一般為0.02～0.03。

低阻力輸送機是指采用低阻力托輥、滾筒、輸送帶等設備，選用低阻力系數(shù)，可以相應降低設備選型，但對托輥、滾筒、輸送帶等設備有特殊要求，初期投資稍大，但運行費用降低一些。

在帶速、帶寬一定的情況下，通過分析不同的線路阻力系數(shù)對配置的影響可得出最優(yōu)的配置方案，節(jié)省初步投資及運營費用。經比較后，考慮本地區(qū)不是高寒地區(qū)，為降低輸送機的投資，推薦選取阻力系數(shù)0.019。

②帶式輸送機運行工況。長距離起伏帶式輸送機往往會出現(xiàn)電動狀態(tài)、發(fā)電狀態(tài)、最大電動狀態(tài)、最大發(fā)電狀態(tài)、滿載狀態(tài)等多種工況。在不同狀態(tài)時，輸送帶的張力不同。如果計算設計考慮不全，嚴重會造成飄帶、跑偏，輸送機不能正常運行，可能還會造成撕帶。

③采用多點驅動是最有效地降低輸送帶張力的方法之一。a.驅動的位置。采用頭尾驅動，頭尾驅動可使驅動功率分散開來，可以降低輸送帶運行時的最大張力，降低輸送帶的強度要求，增加輸送機的運距，降低輸送機制造成本。經嚴格計算分析，采用頭尾驅動可以改善輸送帶張力，增加制動可靠性，是最適合本項目輸送機的。

b.多點驅動的啟制動控制。由于本輸送系統(tǒng)帶式輸送機運距長，下穿變坡點多，線路較為復雜，致使工況復雜，運行控制時如何確定多點驅動啟動的時間間隔成為技術難題。固定的順序延時啟動已經不能滿足要求。經過多條長帶式輸送機的現(xiàn)場運行的經驗分析，在多機順序啟動控制上打破了原有的張力波傳播速度理論，采用輸送帶彈性變形及張力在線檢測控制理論。為了保證帶式輸送機能夠無沖擊順序啟動，就必須滿足在第1驅動的力傳遞到第2驅動點并達到預設值時（此張力值通過動、靜態(tài)分析計算獲得），第2驅動方可啟動，只有這樣，才能準確無誤地確定順序啟動延時的長短，完全解決了帶式輸送機在各種不同工況下的啟動問題，使帶式輸送機啟動更加平穩(wěn)，徹底解決了啟動打滑現(xiàn)象的發(fā)生及輸送帶張力難以控制的問題。

④張緊裝置的合理設置。張緊裝置必須按所需的最大拉緊力進行各工況下的設計計算，重新確定各工況下各關鍵點的張力，然后再確定出最大張力是在何種工況的哪一點，產生最大功率的工況是哪種，從而最終確定該輸送機的各項配置。

⑤ 張力計算成果。經計算，輸送線各條帶式輸送機的張力計算成果見表1。

表1 長距離帶式輸送機張力計算成果表

（3）轉彎段設計。①轉彎半徑。根據計算和分析，初步擬定本工程的長距離帶式輸送機最小轉彎半徑為1 800 m，在以后的施工設計中進一步的優(yōu)化，使輸送機的運行更加安全、可靠、平穩(wěn)。

②轉彎段的結構設計。曲線帶式輸送機是通過將轉彎段的輸送帶內曲線抬高和將托輥傾斜安裝，使輸送機的轉彎段在運行時通過托輥產生向外的推力，克服輸送帶轉彎時由于張力產生的內移力，保證輸送帶轉彎時的正常運行。為了保證轉彎能夠順利實現(xiàn)，采取了以下措施。

