王浩淇

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

對(duì)于斜井提升的礦井來說，帶式輸送機(jī)（簡(jiǎn)稱皮帶）這種連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備較之礦車、箕斗等斷續(xù)運(yùn)輸設(shè)備具有更大的運(yùn)輸能力，且在運(yùn)輸過程中有較低的事故率，目前在斜井提升的大、中型礦井中得到了廣泛的應(yīng)用。

盡管帶式輸送機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但普通帶式輸送機(jī)由于其爬坡能力較小，從而使其應(yīng)用范圍受到較大限制。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：普通帶式輸送機(jī)其運(yùn)行角度不宜大于16°，實(shí)際應(yīng)用中最大一般也不超過18°，否則會(huì)引起煤炭運(yùn)輸過程中在膠帶上下滑。而采用大傾角皮帶則可使提升角度大大提高（最大可達(dá)28°）。以某礦為例，當(dāng)主井傾角為23.3°時(shí)（即采用大傾角皮帶），其井筒斜長(zhǎng)為764 m，若采用普通皮帶，即主井傾角為16°時(shí)，則井筒斜長(zhǎng)應(yīng)為1 096 m。顯見可節(jié)省井筒工程量約330 m。按每米造價(jià)2 萬元計(jì)，則可節(jié)約投資約660 萬元；按每月井筒施工進(jìn)度為65 m 計(jì)，則可節(jié)約工期約5 個(gè)月，顯見經(jīng)濟(jì)效益明顯。

因此，采用大傾角帶式輸送機(jī)，可大大減少運(yùn)輸距離，進(jìn)而減少井筒工程量，從而降低造價(jià)、縮短工期。大傾角帶式輸送機(jī)在礦井的應(yīng)用，具有極高的實(shí)踐價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。

1 大傾角帶式輸送機(jī)工作原理

普通帶式輸送機(jī)靠膠帶帶面與煤炭之間的摩擦力來帶動(dòng)煤炭隨皮帶運(yùn)行，其上托輥組槽角一般為30°～35°，從而使帶面形成槽型，以便最大限度地多裝物料。大傾角帶式輸送機(jī)，主要包括花紋輸送帶式或深槽型帶式輸送機(jī)、波狀擋邊帶式輸送機(jī)、壓帶式輸送機(jī)等。在煤礦生產(chǎn)中，最常使用的大傾角輸送機(jī)是指深槽型帶式輸送機(jī)，帶式輸送機(jī)采用四輥深槽托輥組或者五輥深槽托輥組，加大膠帶對(duì)煤炭的夾持，從而增大煤炭與輸送帶的摩擦力，阻止煤炭沿輸送帶下滑。國(guó)內(nèi)目前實(shí)際運(yùn)行的大傾角帶式輸送機(jī)，其側(cè)托輥的安裝角度多為60°（一般側(cè)托輥的角度不低于50°）。

2 大傾角帶式輸送機(jī)的參數(shù)選取

對(duì)于大傾角帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，與普通帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算并無較大的區(qū)別，主要是在具體參數(shù)的選取上，略有不同。

1）帶速v。普通的帶式輸送機(jī)，速度最低為0.3 m/s（如撿矸皮帶），速度最高可達(dá)4.0 m/s。帶速不僅影響到輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，也影響到帶式輸送機(jī)配套部件的選用。對(duì)大傾角帶式輸送機(jī)來講，帶速的大小還影響到物料輸送的穩(wěn)定性。比如主斜井布置大傾角帶式輸送機(jī)，由于給煤機(jī)和帶式輸送機(jī)之間存在落料高差和給料速度，落料速度和帶式輸送機(jī)帶速不一致，若原煤和輸送帶之間的摩擦力不能克服原煤落料的慣性速度，會(huì)使原煤和輸送帶出現(xiàn)錯(cuò)位，造成原煤在輸送帶上下滑。因此，大傾角帶式輸送機(jī)的帶速不宜過大，設(shè)計(jì)時(shí)一般取帶速為2.0 m/s 或者2.5 m/s，極限情況下不宜超過3.15 m/s。

2）模擬摩擦系數(shù)f。普通帶式輸送機(jī)的模擬摩擦系數(shù)f一般取0.03，而大傾角帶式輸送機(jī)采用深槽托輥組和其他裝置，摩擦力相對(duì)普通帶式輸送機(jī)要大一些，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，大傾角帶式輸送機(jī)的模擬摩擦系數(shù)應(yīng)該適當(dāng)增大，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般取f≥0.035。

3）輸送帶的安全系數(shù)n。按照煤炭安全規(guī)程，棉織物芯輸送帶的安全系數(shù)取8～9，尼龍、聚酯織物芯輸送帶的安全系數(shù)取10～12，鋼絲繩芯輸送帶的安全系數(shù)取7～9（當(dāng)帶式輸送機(jī)采取可控軟啟動(dòng)、制動(dòng)措施時(shí)，取5～7）。大傾角帶式輸送機(jī)也應(yīng)遵守相關(guān)規(guī)范。對(duì)于大傾角帶式輸送機(jī)而言，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，若發(fā)生斷帶事故，損失比普通皮帶大的多。因此，大傾角帶式輸送機(jī)輸送帶的安全系數(shù)應(yīng)取較大值。但是安全系數(shù)過大，就意味著要選取較高規(guī)格（強(qiáng)度）的輸送帶，輸送帶的強(qiáng)度越大，不僅成本更高，而且輸送帶厚度也增加，會(huì)造成輸送帶的成槽性變差，不利于輸送帶對(duì)物料的夾持。因此，大傾角帶式輸送機(jī)輸送帶的安全系數(shù)也不能過大。

