廣西大新錳礦斜井膠帶運(yùn)輸設(shè)計(jì)

崔文篆

(中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司機(jī)械分院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

廣西大新錳礦位于廣西省大新縣下雷鄉(xiāng)，礦區(qū)面積32 km，礦床發(fā)現(xiàn)于1958年，是我國(guó)目前最大的錳礦，也是國(guó)內(nèi)放電錳礦石的最大產(chǎn)區(qū)，已探明儲(chǔ)量占全區(qū)總儲(chǔ)量的59.35%。

廣西大新錳礦露天轉(zhuǎn)地下工程380 m以下碳酸錳礦開采，前期規(guī)模60萬(wàn)t/a，后期規(guī)模達(dá)80～100萬(wàn)t/a。工程所采用開拓運(yùn)輸方式為鋼芯膠帶斜井加協(xié)助副井方式。采場(chǎng)開采出的礦石由溜井下放至膠帶裝礦水平，由振動(dòng)給礦機(jī)給礦至區(qū)東端的斜井膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)往井口附近臨時(shí)堆場(chǎng)。

膠帶斜井坡度為10.97(°)，線路高差164 m，礦石堆重比為2.09 t/m3，礦石塊度≤250 mm。礦山采用連續(xù)工作制，斜井年運(yùn)輸?shù)V物量為100萬(wàn)t/a。據(jù)此對(duì)膠帶機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選?。耗z帶機(jī)小時(shí)運(yùn)量240 t/h，年工作時(shí)間5 000 h，膠帶速度2.0 m/s。

1 線路布置

膠帶運(yùn)輸機(jī)水平長(zhǎng)913.568 m，采用800 mm的膠帶寬度。膠帶機(jī)尾部水平段給礦，給礦點(diǎn)后10 m處設(shè)置有除鐵器，頭部卸礦。根據(jù)膠帶運(yùn)輸基本參數(shù)，可計(jì)算出膠帶張力、電機(jī)功率等關(guān)鍵參數(shù)。

1.1 設(shè)置驅(qū)動(dòng)站

膠帶機(jī)頭部位于斜井口轉(zhuǎn)運(yùn)站2樓，相比斜井底的膠帶機(jī)尾部，更方便人員操作與設(shè)備檢修，因此，膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)站設(shè)置在膠帶機(jī)頭部段。因膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不是特別大，單滾筒驅(qū)動(dòng)能夠滿足膠帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，故而從成本及維護(hù)等方面考慮，采用單滾筒驅(qū)動(dòng)方式。

驅(qū)動(dòng)站設(shè)置有起吊鋼梁及單軌小車，用于設(shè)備安裝檢修。以往驅(qū)動(dòng)站起吊鋼梁常設(shè)計(jì)成直軌形式，起吊范圍小，不能兼顧膠帶機(jī)頭架及驅(qū)動(dòng)設(shè)備。這次將起吊鋼梁設(shè)計(jì)成弧形方式，起吊范圍較大，可以兼顧頭架和驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

1.2 確定膠帶機(jī)凹弧半徑

膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行線路游水平輸送變成傾斜輸送的區(qū)段，需要有曲線段使運(yùn)輸帶平滑過(guò)渡，這種曲線段稱為凹(凸)弧段。膠帶運(yùn)輸機(jī)凹弧段應(yīng)有足夠大的半徑，凹弧段膠帶重力必須大于凹弧段膠帶由張力作用的合向上力［1］，凹弧段半徑按公式計(jì)算：

式中R——凹弧段半徑，m;

Si——凹弧起點(diǎn)張力，N;安全起見，可按啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)最大張力計(jì)算;

qi——每米膠帶質(zhì)量，kg/m。

按實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并考慮膠帶增加抗撕裂鋼絲網(wǎng)和膠帶工作面增加厚度，凹弧半徑取350 m。

1.3 托輥及機(jī)架

承載托輥槽角為35(°)，根據(jù)礦石松散密度2.09 t/m3和膠帶機(jī)帶寬并依據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)［2］，選擇承載托輥間距為1 200 mm、回程托輥間距為3 000 mm、緩沖托輥組間距為500 mm。