a.在線路允許的情況下，進一步調整輸送機線路，增大彎曲半徑，并盡可能避開凹弧段轉彎，提高輸送機轉彎的穩(wěn)定性、可靠性；b.采用深槽托輥組：根據輸送帶張力大小和轉彎半徑的大小，轉彎段托輥組采用45°槽型托輥或60°深槽托輥。c.構成內曲線抬高角τ：輸送帶在轉彎曲線的內側所形成的曲線叫內曲線。內曲線的抬高可減小轉彎半徑，τ越大對轉彎越有利，但過大會使物料向外滾動，因此τ 角不宜過大，一般不大于5°。d.在兩回程托輥之間的輸送帶上面加壓輥，減小回空段所確定的轉彎半徑。e.使轉彎處的托輥具有安裝支撐角ψ：它是在轉彎處使托輥的內側端向輸送帶運行方向移動而形成。ψ越小對輸送帶運行是有利的，但ψ=0時，托輥將不產生對輸送帶向外的推力，此時輸送帶將逐漸向內跑偏，一般按經驗取ψ=0.5°。

（4）傾角的確定。目前國內長距離輸送機可以實現(xiàn)的最大上運角度為25°，最大下運角度為-23°，本運輸系統(tǒng)的長距離線路經過優(yōu)化布置后，實際發(fā)生的最大上運傾角和最大下運傾角如表2所示。同時為保證輸送帶平穩(wěn)運行，需采取以下三個措施：①采用深槽托輥組，與普通托輥組相比，它可以增加對物料的擠壓，增大物料間的內摩擦力，防止物料撒落及滾滑；②采用有效的擋料裝置，防止物料滾滑；③采用可靠軟啟動、制動技術，實現(xiàn)平穩(wěn)緩慢啟動、制動，軟啟動采用變頻啟動，制動采用可控盤式制動器。

表2 長距離帶式輸送機傾角一覽表

綜上計算成果分析，擬定本工程運輸系統(tǒng)各條帶式輸送機主要技術參數(shù)如圖3所示。

表3 長距離帶式輸送機主要技術參數(shù)表

4 噪聲及粉塵控制

4.1 噪音及粉塵簡要分析

成品料運輸系統(tǒng)由7條長距離帶式輸送機組成，在生產運行過程中，主要噪聲源為機械設備運轉噪音、轉載時骨料碰撞溜槽噪音及電機噪音等；主要粉塵源為轉載落料處產生的粉塵，粉塵飄落在構筑物內。噪音及粉塵防護控制措施不當，可能會使人產生聽力下降、損壞耳膜、呼吸系統(tǒng)等危害影響，構筑物內粉塵達到一定濃度時甚至會發(fā)生爆炸等嚴重影響。

4.2 噪音及粉塵控制措施

（1）噪音控制。為降低成品料運輸系統(tǒng)運行時的噪音，首先可以在輸送機頭部護罩采用流線型弧形頭部護罩，卸料漏斗采用誘導風阻尼漏斗，避免物料沖擊，可以有效解決物料對設備的沖擊磨損，降低噪聲污染。

其次，結合工程實際情況，采用以下措施，保證長距離帶式輸送機噪音達到國家要求以下，減少噪音污染：

①采用全封閉式桁架結構，局部（如民居集中線路段）增加隔音板。②加強運行管理，保證給料均勻，避免造成振動，帶動托輥架、桁架振動，產生噪音。③在特殊地段托輥采用高分子托輥，可降低3～5 dB，減少噪音。

再次設置工業(yè)電視和集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和自動化控制，盡量避免作業(yè)人員靠近噪聲源。

（2）粉塵控制。成品料運輸系統(tǒng)全部采用全封閉式桁架結構，減少物料運輸過程產生粉塵。轉載落料處采用封閉溜槽轉載，并在轉載處安裝機械除塵器治理粉塵。

5 結語

雄安新區(qū)作為新常態(tài)新發(fā)展模式的改革創(chuàng)新試驗田，按照“世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位”的總體要求，在綠色環(huán)保理念的引領下，采用全封閉架空長距離帶式輸送機輸送建筑骨料，不僅確保建筑骨料質量，而且在運輸過程較汽車運輸安全、節(jié)能、環(huán)保，對于雄安新區(qū)建設有重要的現(xiàn)實意義，同時所獲得研究成果可為來城市建設提供參考。