-31° 大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的成功應(yīng)用

劉修占，閆新安

(山西朔州平魯區(qū)下梨園煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036800)

-31°大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的成功應(yīng)用

劉修占，閆新安

(山西朔州平魯區(qū)下梨園煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036800)

以山西朔州平魯區(qū)下梨園煤業(yè)有限公司為例，介紹了-31°大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)項(xiàng)目的實(shí)施背景、主要技術(shù)及選型變更情況，并進(jìn)行了實(shí)施效果及效益分析。認(rèn)為選用軟啟動(dòng)裝置，合理選擇加速度，選擇好制動(dòng)裝置和張緊裝置，配置防塊煤滾落設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)大傾角上山下運(yùn)膠帶運(yùn)輸。

大傾角；下運(yùn)；帶式輸送機(jī)；軟啟動(dòng)；制動(dòng)裝置；張緊裝置；膠帶運(yùn)輸

0 引言

帶式輸送機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在至少已有150年的歷史，初期設(shè)計(jì)主要用于谷物等較小密度物料的輸送，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，用于制造、設(shè)計(jì)和安裝的各種新技術(shù)、新方法的出現(xiàn)以及輸送帶接頭技術(shù)的不斷完善，目前帶式輸送機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)較高的水平。對(duì)于煤礦企業(yè)，帶式輸送機(jī)作為原煤運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，其安全可靠性、運(yùn)輸能力、性能、質(zhì)量等至關(guān)重要，成為決定礦井生產(chǎn)能力的關(guān)鍵一環(huán)。

目前，國內(nèi)帶式輸送機(jī)下運(yùn)的最大角度多數(shù)集中在-15°～25°，山西朔州平魯區(qū)茂華下梨園煤業(yè)有限公司(以下簡稱下梨園煤業(yè))經(jīng)過多次調(diào)研、工況試驗(yàn)，成功地在井下運(yùn)輸暗斜井實(shí)現(xiàn)了-31°大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的投用，并且運(yùn)行安全可靠，完全滿足礦井生產(chǎn)需要。

1 實(shí)施背景

下梨園煤業(yè)設(shè)計(jì)能力為90萬t/a，可開采#4，#9，#11煤層。主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井均落底于#9煤層，根據(jù)煤層賦存特征及現(xiàn)有巷道的開拓掘進(jìn)情況，設(shè)計(jì)采用聯(lián)合布置的方式，在#9煤層中設(shè)一個(gè)主生產(chǎn)水平，在#4煤層中設(shè)一個(gè)輔助生產(chǎn)水平開拓開采井田范圍內(nèi)的#4，#9，#11煤層；在#4，#9煤層均沿煤層布置3條巷道(皮帶、軌道、回風(fēng))；#4煤層西翼采區(qū)通過軌道暗斜井、運(yùn)輸暗斜井和回風(fēng)暗斜井與#9煤層水平溝通；投產(chǎn)采區(qū)為#4煤層西部區(qū)域的401采區(qū)。

401采區(qū)運(yùn)輸巷安裝帶寬為800 mm的帶式輸送機(jī)，40101運(yùn)輸順槽安裝帶寬為800 mm的帶式輸送機(jī)，兩部帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)脑和ㄟ^運(yùn)輸暗斜井到達(dá)#9煤層運(yùn)輸大巷的帶式輸送機(jī)。

401采區(qū)運(yùn)輸巷、40101運(yùn)輸順槽、#9煤層的運(yùn)輸大巷3條巷道基本平直，帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠，完全滿足生產(chǎn)需要。聯(lián)通3條巷道的運(yùn)輸暗斜井坡度為31°，故該巷道的運(yùn)輸設(shè)備成為整個(gè)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的瓶頸。

2016年6月下梨園煤業(yè)完成基本建設(shè)，進(jìn)行聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)驗(yàn)收，2016年12月進(jìn)入竣工大驗(yàn)收的最后階段，《初步設(shè)計(jì)》中運(yùn)輸暗斜井設(shè)計(jì)為安裝一部帶式輸送機(jī)，而國內(nèi)-31° 下運(yùn)式帶式輸送機(jī)技術(shù)尚不成熟，為了保證下梨園煤業(yè)順利通過兩個(gè)驗(yàn)收，同時(shí)保障礦井生產(chǎn)后原煤運(yùn)輸?shù)陌踩煽?，滿足礦井生產(chǎn)需要，-31° 下運(yùn)帶式輸送機(jī)的突破創(chuàng)新、改革創(chuàng)造勢(shì)在必行。