膠帶機(jī)采用固定式中間架，每節(jié)支架固定在斜井底板上或支架基礎(chǔ)上。在裝載點(diǎn)設(shè)緩沖托輥組和導(dǎo)料槽，中部上分支設(shè)槽型托輥組，下分支設(shè)平行托輥組，每隔一定距離設(shè)調(diào)心托輥組。在膠帶機(jī)的頭、尾部分別設(shè)合金橡膠清掃器和空段清掃器。

1.4 拉緊裝置

膠帶機(jī)選用自控液壓拉緊裝置，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、日維護(hù)量少，張緊響應(yīng)快，能滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要。拉緊行程與拉緊方式有關(guān)，考慮到膠帶變形伸長(zhǎng)和膠帶接頭時(shí)所需長(zhǎng)度，根據(jù)公式計(jì)算并圓整，最后選擇拉緊小車最大行程3 m。

2 變頻驅(qū)動(dòng)

一般理論認(rèn)為，輸送帶由彈性單元組成，膠帶輸送機(jī)為柔粘性力學(xué)系統(tǒng)，在啟動(dòng)加速、停車減速及張力變化過(guò)程中均呈現(xiàn)出復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，主要表現(xiàn)為橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及動(dòng)態(tài)張力波在膠帶中的傳播和疊加，造成輸送系統(tǒng)的不穩(wěn)定，具體表現(xiàn)為膠帶斷裂、機(jī)械損害、局部諧振跳帶、疊帶、撒料等。因此，選用合適的驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制膠帶輸送機(jī)的工作張力和啟動(dòng)、制動(dòng)加速度，優(yōu)化膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行工況，對(duì)有效延長(zhǎng)其使用壽命，保證膠帶輸送機(jī)安全穩(wěn)定地運(yùn)行具有重要意義。

在過(guò)去應(yīng)用中，膠帶輸送機(jī)一般采用CST(可控啟動(dòng)傳輸裝置)、調(diào)速型液力偶合器等機(jī)械和液壓方式驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液力耦合器是一種液力傳動(dòng)裝置，由殼體、渦輪、泵輪3部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟且操作方便。CST是一個(gè)由多級(jí)齒輪減速器加上濕式離合器及液壓控制組成的系統(tǒng)，輸出扭矩由液壓控制系統(tǒng)控制，隨離合器上所加液壓壓力而變化，CST可以讓用戶設(shè)定啟動(dòng)、停車曲線，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。調(diào)速型液壓耦合器與CST均具有自身特點(diǎn)，使用范圍也較為廣泛，但同時(shí)也都存在效率低、維護(hù)復(fù)雜、工作環(huán)境差、不能調(diào)速運(yùn)行、非線性、啟動(dòng)電流大等缺陷，而且由于啟動(dòng)加速度大，導(dǎo)致膠帶持續(xù)波動(dòng)、張力特性較差，無(wú)法對(duì)長(zhǎng)距離輸送的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和安全啟動(dòng)提供有效保證。隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器已應(yīng)用于輸送機(jī)類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速驅(qū)動(dòng)過(guò)程。

變頻調(diào)速原理基于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，公式如下：

式中n——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min;

f——電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，Hz;

p——電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，對(duì);

s——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。

由上式可知，可以通過(guò)改變f、s和p來(lái)控制交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，但由于轉(zhuǎn)差率s和極對(duì)數(shù)p不易改變，因此常用的是改變頻率f。變頻器是利用電子和可控硅為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓和頻率進(jìn)行控制，使電源頻率平滑改變，從而使電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)地啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力也降至最小;而且能根據(jù)工況隨時(shí)改變頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶機(jī)帶速的控制［3］。目前，工業(yè)用變頻器規(guī)格范圍很寬，近幾年中、高壓大功率變頻器產(chǎn)品逐漸增多?，F(xiàn)代變頻器基本都采用矢量調(diào)速技術(shù)，使受控電機(jī)呈現(xiàn)優(yōu)良的調(diào)速特性和滿意的負(fù)載能力。變頻器的加速曲線可以在很寬的范圍內(nèi)設(shè)定，能滿足控制帶式輸送機(jī)加速度的要求。變頻調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性很硬，基本與電機(jī)的固有特性相同。使用開環(huán)系統(tǒng)控制帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以滿足技術(shù)要求。變頻器的應(yīng)用優(yōu)化了膠帶輸送機(jī)的啟停特性，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式相比，變頻驅(qū)動(dòng)具有啟動(dòng)沖擊小、可靠性高、調(diào)速范圍寬、效率高等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析比較，大新錳礦斜井膠帶運(yùn)輸采用了變頻器驅(qū)動(dòng)方式。