綜上，大傾角帶式輸送機(jī)安全系數(shù)的選取，實(shí)際也就是輸送帶的選取，必須核實(shí)，既要滿足輸送帶強(qiáng)度的要求，也要滿足成槽性要求。

3 大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)改造實(shí)例

本文將以寺河二號(hào)井礦井的主斜井帶式輸送機(jī)的改造設(shè)計(jì)為案例，說明大傾角帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)改造中的應(yīng)用。

3.1 主斜井帶式輸送機(jī)現(xiàn)狀

寺河二號(hào)井主斜井帶式輸送機(jī)為西北煤機(jī)二廠生產(chǎn)的一部鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)，主要提升原煤，2006 年底投運(yùn)。設(shè)備型號(hào)為DTC100/60/2×250，運(yùn)輸物料為原煤，物料粒度0～300 mm。設(shè)備帶寬1 000 mm，帶速2.8 m/s，皮帶傾角23°～20°，運(yùn)輸距離483 m，運(yùn)量為600 t/h，配套2 臺(tái)南陽(yáng)防爆電機(jī)廠生產(chǎn)的YKK450-4 型電機(jī)，電機(jī)功率250 kW，電壓10 kV。減速器型號(hào)為H3SH13，膠帶采用ST/S2000（阻燃膠帶）型膠帶，膠帶安全系數(shù)11。

3.2 設(shè)備改造理由

礦井現(xiàn)主井皮帶提升能力為230 萬t/a，已不能滿足集團(tuán)總公司對(duì)礦井產(chǎn)量的要求以及礦井發(fā)展的需要，故需要對(duì)主井提升設(shè)備進(jìn)行改造。初步確定按主斜井帶式輸送機(jī)年提升能力為350 萬t/a 進(jìn)行改造，故本次設(shè)計(jì)方案按滿足350 萬t/a 提升能力進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

3.3 方案設(shè)計(jì)內(nèi)容

主斜井帶式輸送機(jī)按每年工作330d，每天18h 提升煤炭，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成最大提升任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

年提升能力350 萬t/a 時(shí)，主斜井帶式輸送機(jī)小時(shí)提升能力計(jì)算：

式中：k為不均衡系數(shù)，取1.15。經(jīng)計(jì)算Q=677 t/h。

根據(jù)計(jì)算，并根據(jù)集團(tuán)公司意見，選取主斜井帶式輸送機(jī)小時(shí)提升能力為680 t/h。根據(jù)帶式輸送機(jī)輸送能力，反算帶寬，計(jì)算如下：

式中：α 為斷面系數(shù)，取440；γ 為物料容重，取0.9 t/m3；C為傾角系數(shù)，取0.75；ξ 為速度系數(shù)，取0.90。

當(dāng)Q=680 t/h，選取速度v=3.15 m/s，得帶寬B=0.96 m<1.0 m；選取速度v=2.8 m/s，得帶寬B=1.02 m>1.0 m。由于甲方要求利用原有帶式輸送機(jī)膠帶及中間架，所以選取皮帶運(yùn)行速度v=3.15 m/s。

經(jīng)過多方案布置比選，同時(shí)考慮與礦井新建選煤廠的搭接，最終改造方案為對(duì)原有帶式輸送進(jìn)行延伸，對(duì)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行改造，并新建井口房。改造后的主斜井帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)采用頭部交流變頻器調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：運(yùn)量Q=680 t/h，帶寬B=1 000 mm，帶速v=3.15 m/s；機(jī)長(zhǎng)L=523 m；角度α=23°～20°～12°；采用阻燃防撕裂膠帶ST/S2000；采用雙滾筒雙驅(qū)動(dòng)方式（功率分配1∶1）；配套2 臺(tái)400 kW 電機(jī)和交流變頻器調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置；設(shè)有1 套盤形制動(dòng)器和1 套低速逆止器；拉緊方式采用尾部重載車式拉緊裝置。

3.4 皮帶改造配套技術(shù)

3.4.1 防止物料滾滑

本次設(shè)計(jì)為保證原煤運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，設(shè)計(jì)皮帶上托輥組的間距維持原有的1 200 mm 不變。因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn)，大傾角帶式輸送機(jī)上托輥組的間距不宜超過1 200 mm，這樣減小輸送帶的下垂度，保證運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

為進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定，防止運(yùn)輸過程中塊煤失穩(wěn)下滑。設(shè)計(jì)時(shí)考慮沿運(yùn)輸方向每隔30 m 左右設(shè)置一組使原煤?jiǎn)蜗蛲ㄟ^的擋料裝置。

3.4.2 采用軟啟動(dòng)裝置

采用軟啟動(dòng)裝置，不僅可以改善設(shè)備的啟動(dòng)性能、減小對(duì)系統(tǒng)的沖擊，而且可以避免輸送機(jī)帶載啟動(dòng)時(shí)加速度過大而造成的物料失穩(wěn)下滑。本次設(shè)計(jì)改造后的帶式輸送機(jī)選用變頻軟啟動(dòng)裝置，安全可靠。

3.4.3 防止皮帶逆轉(zhuǎn)

本次設(shè)計(jì)皮帶采用雙滾筒驅(qū)動(dòng)，在低速軸上設(shè)置逆止器，同時(shí)在高速軸上加設(shè)制動(dòng)器，作為防止逆轉(zhuǎn)的第二套保險(xiǎn)裝置，有效防止皮帶逆轉(zhuǎn)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

大傾角帶式輸送機(jī)可大大減少井筒工程量、降低造價(jià)和縮短工期，因此，在條件允許的情況下，主斜井煤炭的提升應(yīng)盡可能采用大傾角帶式輸送機(jī)。