膠帶輸送機(jī)連續(xù)拐彎裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

姜海峰，張寶軍，路亞軍，高 鑫，欒建偉

（兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 兗州 272102）

0 引言

在地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井和采區(qū)，為提高煤炭資源回收率，工作面膠帶順槽往往需要轉(zhuǎn)向、拐彎布置，造成運(yùn)輸巷道不是直線運(yùn)輸，這樣在膠帶順槽布置上需要多部輸送機(jī)搭接使用，才能完成煤炭的運(yùn)輸，存在設(shè)備種類多、裝機(jī)容量、設(shè)備維護(hù)量大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)，為解決這一系統(tǒng)性問(wèn)題，所以研制一種可靠的工作面巷道膠帶輸送機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)彎輸送裝置很有必要。

帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)身的研發(fā)應(yīng)用旨在解決復(fù)雜條件采區(qū)和工作面運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)向、拐彎布置時(shí)，多種輸送機(jī)搭接布置帶來(lái)的不便，縮減設(shè)備種類、卸載點(diǎn)，減少運(yùn)行成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備開(kāi)機(jī)率和煤炭資源回收率，提高回采效率。

1 使用背景

1307（上）工作面位于興隆莊煤礦礦區(qū)一采區(qū)上部，位于巨王林、大苑莊三號(hào)斷層之間，工作面最大埋深382m，長(zhǎng)度77-175m，推進(jìn)長(zhǎng)度1077m，煤層厚度9.2m，煤層傾角平均5°，地質(zhì)儲(chǔ)量176萬(wàn)t。

1307(上)工作面呈“魚(yú)”型不規(guī)則布置，軌順按五段折線布置，運(yùn)順按161°折線轉(zhuǎn)變布置。興隆莊煤礦1307上工作面有一平面轉(zhuǎn)彎點(diǎn)（如下圖），正常生產(chǎn)時(shí)采用DSJ120/180/4×315型可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭，現(xiàn)遇一平面轉(zhuǎn)彎點(diǎn)，該DSJ120/180/4×315型可伸縮帶式輸送機(jī)無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。

1307工作面回采設(shè)計(jì)圖如圖1所示：

圖1 1307工作面回采設(shè)計(jì)圖

受地質(zhì)構(gòu)造的影響，運(yùn)輸巷不能全部直線布置，出現(xiàn)短距離內(nèi)巷道沿水平彎曲的現(xiàn)象，即平面轉(zhuǎn)彎點(diǎn)。再者，為提高煤炭資源回收率，工作面膠帶順槽往往需要轉(zhuǎn)向、拐彎布置，造成運(yùn)輸巷道不是直線運(yùn)輸，按常規(guī)應(yīng)用兩部或多部帶式輸送機(jī)搭接使用，才能完成煤炭的運(yùn)輸，因而帶式輸送機(jī)的優(yōu)越性不能得到充分的發(fā)揮且存在以下缺點(diǎn)：存在設(shè)備種類多初投資大；裝機(jī)容量、設(shè)備維護(hù)量大需更多的操作人員，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大增加了運(yùn)行成本；故障點(diǎn)增多，生產(chǎn)率低等缺點(diǎn)。

為解決復(fù)雜條件采區(qū)和工作面運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)向、拐彎布置時(shí)，多種帶式輸送機(jī)搭接布置帶來(lái)的不便，縮減設(shè)備種類、卸載點(diǎn)，減少運(yùn)行成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化供電系統(tǒng)，減少轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵污染，提高設(shè)備開(kāi)機(jī)率和煤炭資源回收率，提高回采效率。有些彎曲巷道因受限制，轉(zhuǎn)彎半徑不能做到足夠大，限制了轉(zhuǎn)彎半徑的大小，因而不能順利轉(zhuǎn)彎，此時(shí)輸送帶在轉(zhuǎn)彎處因轉(zhuǎn)彎半徑小會(huì)出現(xiàn)翻帶現(xiàn)象，需考慮如何防止翻帶，特別是磨損后的舊輸送帶。根據(jù)興隆莊煤礦1307工作面運(yùn)輸巷平面轉(zhuǎn)彎實(shí)測(cè)圖及相關(guān)技術(shù)參數(shù)計(jì)算，需要轉(zhuǎn)彎半徑450m，但受實(shí)際巷道限制，最大轉(zhuǎn)彎半徑僅為300m。