3 倒帶斷帶自鎖裝置

為防止膠帶機(jī)倒帶斷帶后造成人員傷亡及設(shè)備損壞，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用相關(guān)保護(hù)設(shè)備。在選型設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用的是TY系列倒帶斷帶自鎖保護(hù)裝置。該套自鎖保護(hù)裝置包含倒帶斷帶檢測(cè)裝置、控制箱以及自鎖執(zhí)行裝置3部分。檢測(cè)裝置采用磁電檢測(cè)方式，分別布置在機(jī)頭、機(jī)尾及膠帶機(jī)中間。自鎖執(zhí)行裝置在膠帶機(jī)左右兩側(cè)對(duì)稱安裝，安裝時(shí)將膠帶機(jī)上半部分分成3段(從機(jī)頭開始)：第1段范圍內(nèi)每隔10 m安裝1對(duì);第2段范圍內(nèi)每隔15 m安裝1對(duì);第3段范圍內(nèi)每隔25 m安裝1對(duì)。每個(gè)自鎖裝置抗拉力可達(dá)5 t。每5對(duì)自鎖執(zhí)行裝置配備1臺(tái)控制箱。

當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到膠帶有倒帶或斷帶情況，檢測(cè)箱將發(fā)出2路信號(hào)：一路信號(hào)發(fā)送給控制箱，從而驅(qū)動(dòng)自鎖執(zhí)行裝置，電機(jī)動(dòng)作，自鎖裝置齒輪箱增大輸出力矩，由離合器帶動(dòng)漸開線扇齒凸輪從而鎖死膠帶;另一路信號(hào)直接送往膠帶機(jī)控制室，膠帶機(jī)停止運(yùn)行。

4 輔助設(shè)備

1)給礦設(shè)備

礦石由溜井下來(lái)，經(jīng)過(guò)振動(dòng)給礦機(jī)卸料。為保護(hù)膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行安全，膠帶機(jī)系統(tǒng)與振動(dòng)給礦機(jī)實(shí)行聯(lián)鎖控制。當(dāng)膠帶機(jī)處于正常時(shí)，首先啟動(dòng)膠帶機(jī)，然后啟動(dòng)振動(dòng)給礦機(jī);停機(jī)順序相反。

2)除鐵設(shè)備

為從運(yùn)動(dòng)的物料中清除鐵磁性雜物，以達(dá)到凈化物料、保護(hù)膠帶面的目的，位于膠帶受料段的后方10 m處，在膠帶機(jī)上方設(shè)置有除鐵器。

3)檢修及下放大件設(shè)施

為方便膠帶機(jī)設(shè)備的運(yùn)輸和檢修，在斜井口安裝1臺(tái)JZA-5/1000型鑿井絞車，提升容器為3 t平板車，1次提升1輛。平板車只能用于檢修等物料運(yùn)輸。絞車提升軌道的軌距為600 mm，軌道中心與膠帶機(jī)中心的距離為1 550 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

該膠帶輸送機(jī)于2013年底帶礦試車成功并投入使用，運(yùn)行至今，所有工作性能正常，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

［1］徐進(jìn)平.大紅山鐵礦主斜井膠帶運(yùn)輸［J］.有色金屬設(shè)計(jì)，2009，36(3)：22 －25.

［2］采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(4)—礦山機(jī)械卷［M］.北京：中國(guó)建筑出版社，1988.

［3］張更業(yè).變頻器調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在煤礦膠帶輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工礦自動(dòng)化，2007(2)：87 －90.