大傾角長距離下運(yùn)帶式輸送機(jī)的應(yīng)用研究

李 猛

（山西潞安集團(tuán)蒲縣隰東煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041208）

1 工程概況

珙泉煤礦礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬t/a，可采及局部可采煤層共3層，即2號、3號、4號煤層，煤層可采總厚度平均4.43m，煤層傾角平均20°。主采煤層為2號、3號煤層合并煤層，該煤礦14采區(qū)運(yùn)輸斜巷，由于受地質(zhì)條件的限制，整體輸送傾角達(dá)-21°，整機(jī)斜長480m，輸送傾角超出了普通皮帶機(jī)的極限范圍，屬于典型的大傾角長距離下運(yùn)大功率帶式輸送機(jī)輸送條件，運(yùn)輸系統(tǒng)如圖1所示。

2 總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)

整個(gè)14采區(qū)改造皮帶下山設(shè)計(jì)1臺皮帶機(jī)，整機(jī)采用深槽固定式大傾角皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)型式，物料由煤倉從機(jī)尾給料，通過皮帶機(jī)斜坡向上運(yùn)輸后從機(jī)頭滾筒卸料，傳動裝置布置在14采區(qū)斜坡與水平大巷交叉處的上部區(qū)段，驅(qū)動方式采用雙滾筒2電機(jī)驅(qū)動，皮帶機(jī)上部槽形托輥，必須設(shè)計(jì)成先進(jìn)的深槽托輥組，增加皮帶對物料的摩擦力，保證物料在運(yùn)行過程中不下滑，滿足使用要求。整機(jī)配置要求技術(shù)先進(jìn)、性能可靠。在皮帶機(jī)啟動時(shí)要求不能對機(jī)械、電氣零部件造成沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)重載軟啟動，并能實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡；為了使皮帶在運(yùn)行過程中保持恒定的張力，保證皮帶不打滑，皮帶張緊方式采用能夠適時(shí)張緊的液壓自動張緊裝置；由于是大傾角下運(yùn)皮帶，必須配置先進(jìn)可靠的制動裝置；為了避免皮帶在長期運(yùn)行后突然斷帶對皮帶機(jī)造成重大機(jī)電事故，皮帶機(jī)配置斷帶抓捕器；在電氣控制及綜合保護(hù)上，要求配置先進(jìn)完善的PLC電控保護(hù)裝置，并能與該礦井自動化系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)自動化綜合控制。

我礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，主斜井膠帶運(yùn)輸，傾角為21°，斜長637m，故而去珙泉煤礦調(diào)研、學(xué)習(xí)，參與了大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)應(yīng)用的效果分析。

圖1 24采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖（單位：mm）

3 皮帶機(jī)及輸送帶選型

3.1 皮帶機(jī)選型

根據(jù)現(xiàn)場14采區(qū)開采及運(yùn)輸斜巷條件，皮帶輸送機(jī)運(yùn)量為400t/h，運(yùn)距480m，傾角為-21°，垂高為171.3m，運(yùn)煤最大塊度300mm。對于水平安裝的輸送機(jī)，可選擇較高的帶速，輸送傾角越大帶速應(yīng)偏低，向上輸送時(shí)帶速可適當(dāng)高些，向下輸送時(shí)帶速應(yīng)低些。目前DTⅡ系列帶式輸送機(jī)推薦的帶速為1.25～4m/s。對于下運(yùn)帶式輸送機(jī)，考慮帶速過高，制動性差，控制困難，經(jīng)綜合考慮確定帶速為2m/s。選擇YB2-315M-4型電動機(jī)2臺帶動，功率為2×132kW。

3.2 輸送帶選型及帶寬計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際輸送帶選擇ST1600/S鋼繩芯阻燃抗靜電膠帶，輸送帶質(zhì)量26.1kg/m，輸送帶帶厚25mm。

（1）按輸送能力確定帶寬B1

帶式輸送機(jī)的輸送能力與帶寬和帶速的關(guān)系[1-2]是：

式中：

Q-帶式輸送機(jī)的輸送能力，t/h；

K-貨載斷面系數(shù)，K值與貨載在輸送帶上的堆積角有關(guān)；

B-輸送帶寬度，m；

v-輸送機(jī)速度，m/s；

γ-貨載運(yùn)送的集散容重，t/m3；

c-傾角對輸送量的影響系數(shù)。

當(dāng)輸送量為400t/h，K值取385，輸送機(jī)速度為2m/s，煤容重為0.9t/m3，輸送機(jī)傾角對輸送量的影響系數(shù)取0.95，帶入公式（1）計(jì)算可得出在保證運(yùn)輸能力時(shí)所需皮帶寬度B1為780mm。

