煤礦主斜井皮帶機(jī)改造技術(shù)

常文浩

(內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010303)

煤礦主斜井皮帶機(jī)改造技術(shù)

常文浩

(內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010303)

隨著不連溝煤礦生產(chǎn)能力的不斷提高，主斜井皮帶機(jī)作為主要運(yùn)輸系統(tǒng)一直存在諸多隱患，為了滿足運(yùn)輸能力，提高安全系數(shù)，對(duì)主斜井皮帶機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。介紹了改造技術(shù)方案及驗(yàn)算過程，供解決同類問題時(shí)參考。

煤礦；主斜井；皮帶機(jī)；礦井；三聯(lián)巷；技術(shù)方案

0 引言

不連溝煤礦是華電煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)建設(shè)的首座千萬噸級(jí)大型礦井，于2011年6月投產(chǎn)， 2012年4月12日通過了生產(chǎn)能力15 Mt/a的核定后，主運(yùn)系統(tǒng)由于運(yùn)力增大、負(fù)荷增加，曾多次出現(xiàn)主斜井皮帶機(jī)壓死、重載無法啟車、卸載滾筒斷軸和皮帶下滑等問題，不僅對(duì)設(shè)備造成了很大損傷，而且嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。為了提高主運(yùn)系統(tǒng)的安全系數(shù)，增加主運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸能力，適應(yīng)15 Mt/a及以后增加產(chǎn)量需求，決定對(duì)主運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 改造方案

為改善皮帶機(jī)重載啟動(dòng)性能，提高結(jié)構(gòu)件及帶面安全系數(shù)，增加系統(tǒng)運(yùn)輸能力，需要對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行改造。為減少改造工程量，輸送帶保持不變，井口房基礎(chǔ)設(shè)備基本不變，在距主斜井井口1 320 m三聯(lián)巷處增加2臺(tái)中部驅(qū)動(dòng)。主斜井皮帶纏繞示意如圖1所示。

圖1 主斜井皮帶纏繞示意

2 皮帶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

改造后皮帶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：輸送能力，5 000 t/h；帶寬，1 600 mm；帶速，5 m/s；輸送長(zhǎng)度，2 520 m；驅(qū)動(dòng)功率，(3×1 800+2×1 800)kW；提升高度，245 m；輸送帶，ST5000阻燃鋼絲芯抗縱撕皮帶；驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)和減速器、變頻器。改造前后參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 改造前、后參數(shù)對(duì)比

3 計(jì)算過程

(1)滿足傳動(dòng)條件張力計(jì)算。當(dāng)采用的傳動(dòng)裝置相同時(shí)，5個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒傳遞力相等，基本參數(shù)見表2，傳動(dòng)滾筒圍包角相等(θ=210°)，皮帶與滾筒之間摩擦因數(shù)μ=0.3，牽引系數(shù)K=eμθ=3.0，所有驅(qū)動(dòng)單元相同且采用變頻啟動(dòng)，所以有

FM=FⅡ=FⅣ=FU/5=202 236 N ，

式中：FM為每個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力；FⅡ，F(xiàn)Ⅳ分別為Ⅱ，Ⅳ號(hào)驅(qū)動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力；FU為總圓周驅(qū)動(dòng)力，1 011 178 N。

滿足Ⅳ號(hào)滾筒不打滑的條件下，機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力

SⅡ=SⅣ≥KAFⅣ/(eμθ-1)=1.1×202 236/(3.0-1)=111 230(N) ，

式中：SⅣ為中間驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力；KA為啟動(dòng)系數(shù)，1.1。

(2)滿足垂度要求。承載分支最小張力點(diǎn)允許的最小張力

SZmin≥a0(qB+q)g/[8(h/a)max]=1.5×(108.6+277.8)×9.8/(8×0.02)=35 501(N) ，式中：a0為上托輥組間距，1.5 m；(h/a)max為兩組托輥間允許的皮帶垂度，0.02；g為重力加速度，9.8 m/s2。

表2 基本數(shù)據(jù)及主要參數(shù)對(duì)照

空載段允許最小張力

Skmin≥auqBg/[8(h/a)max]=3×108.6×9.8/(8×0.02)=19 955(N) ，

式中：au為下托輥組間距，3 m。

(3)輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)張力。因?yàn)槭菣C(jī)尾張緊，需要同時(shí)滿足驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)不打滑和機(jī)尾皮帶垂度條件。

FS=LgqBsinα=259 651(N) ，

FHU=Lfg(qBcosα+qL)=74 219(N) ，

SⅡ′=SⅣ′=FW+FS-FHU=220 969(N) ，

式中：FS為皮帶松邊在傾斜方向的分力；FHU為皮帶松邊運(yùn)行阻力，包括皮帶運(yùn)行阻力和底托輥運(yùn)行阻力；L為皮帶機(jī)長(zhǎng)度，2 520 m；α為皮帶機(jī)傾角，5.5°；SⅡ′為滿足驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)不打滑和機(jī)尾皮帶垂度條件下驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力；SⅣ′為滿足驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)不打滑和機(jī)尾皮帶垂度條件下中間驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)張力；FW為滿足皮帶垂度要求的機(jī)尾張力，35 536 N。

