伊犁四礦長(zhǎng)距離輸煤皮帶機(jī)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）

伊犁四礦長(zhǎng)距離輸煤皮帶機(jī)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(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)與受煤點(diǎn)設(shè)計(jì)中存在的無(wú)法搭接情況，論文從技術(shù)角度進(jìn)行了綜合分析與計(jì)算，將一部皮帶分成兩部皮帶進(jìn)行轉(zhuǎn)載運(yùn)輸；并分別對(duì)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(jì)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(huì)效益。

長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)；方案優(yōu)化；參數(shù)選取；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0　引言

伊犁四號(hào)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(jì)產(chǎn)量為600萬(wàn)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(cāng)海拔標(biāo)高+906m，新天煤化工原煤受料點(diǎn)海拔高+1068.3m，受料點(diǎn)距地面51.7m，高差214m，兩者直線(xiàn)水平距離3530m，帶式輸送機(jī)運(yùn)量Q= 2000t/h。經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)輸方式、前期投資、后期維護(hù)、綜合運(yùn)費(fèi)等多方面論證比較后決定采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭是最優(yōu)選擇。

1　膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案為伊犁四礦至煤化工采用一條膠帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)輸，在煤化工備煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站增加鋼結(jié)構(gòu)支撐，膠帶輸送機(jī)沿線(xiàn)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(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的啟停。該方案優(yōu)點(diǎn)明顯，中間無(wú)轉(zhuǎn)載，減少了物料轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，減少了物料對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊，降低了設(shè)備的故障點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察后，發(fā)現(xiàn)該方案存在以下問(wèn)題：①煤化工轉(zhuǎn)運(yùn)站卸載點(diǎn)未充分考慮輸送機(jī)卸載部的載荷，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)站不能承擔(dān)輸送機(jī)卸載部的水平作用力，而且轉(zhuǎn)運(yùn)站已經(jīng)施工；②長(zhǎng)距離全封閉輸送能有效防塵，但工程造價(jià)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(jī)，只能起到軟啟動(dòng)的作用，不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速及可控傳動(dòng)，為此需要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

2　系統(tǒng)方案優(yōu)化

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提出了兩種方案：一是原設(shè)計(jì)不變，加固卸載點(diǎn)結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足輸送機(jī)卸載部的水平作用力；二是改為兩條膠帶輸送機(jī)接力輸送，第一部長(zhǎng)3264m，高差173m，爬升角度3.04°，第二部長(zhǎng) 275m，高差37m，角度10°。

方案一的主要問(wèn)題是卸載點(diǎn)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(gè)受力體系，在土建設(shè)計(jì)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(gè)直徑1.2m的灌注樁、筏板承臺(tái)或帶基礎(chǔ)梁的筏板承臺(tái)。

方案二存在的問(wèn)題主要是增加了物料轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，增加了物料對(duì)膠帶及其他機(jī)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(jī)的同時(shí)增加了控制點(diǎn)和故障點(diǎn)，增加了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)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(fèi)用增加。

綜合上述對(duì)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(jì)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(jī)轉(zhuǎn)載方案，如圖1所示。

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

3　輸送機(jī)主要參數(shù)選取

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

（2）帶寬和帶速。帶式輸送機(jī)輸送量的增大和運(yùn)輸距離的增長(zhǎng)需要增加帶寬或提高帶速來(lái)滿(mǎn)足輸送量的要求。增加帶寬需要擴(kuò)大機(jī)身斷面，不僅增加土建工程量，加大投資，還對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利；而提高帶速對(duì)降低費(fèi)用有利，帶速愈高，物料單位長(zhǎng)度質(zhì)量愈小，所需膠帶強(qiáng)度愈低，減速器功率與傳動(dòng)比減小，整機(jī)設(shè)備費(fèi)用減低［1］，但提高帶速有以下不利因素：①輸送機(jī)安裝質(zhì)量不高，物料易在膠帶上發(fā)生跳動(dòng)，使機(jī)架、托輥產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力及膠帶跑偏；②輸送機(jī)帶速過(guò)大易在隧道及走廊內(nèi)揚(yáng)塵，增加煤塵爆炸的危險(xiǎn)；③輸送機(jī)帶速高，物料對(duì)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(shí)際運(yùn)量校核。選取帶寬B=1400mm，帶速V=4m/s時(shí)實(shí)際運(yùn)量 QS=2240t/h；采用帶寬 B=1600mm，V= 3.15m/s時(shí)實(shí)際運(yùn)量QS=2415t/h。兩種方案均能滿(mǎn)足運(yùn)量要求。