（2）按輸送物料的塊度確定帶寬B2

因?yàn)樵撈н\(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)牟牧蠟樵?，且運(yùn)煤最大塊度為300mm，故有[1-2]：

式中：

ɑmax-運(yùn)煤最大塊度，取300mm。

綜上分析，現(xiàn)場14采區(qū)運(yùn)輸斜巷實(shí)際合理帶寬設(shè)計(jì)為max｛B1，B2｝，所以設(shè)計(jì)選用800mm寬的輸送帶。

4 主要零部件設(shè)計(jì)及防跑偏措施

4.1 深槽托輥

為了增加皮帶對物料的包裹和摩擦力，保證物料在運(yùn)行過程中不下滑，根據(jù)我國煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的托輥技術(shù)[3-4]，結(jié)合該煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際特定條件開發(fā)設(shè)計(jì)了“雙排深槽形托輥組”，中心應(yīng)60°對稱，選用Ф108mm的沖壓焊接標(biāo)準(zhǔn)滾子的托輥，如下圖2所示。

圖2 雙排深槽形托輥組

“雙排深槽形托輥組”中心60°對稱的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）為了增加皮帶的側(cè)向壓力，中間2個(gè)下托輥按V形安裝，物料不易下滑；（2）為了方便皮帶機(jī)的維修和制造，設(shè)計(jì)2個(gè)上托輥和2個(gè)下托輥形成深槽托輥；（3）4個(gè)托輥以中心對稱雙排形式安裝，有效防止輸送皮帶跑偏，使得輸送皮帶對中穩(wěn)定運(yùn)行，輸送皮帶與托輥兩端尖角不接觸，大大提高了皮帶的壽命；（4）為加大運(yùn)輸皮帶對物料的摩擦系數(shù)，增加了兩側(cè)托輥槽的形角，使得大傾角下運(yùn)物料時(shí)不下滑。

4.2 托輥及中間架

下托輥與普通皮帶機(jī)一樣，采用Ф108平行下托輥，托輥隔距為3m。在機(jī)尾受料段導(dǎo)料槽的下方，安裝35°、45°、50°、60°槽形橡膠圈式緩沖托輥，可吸收輸送物料下落時(shí)對膠帶的沖擊動能，延長輸送帶和托輥的使用壽命。

為了便于維護(hù)檢修，本機(jī)中部區(qū)段皮帶理論高度設(shè)計(jì)為1.2m。為了便于運(yùn)輸和安裝以及平帶圓滑過渡，直段中間架每節(jié)長度設(shè)計(jì)為6m；曲段中間架每節(jié)長度設(shè)計(jì)為3m，通過調(diào)整中間支腿高度，形成半徑50m的凸圓弧，利于皮帶平滑過渡，減少震動。此設(shè)計(jì)還減少了中間架的彎曲工作量，使用效果良好。過中間架縱梁采用12號重型槽鋼，支腿為可拆分結(jié)構(gòu)，與中間架采用螺栓連接，非標(biāo)支腿布置在機(jī)頭驅(qū)動部附近，其上可安裝平托輥，中部區(qū)段支腿與基礎(chǔ)之間采用與預(yù)埋鋼板焊接。

4.3 皮帶機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及防跑偏措施

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，皮帶機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)布置在14區(qū)斜坡與水平東交叉處的前部區(qū)段，驅(qū)動方式采用雙滾筒2電機(jī)驅(qū)動，傳動滾筒一端連接減速器，另一端連接盤式制動器的制動盤。

由于本臺皮帶機(jī)上部運(yùn)料托輥大部分采用專門設(shè)計(jì)的60°雙排深槽形承載托輥，布置間距為1.2m，為降低輸送帶邊緣因成槽延伸而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，同時(shí)也防止輸送帶展平時(shí)出現(xiàn)撒料現(xiàn)象，在過渡區(qū)段布置了20°、35°、45°、50° 過渡托輥組?？紤]安裝等原因可能帶來的皮帶跑偏，而深槽托輥又不能安裝調(diào)心托輥，為此我們又專門設(shè)計(jì)了深槽擋偏托輥?zhàn)鳛樘厥馇闆r的補(bǔ)救措施，通過擋偏輥限制皮帶的跑偏，通過皮帶機(jī)的運(yùn)行，效果良好，解決了皮帶跑偏。

5 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)開發(fā)的皮帶機(jī)，實(shí)現(xiàn)了-21°下運(yùn)條件的正常物料輸送，結(jié)合該煤礦成功設(shè)計(jì)運(yùn)行的大傾角上運(yùn)皮帶機(jī)，此種光面深槽型帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)適用于上運(yùn)25°，下運(yùn)21°的皮帶機(jī)。

（2）設(shè)計(jì)開發(fā)的中心對稱式60°“雙排深槽形托輥組”，設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)合理，托輥通用性好，制造和維修方便，使用效果好。