煤礦移動式綜掘皮帶回收裝置研制

董友泉

（兗礦集團(tuán)鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513）

采煤工作面運輸巷動輒上千米，甚至2km，綜掘配套帶式輸送機皮帶長度往往長達(dá)2～4km，由于受現(xiàn)場條件的限制，帶式輸送機膠帶的收卷帶操作很不方便，回撤速度慢效率低，而且存在嚴(yán)重的安全隱患。目前仍采用傳統(tǒng)的絞車拽拉膠帶或人工搬運折疊裝車的辦法，需要多人配合拖拽鋼絲繩，體力勞動強度大，鋼絲繩拖拉膠帶也易造成膠帶損壞或變形，更主要的是非常不安全。

因此，研制與應(yīng)用針對綜掘工作面可伸縮帶式輸送機新型收卷帶裝置，對減輕職工繁重的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，完善安全保障體系，具有十分重要的意義。

1 國內(nèi)外的技術(shù)水平及狀況

在國內(nèi)較早時期的工作面可伸縮帶式輸送機上曾配備電動卷放帶裝置，由于設(shè)計存在缺陷，對現(xiàn)場條件要求較高，收卷帶工序復(fù)雜，并需要人工付出較大的體力勞動，所以并未能得到有效應(yīng)用和推廣。近些年來在神華、兗礦等煤礦開始配有液壓卷帶裝置，實現(xiàn)了膠帶收卷帶的機械化，但該裝置要求巷道尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝繁瑣，不能適用綜掘皮帶快速回撤的要求。

本項目研究的目的在于研制符合礦井生產(chǎn)條件的移動式皮帶回收裝置，進(jìn)行合理選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，解決井下綜掘工作面皮帶快速回收問題，降低工人勞動強度，提高回撤環(huán)節(jié)的安全程度。

2 移動式綜掘皮帶回收裝置技術(shù)關(guān)鍵

2.1 主要研究內(nèi)容

該項目是研制和應(yīng)用適用于綜采工作面軌道或運輸巷綜掘帶式輸送機膠帶的回撤工作，能夠?qū)崿F(xiàn)多部帶式輸送機膠帶的快速機械化回撤，減少職工的體力勞動強度，確保作業(yè)安全可靠性，提高生產(chǎn)效率。同時應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作安全簡便、移動靈活等特點。

技術(shù)關(guān)鍵點是移動卷帶裝置的結(jié)構(gòu)形式確定及移動卷帶裝置的穩(wěn)定性研究。

2.2 達(dá)到的水平與目標(biāo)

（1）回收200m 膠帶并裝車，20min內(nèi)完成。

（2）安裝固定簡便牢固，整個裝置穩(wěn)定、安全、可靠。

（3）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，維護(hù)工作量少，操縱簡單，作業(yè)人數(shù)為1～2人。

（4）采用可移動設(shè)計，可實現(xiàn)多個帶式輸送機頭之間快速移動。

（5）具備懸臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以實現(xiàn)機械裝車。

3 研究成果和有關(guān)的技術(shù)參數(shù)

3.1 收卷帶裝置主要參數(shù)選取計算

3.1.1 收卷帶長度

該裝置安裝在SSJ800／2×75型可伸縮膠帶輸送機機頭或機尾，因此只需考慮巷道和平板車運輸最大尺寸即可，所以成卷后的膠帶直徑定為1700 mm 比較合適，據(jù)此可計算出一次卷帶最大長度L為：

式中：D——膠帶卷外徑，取1700mm；

d——卷帶芯軸直徑，取200mm；

δ——膠帶厚度，帶厚8mm。

即一次最大卷帶長度為280m，成卷后的最大直徑為1.7m。

3.1.2 傳動裝置輸出扭矩及轉(zhuǎn)速

卷帶傳動裝置需要的拉力F1包括：膠帶運行阻力、各部件上的附加阻力、過渡弧段上輸送帶張力產(chǎn)生的附加阻力、輸送帶繞經(jīng)滾筒的彎曲阻力、膠帶的傾斜阻力等等，詳細(xì)計算比較復(fù)雜，參考有關(guān)文獻(xiàn)選用如下經(jīng)驗公式簡化計算。

式中：CN——附加阻力系數(shù)，取1.92；

f——運行阻力系數(shù)，取0.025；

L——拉動膠帶長度，取1000m；

qt——托輥組轉(zhuǎn)動部分每米質(zhì)量，對SSJ800／2×75膠帶為6kg／m；

qo——每米輸送帶質(zhì)量，取9.1kg／m；

β——敷設(shè)角度，取50°；

H——膠帶落差，取87m。

靠慮卷280m 膠帶在t=20min內(nèi)完成，則傳動裝置轉(zhuǎn)速n為：

則傳動裝置需要的最小輸出扭矩為：M=F×D／2=14321N·m。

考慮到可靠系數(shù)故確定本傳動裝置的額定輸出扭矩為15000～20000N·m，轉(zhuǎn)速5r／min是合適的。

3.1.3 液壓系統(tǒng)及主要元件參數(shù)確定

根據(jù)以上計算，液壓傳動裝置選擇額定輸出扭矩20000N·m，輸出轉(zhuǎn)速5r／min，額定壓力16 MPa，流量60L／min，以此選擇液壓系統(tǒng)，則電機功率為：