2 內(nèi)涵和做法

2.1 運(yùn)輸暗斜井運(yùn)輸設(shè)備選型變更

下梨園煤業(yè)運(yùn)輸暗斜井最先運(yùn)用的是大傾角波紋襠邊輸送機(jī)。2016年1月運(yùn)輸暗斜井運(yùn)輸設(shè)備安裝使用波紋襠邊輸送機(jī)，使用過程中因井下環(huán)境較差，原煤中塊煤較多，導(dǎo)致皮帶襠邊損壞嚴(yán)重，維修量較大，無法繼續(xù)使用，嚴(yán)重制約原煤輸出。

為了解決原煤運(yùn)輸?shù)漠?dāng)務(wù)之急，運(yùn)輸暗斜井運(yùn)輸設(shè)備改為礦方自主改造的40 t刮板機(jī)，于2016年4月安裝使用，使用效果良好，但由于刮板機(jī)的運(yùn)煤量較小，無法滿足礦方生產(chǎn)需要。

后經(jīng)過下梨園煤業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的多次研究、調(diào)研，最終與山西煤礦機(jī)械制造股份有限公司設(shè)計(jì)院達(dá)成一致意見，隨即開啟了該部大傾角皮帶機(jī)的具體設(shè)計(jì)、工況模擬試驗(yàn)、改進(jìn)，最終成功完成了-31°大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的應(yīng)用。本次改造利用了原先襠邊皮帶的機(jī)頭傳動(dòng)架、傳動(dòng)滾筒、驅(qū)動(dòng)架、電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、盤式制動(dòng)器、變頻器、電控設(shè)備等，節(jié)約了設(shè)備成本。

2.2 大傾角上山下運(yùn)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

為帶式輸送機(jī)選用適當(dāng)?shù)能泦?dòng)裝置，選擇合理的加速度，配置好合適的制動(dòng)裝置、張緊裝置，設(shè)置防塊煤滾落安全措施，就可以實(shí)現(xiàn)大傾角上山下運(yùn)皮帶運(yùn)輸。經(jīng)過多次試驗(yàn)、論證，終于實(shí)現(xiàn)大傾角上山下運(yùn)帶式輸送機(jī)在下運(yùn)31°，運(yùn)量750 t/h，帶速2.5 m/s，長度103 m，提升高度-45 m時(shí)可靠運(yùn)行。該部帶式輸送機(jī)纏繞示意圖如圖1所示。

圖1 皮帶纏繞示意

2.2.1 啟動(dòng)裝置

大傾角上山下運(yùn)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在于：設(shè)備的制動(dòng)、啟動(dòng)和運(yùn)行。下梨園煤業(yè)下運(yùn)帶式輸送機(jī)選用BPJI-450(220)/1140礦用隔爆兼本質(zhì)安全型四象限交流變頻器，完善了帶面的受力狀態(tài)，使皮帶的使用壽命大大延長，從而降低了整套帶式輸送機(jī)的維修強(qiáng)度，為原煤的輸送提供可靠保障。

2.2.1.1 變頻啟動(dòng)裝置

BPJI-450(220)/1140礦用隔爆兼本質(zhì)安全型四象限交流變頻啟動(dòng)器是一種集真空磁力啟動(dòng)器、數(shù)字式變頻調(diào)速裝置及相關(guān)的散熱技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。該產(chǎn)品適用于交流50 Hz、額定電壓660 V的異步電動(dòng)機(jī)重負(fù)荷軟啟動(dòng)、軟停車和運(yùn)行過程控制，具有啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)速度平穩(wěn)、啟動(dòng)性能可靠、對(duì)電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，其啟動(dòng)曲線有S型和線型2種。該曲線可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整，從而減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的動(dòng)張力。此外，變頻器具有在線控制功能，可根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷變化調(diào)整電機(jī)工作電源的電壓和頻率，從而達(dá)到所需轉(zhuǎn)矩，具有明顯的節(jié)能效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著煤礦自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器正以其節(jié)能、高效、安全、可靠的特點(diǎn)，逐漸成為今后煤礦電機(jī)設(shè)備調(diào)速控制的發(fā)展方向，并得以廣泛應(yīng)用。

BPJI-450變頻器具有過壓、欠壓、直流母線欠壓、過流、過載、堵轉(zhuǎn)、漏電、接地、過熱等保護(hù)，具有故障記憶功能。

2.2.1.2 加速度的選擇

按帶式輸送機(jī)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，啟動(dòng)和制動(dòng)加速度應(yīng)在0.1～0.3 m/s2之間。根據(jù)下梨園煤業(yè)大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的現(xiàn)場使用情況來看，其加速度控制在0.1～0.3 m/s2之間都能可靠、安全地運(yùn)行。