(4)中間驅(qū)動(dòng)位置計(jì)算。當(dāng)上皮帶長(zhǎng)為L(zhǎng)zq時(shí)，皮帶頭部張力

FL=CfgLzq[(qB+q)cosα+qU]+

gLzq(qB+q)sinα，

式中：C為附加阻力系數(shù),1.05；fgLzq(qB+q)cosα為物料和帶面運(yùn)行阻力；fgLzqqU為上托輥運(yùn)行阻力；gLzq(qB+q)sinα為物料和皮帶的傾斜阻力。當(dāng)Q=5 000 t/h時(shí)，F(xiàn)L=473.3Lzq。

按驅(qū)動(dòng)理論計(jì)算出總的圓周驅(qū)動(dòng)力FU=1 011 178 N，頭部最大張力

Smax=SⅡ′+3FU/5=220 969+606 706=827 675(N) ，

因Smax=FL+SⅣ′，SⅡ′=SⅣ′，故FL=473.3Lzq=Smax-SⅣ′=Smax-SⅡ′=606 706 N，Lzq=1 281 m，即頭部驅(qū)動(dòng)滾筒距中間驅(qū)動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的距離為1 281 m時(shí)頭部張力最小。

頭部各個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒及中間驅(qū)動(dòng)滾筒受力情況：

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

中間驅(qū)動(dòng)滾筒受力情況：

FⅣ=SⅣ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

FⅢ=FⅣ+FU/5=423 204+202 235=625 439(N)。

(5)當(dāng)中間驅(qū)動(dòng)距機(jī)頭距離Lzq=760 m時(shí),滿足機(jī)尾張緊、機(jī)頭及中間驅(qū)動(dòng)驅(qū)不打滑各個(gè)滾筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675 (N)。

滿足機(jī)頭驅(qū)奔離點(diǎn)不打滑和機(jī)尾皮帶垂度條件Lzq=760 m時(shí)，F(xiàn)L=473.3Lzq=359 708(N)，因Smax=FL+SⅣ1′，故SⅣ1′=467 967 N，則

FⅣ=SⅣ1′+FU/5=467 967+202 235=670 202(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=670 202+202 235=872 437(N)。

(6)當(dāng)中間驅(qū)動(dòng)距機(jī)頭1 320 m時(shí)，滿足機(jī)尾張緊、機(jī)頭及中驅(qū)不打滑各個(gè)滾筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675(N)，

FL=473.3Lzq=473.3×1 320=624 756(N)，

因?yàn)镾max=FL+SⅣ2′，所以SⅣ2′=202 919 N。

滿足驅(qū)動(dòng)條件時(shí)

FⅣ=SⅣ2′+FU/5=202 919+202 235=405 154(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=405 154+202 235=607 389(N)。

(7)逆止力計(jì)算。逆止器滾筒傳遞最大摩擦力S=SⅣ′eμθ=220 969×3=662 907(N)，K=eμθ=3.0。

經(jīng)計(jì)算，靜逆止力Sbn=541 111 N，傾斜力FP=668 480 N，頭部最大張力Smax=827 675 N。逆止力按1.5倍計(jì)算，所需逆止力分別為81 1666，1 002 720，1 241 512 N。輸送機(jī)張力見表3。

4 設(shè)備增設(shè)情況

需要增加的設(shè)備有：3件機(jī)架、2件驅(qū)動(dòng)滾筒、2件導(dǎo)向滾筒、2臺(tái)H3SH7A減速器、2臺(tái)1800kW變頻電動(dòng)機(jī)、2臺(tái)額定電流260A變頻器、2臺(tái)額定容量3000kV·A變壓器、1臺(tái)逆止器、1面可編程邏輯控制器(PLC)同步柜、2800m礦用電纜、3面高壓柜等。該方案需投資約2500萬元，設(shè)備采購(gòu)周期為4～6個(gè)月，硐室、基礎(chǔ)施工工期為40d，皮帶機(jī)機(jī)架安裝、皮帶對(duì)接工期10～15d(停產(chǎn)施工)。

表3 輸送機(jī)張力分布情況對(duì)照 N

5 結(jié)束語(yǔ)

主井皮帶機(jī)改造后輸送能力達(dá)到5 000 t/h，皮帶安全系數(shù)由7.11提高到8.79，頭部最大張力由1 074 506 N降低到827 675 N，卸載滾筒合力下降約246 831 N，主井皮帶機(jī)運(yùn)行工況明顯改善,平均4 500 t/h負(fù)荷下能重載啟動(dòng)。系統(tǒng)煤量不均衡問題及矸石損傷帶面問題得到解決，系統(tǒng)平均運(yùn)輸能力達(dá)到4 000 t/h，礦井具備15 Mt/a及以上生產(chǎn)能力要求。

[1]《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下冊(cè))[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》編委會(huì).中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典(第3、4卷)[M].江西:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[3]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第3卷)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]王世剛，張秀親，苗淑杰.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐(上、下冊(cè))[M].修訂版.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2003.

[5]謝錫純，李曉豁.礦山機(jī)械與設(shè)備[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

(本文責(zé)編：白銀雷)

常文浩(1974—)，男，陜西韓城人，工程師 工學(xué)碩士，從事煤礦機(jī)電設(shè)備管理方面的工作(E-mail:996341872@qq.com)。

TD 55

A

1674-1951(2017)11-0020-02

2017-09-11；

2017-10-28