因綜采工作面供電電壓有600／1140 V 兩種，故選擇22kW，660／1140V 異步電動機。

3.1.4 舉帶千斤頂選擇的推力計算

推力F2為：

式中：m——膠帶及傳動裝置總重，m= （2548+150）kg；

L1——搖臂長，L1=1.65m；

L2——千斤頂支點距離，L2=0.6mm；

M——傳動裝置轉(zhuǎn)矩，M=20000N·m。

采用左右的一個舉帶千斤頂，則缸徑為70.8mm。

故舉帶千斤頂?shù)母讖竭x擇80mm。

3.2 卷帶裝置布置方式及整體結(jié)構(gòu)選擇

通過對掘進(jìn)巷道帶式輸送機結(jié)構(gòu)的分析，該卷帶裝置布置在帶式輸送機頭架后側(cè)，與皮帶架同一中心線布置，主要用于回撤中間架內(nèi)的皮帶，首先將上皮帶全部回收，然后再卷下皮帶，分次將皮帶回撤完。

該卷帶裝置結(jié)構(gòu)簡單，布置合理，主要由收帯架、加緊架及液壓泵站組成，收帯架布置在加緊架后側(cè)，均采用地錨固定，液壓泵站布置在安全硐室內(nèi)，手動液壓操作閥均布置在液壓泵站上，由工作人員在安全硐室內(nèi)進(jìn)行卷帶裝置操作。

液壓收卷帶裝置設(shè)由收帯架、卷帶芯軸、旋轉(zhuǎn)液壓缸、升降液壓缸、液壓馬達(dá)、加緊架、上托輥、下托輥、加緊液壓缸組成，見圖1。

圖1 液壓收帶裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 卷帶裝置工作原理

首先回收帶式輸送機的是上層皮帶，開啟液壓泵站，液壓傳動裝置 （液壓馬達(dá)）工作時，上層皮帶一次性拖動；當(dāng)卷帶直徑達(dá)到1.7 m 左右，此時收帶長度為280 m，即皮帶接頭處繞卷帶一圈時，液壓傳動裝置停止工作；夾帶架夾緊液壓油缸工作，將皮帶夾緊固定，液壓傳動裝置反向啟動，皮帶接頭處脫離卷帶后停機，抽掉皮帶穿條，然后再開機，將剩余皮帶全部卷上，停機捆扎成卷皮帶后，再開機旋轉(zhuǎn)卷帶芯軸，使主、從動卡套開口處朝上；升高懸臂，操縱旋轉(zhuǎn)液壓油缸，將懸臂及卷帶水平旋轉(zhuǎn)90°，落下懸臂，把卷帶落到平板車上，打開主、從動卡套鎖板，再下落懸臂，使卷帶芯軸兩端與主、從動卡套脫離，抽出卷帶芯軸及芯軸卡套；升高并回轉(zhuǎn)懸臂，再將卷帶芯軸及芯軸卡套復(fù)位，關(guān)閉主、從動卡套鎖板，即可進(jìn)入下一次卷帶工作循環(huán)。

4 工業(yè)性試驗技術(shù)效果分析

移動式綜掘皮帶回收裝置于2013年11月在兗礦集團(tuán)鮑店煤礦103下04運順完成安裝調(diào)試，該套裝置在此期間完成收卷膠帶3000m，每次收卷時液壓馬達(dá)能直接卷帶，膠帶的收、卷、對接、張緊以及裝車等作業(yè)一般只需要4人操作，并能在25min內(nèi)的時間就能完成對280m 膠帶的掐、裝和緊車任務(wù)。

5 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益分析。節(jié)省人力，現(xiàn)在只需要4人就能回收皮帶，每班能夠回收800 m 皮帶，每班至少節(jié)省人力6人，而工作效率則提高一倍。降低膠帶損耗，原先用絞車鉤頭直接捆在掐除的皮帶上，有3～5m 的皮帶頭造成損壞。

（2）社會效益分析。提高了膠帶收帶作業(yè)的安全性，膠帶裝封車安全快捷，減少了職工繁重的體力勞動。

該技術(shù)成果的研制成功和應(yīng)用，降低了工人工作的勞動強度，節(jié)約勞動力，節(jié)約了時間，降低了安全風(fēng)險。