2.2.2 制動(dòng)裝置

制動(dòng)裝置是下運(yùn)帶式輸送機(jī)最重要的技術(shù)之一，下梨園煤業(yè)的下運(yùn)皮帶機(jī)根據(jù)安裝坡度及長度，對(duì)制動(dòng)力計(jì)算后選擇了液壓盤式類型的制動(dòng)裝置。這種制動(dòng)裝置采用可編程邏輯控制器(PLC)控制，通過軸編碼器或霍耳傳感器對(duì)皮帶機(jī)的皮帶帶速進(jìn)行檢測(cè)，PLC根據(jù)帶速情況對(duì)制動(dòng)裝置輸出松閘、制動(dòng)的指令。

液壓盤式類型的制動(dòng)裝置主要用于大型機(jī)電設(shè)備的可控制動(dòng)停車，有時(shí)也用作調(diào)節(jié)或限制機(jī)構(gòu)或機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度。采用常閉式結(jié)構(gòu)，因此適用于各種機(jī)電設(shè)備停車作業(yè)。用于下運(yùn)帶式輸送機(jī)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)其可控制動(dòng)；用于大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的軟制動(dòng)；用于長距離大型輸送機(jī)時(shí)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可控制動(dòng)停車，還能夠避免輸送帶在停車過程中急劇變化引起的“堆疊”現(xiàn)象。盤式制動(dòng)裝置完全能夠適應(yīng)井下的工作環(huán)境，其主要技術(shù)性能如下。

(1)液壓柔性制動(dòng)裝置與電控裝置配合時(shí)，可使帶式輸送機(jī)的停車加速度保持在0.10～0.30 m/s2之間。

(2)在有載工況設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，具有可控啟動(dòng)性能；在設(shè)備突然斷電時(shí)，能夠保證帶式輸送機(jī)平穩(wěn)地減速停車，從而保證生產(chǎn)的安全性。

(3)摩擦板采用進(jìn)口非石棉、無金屬粉末冶金材料，具有較好的耐高壓、耐高溫、耐腐蝕、長壽命等特性。

(4)盤式液壓制動(dòng)頭采用新型扇形閘瓦結(jié)構(gòu)，不僅外觀美觀，節(jié)省材料，無滲油、漏油現(xiàn)象，最重要的是制動(dòng)時(shí)受力均勻，能夠使帶式輸送機(jī)具有良好的制動(dòng)效果與較高的使用壽命。

(5)液壓站采用雙回路結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)主件均采用進(jìn)口部件，確保其工作可靠。液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液壓泵的間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到了節(jié)能、增加壽命的目的；電控系統(tǒng)以高性能的PLC為核心，使帶式輸送機(jī)的運(yùn)行具有較高的安全與穩(wěn)定性。

(6)具有動(dòng)態(tài)制動(dòng)壓力平衡反饋，能夠保證制動(dòng)器平衡。

下梨園煤業(yè)大傾角帶式輸送機(jī)的盤式制動(dòng)器安裝于驅(qū)動(dòng)滾筒上。盤式制動(dòng)器通過霍爾傳感器反饋給PLC帶式輸送機(jī)的帶速，PLC通過與設(shè)定的額定帶速進(jìn)行比較，在不同帶速階段給出不同的指令給制動(dòng)機(jī)械裝置完成調(diào)速。盤式制動(dòng)裝置PLC輸出指令與帶速之間的反饋原理見表1。

2.2.3 張緊裝置

下梨園煤業(yè)大傾角下運(yùn)式帶式輸送機(jī)使用了固定絞車?yán)o裝置。固定絞車?yán)o裝置是利用小型絞車來拉緊，使用JH-8回柱絞車來纏繞鋼繩，從而拉緊皮帶。這種拉緊裝置的優(yōu)點(diǎn)是體積小、拉力大；有效張緊行程為1.5 m，工作電壓為660/1 140 V。

表1 盤式制動(dòng)裝置PLC輸出指令與帶速之間的反饋原理

2.2.4 防塊煤滾落設(shè)施

下運(yùn)帶式輸送機(jī)由于煤炭的受力方向與地球引力方向一致，在煤炭輸送過程中難免存在塊煤在皮帶上向下滾落，并且滾落過程中發(fā)生彈跳，極易越出皮帶順著巷道兩側(cè)的行人通道滾落的情況。雖然下梨園煤業(yè)安裝大傾角帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸暗斜井不作為行人通道，但為了減少清煤量，消除安全隱患于萌芽狀態(tài)，設(shè)置了防止塊煤滾落的設(shè)施。