（4）1#皮帶機(jī)參數(shù)選取。根據(jù)不同帶寬和帶速在滿(mǎn)載工況時(shí)對(duì)牽引力、電機(jī)功率和膠帶強(qiáng)度進(jìn)行比較見(jiàn)表1所示。根據(jù)不同帶寬、帶速在滿(mǎn)載工況時(shí)膠帶張力的關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)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(duì)比見(jiàn)表3。

表1　不同帶寬、帶速下?tīng)恳?、功率?duì)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(diǎn)張力對(duì)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(duì)比（單位：萬(wàn)元）Tab.3 Main equipment investment under different bandwidth，belt speed（Unit：ten thousand Yuan）

通過(guò)以上對(duì)比可以看出，提高帶速可以降低線(xiàn)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(shí)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(shì)并不明顯，在電機(jī)功率上體現(xiàn)不出來(lái)，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(jī)線(xiàn)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(jī)故障率增加。

土建方面，增加帶寬需要擴(kuò)大走廊斷面，增加走廊工程量、基礎(chǔ)量和地基處理費(fèi)用。因此，輸送機(jī)帶速取值不僅要在理論上合理可靠，而且與國(guó)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(guò)核算比較最終確定長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)帶寬為B=1400mm，帶速為V= 4.0m/s。

（5）2#皮帶機(jī)參數(shù)選取。由于2#皮帶機(jī)轉(zhuǎn)載1#皮帶機(jī)運(yùn)來(lái)的煤炭，因此2#皮帶機(jī)必須大于1#皮帶機(jī)的運(yùn)量要求，以免發(fā)生堆料、撒料現(xiàn)象。

由于2#皮帶機(jī)較短（L=275m），帶速過(guò)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(guò)高的帶速會(huì)加劇皮帶機(jī)的跑偏，對(duì)安裝質(zhì)量要求高。因此2#皮帶機(jī)選取帶寬B=1600mm，帶速V=3.15m/s較為合理。

4　驅(qū)動(dòng)配比和阻力系數(shù)的選取

對(duì)于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，運(yùn)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(duì)寒冷地區(qū)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)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(jiàn)表4。根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，對(duì)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(dòng)配置條件下結(jié)論對(duì)比Tab.4 Conclusions in different simulation resistance coefficient and drive configuration conditions

（1）通過(guò)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(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)膠帶使用壽命。

（2）通過(guò)三種阻力系數(shù)的比較，降低輸送機(jī)的運(yùn)行阻力可以有效的降低牽引力和膠帶張力，從而降低電機(jī)功率和帶強(qiáng)，但阻力系數(shù)必須適應(yīng)環(huán)境要求，為提高運(yùn)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(qiáng)、降低功耗，從而減少了設(shè)備投資，提高輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性，延長(zhǎng)膠帶的使用壽命。

5　優(yōu)化后的運(yùn)輸方案

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

電控系統(tǒng)全部采用高壓變頻控制，既實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，又滿(mǎn)足了調(diào)速與可控傳動(dòng)，避免了機(jī)械設(shè)備的沖擊與磨損，對(duì)于皮帶機(jī)驗(yàn)帶和節(jié)能都有很好的效果，

所以選用了3臺(tái)2000kW高壓變頻器和1臺(tái)800kW高壓變頻器。

原設(shè)計(jì)的全封閉皮帶走廊改為半封閉式，既滿(mǎn)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(yáng)光直射老化的目的，降低了工程造價(jià)。

6　結(jié)論

通過(guò)對(duì)伊利四礦長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)代替一部皮帶機(jī)減少了鋼結(jié)構(gòu)支撐，降低了皮帶強(qiáng)度，減少了工程投資，雖然增加一部機(jī)頭的投資，綜合比較優(yōu)化后可減少投資500萬(wàn)元；全封閉式皮帶走廊改為半封閉式，節(jié)約資金1495萬(wàn)元。

（2）社會(huì)效益：經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)煤膠帶輸送機(jī)方案優(yōu)化，為煤化工原料煤的運(yùn)輸提供了保障，也為伊犁礦區(qū)長(zhǎng)距離運(yùn)輸皮帶機(jī)設(shè)計(jì)提供了技術(shù)借鑒。

［1］北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.DTⅡ（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.冶金工業(yè)出版社，2003.

［2］孫可文.帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)計(jì)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(jí)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(jī)電技術(shù)與管理工作。