為確保職工人身安全，下梨園煤業(yè)在下運(yùn)帶式輸送機(jī)的兩側(cè)設(shè)置易于摘掛的防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)高1 m，有效地控制了滾落大塊煤跳出帶面的現(xiàn)象。皮帶行人通道進(jìn)出口安裝柵欄門，實(shí)行上鎖管理，防止皮帶運(yùn)行時(shí)人員進(jìn)入。在該部下運(yùn)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)初期，就確定加裝多部活動(dòng)擋煤板，用于降低塊煤滾落的勢(shì)能，從而逐步使其停止；在后期經(jīng)過多次計(jì)算和工況模擬試驗(yàn)，上方間隔1.5 m安裝1組擋煤板，效果最為理想。

2.2.5 帶面

下運(yùn)帶式輸送機(jī)帶面選用凸面人字形花紋鋼絲繩芯、單層尼龍網(wǎng)防撕裂阻燃輸送帶，型號(hào)為ST/S1000(MT668)。利用皮帶的凸面人字形增加帶面與煤的摩擦力，可很好地防止煤下滑致使機(jī)尾淤煤。

2.2.6 上下托輥組

(1)上托輥組采用60°和25°深槽形托輥組，為了保證皮帶包角平滑過渡，帶式輸送機(jī)托輥組槽角由10°→20°→35°→45°→60°逐漸平緩過渡，保證皮帶使用壽命。平滑段托輥組間距為1 200 mm，凸弧段及受料段托輥組間距不大于600 mm。

(2)下托輥采用平形托輥組，每10組下托輥組設(shè)置一組下摩擦調(diào)心托輥組。平滑段間距為3 000 mm，凸弧段間距為1 500 mm。

2.2.7 清掃器

由于該部皮帶使用的是凸面人字形花紋皮帶，帶面的浮煤較普通皮帶難清理，為了解決回頭煤的問題，保證清煤效果，在帶式輸送機(jī)的卸載部設(shè)聚氨酯一級(jí)清掃器和電動(dòng)毛刷清掃器。

3 實(shí)施效果

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

該部大傾角帶式輸送機(jī)的順利運(yùn)行，為下梨園煤業(yè)解決了暗斜井坡度較大，皮帶機(jī)輸送原煤環(huán)境差，故障頻出而影響原煤輸出的一大難題。

若設(shè)計(jì)該處新掘井下煤倉，煤倉需貫通45 m，煤倉下口安裝給煤機(jī)，還需新增加回風(fēng)繞道保證正常通風(fēng)，掘進(jìn)施工加上支護(hù)、給煤機(jī)等材料費(fèi)用，預(yù)計(jì)需資金為150萬元。若設(shè)計(jì)使用大運(yùn)量的刮板輸送機(jī)，設(shè)備費(fèi)用預(yù)計(jì)為400萬元。該部帶式輸送機(jī)的應(yīng)用費(fèi)用為50萬元，不僅節(jié)省資金，更將影響生產(chǎn)的時(shí)間縮到最短，為下梨園煤業(yè)聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)和竣工大驗(yàn)收奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為轉(zhuǎn)生產(chǎn)礦井后原煤的運(yùn)輸提供了保障，提高了原煤輸送的安全、可靠性，保障正常生產(chǎn)、提質(zhì)增效 。

3.2 技術(shù)革新

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)各煤礦井下使用的下運(yùn)帶式輸送機(jī)最大傾角為25°左右，而下梨園煤業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了31°大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)的應(yīng)用，是帶式輸送機(jī)技術(shù)的一大革新，為帶式輸送機(jī)技術(shù)的進(jìn)步邁出一大步，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益良好。

4 結(jié)束語

選用軟啟動(dòng)裝置，合理選擇加速度，選擇好制動(dòng)裝置和張緊裝置，配置防塊煤滾落設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了大傾角上山下運(yùn)皮帶運(yùn)輸。大傾角上山下運(yùn)帶式輸送機(jī)是煤礦上山開采向下運(yùn)輸理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，具有輸送距離較長、運(yùn)量大、連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值良好。

(本文責(zé)編：白銀雷)

劉修占(1970—)，男，江蘇沛縣人，高級(jí)工程師，從事煤礦生產(chǎn)管理方面的工作(E-mail:szkyzk@163.com)。

閆新安(1971—)，男，山東棗莊人，高級(jí)工程師，從事煤礦生產(chǎn)管理方面的工作(E-mail:542547721@qq.com)。

TD 528

B

1674-1951(2017)11-0043-03

2017-09-11；

2017-10-24