2 方案分析

興隆莊煤礦運(yùn)輸巷平面轉(zhuǎn)彎實(shí)測(cè)圖在以往設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常遇到同一工作面因?yàn)槭艿刭|(zhì)構(gòu)造的影響不能直線布置一部輸送機(jī)而需要兩部或三部輸送機(jī)搭接運(yùn)輸?shù)那闆r，以往的設(shè)計(jì)中采用以下兩種方式解決：

1）帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎裝置，其特點(diǎn)是一機(jī)可實(shí)現(xiàn)皮帶換向的目的，需要的轉(zhuǎn)彎半徑小。缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎裝置相對(duì)于正常機(jī)身來(lái)說(shuō)，需要較大的安裝空間，一般需要在轉(zhuǎn)彎位置單獨(dú)開(kāi)辟硐室；膠帶在狹小空間內(nèi)多次折返，對(duì)膠帶損傷大；換向滾筒上的小托輥轉(zhuǎn)速快，壽命低，需經(jīng)常更換；過(guò)煤量小、轉(zhuǎn)彎點(diǎn)易灑煤；維護(hù)量大等。技術(shù)方面還不太成熟，以至于被用戶摒棄而采用了最原始的搭接方式運(yùn)輸。

2）采用傳統(tǒng)膠帶轉(zhuǎn)彎是帶式輸送機(jī)在轉(zhuǎn)彎處托輥組槽角采用40°45°50°55°60°平穩(wěn)過(guò)渡。每10組槽形托輥設(shè)置1組上糾偏裝置?；爻潭瓮休伈捎肰型托輥組，正常段間距為3000mm，每10組設(shè)置1組下糾偏裝置。此種轉(zhuǎn)彎裝置與正常機(jī)身大小基本一致，不需要擴(kuò)巷道。缺點(diǎn)是所適用的巷道轉(zhuǎn)彎角度較小，一般不超過(guò)8°。

3 拐彎皮帶設(shè)計(jì)

1）確定拐彎半徑是設(shè)計(jì)平面拐彎帶式輸送機(jī)最重要的一項(xiàng)工作。拐彎半徑設(shè)計(jì)的是否合理，決定了皮帶機(jī)能否拐彎成功，但在受限制轉(zhuǎn)彎半徑不能做到足夠大，限制了轉(zhuǎn)彎半徑的大小的場(chǎng)合要有必要的措施：防止跑偏及翻帶。

2）實(shí)現(xiàn)平面拐彎的主要技術(shù)措施分為基本措施和附加措施。

基本措施有兩種：一種是使拐彎段托輥的內(nèi)端沿皮帶運(yùn)行方向向前傾斜一定角度ψ，稱之為托輥的安裝支撐角。由于ψ角的存在，則托輥和膠帶之間就有相對(duì)滑移速度ΔV，托輥給于膠帶一與ΔV的方向相反的摩擦力T′。T′在離心力方向上的分力T用以平衡膠帶張力S和S＋ΔS所產(chǎn)生的向心力，促使膠帶拐彎。ψ角越小，T值越大，故ψ角越小越有力，但ψ角不能為零，否則ΔV將為零，托輥將不產(chǎn)生給予膠帶向外推力。另一種是增大拐彎段承載托輥組的槽型角，由正常機(jī)身的35°承載托輥組通過(guò)45°承載托輥組過(guò)渡到深槽60°承載托輥組。

圖2 膠帶運(yùn)輸機(jī)拐彎段受力分析圖

以往實(shí)踐證明，槽型角愈大，膠帶愈不易跑偏。槽角的加大有利于膠帶的居中自動(dòng)調(diào)節(jié)，減小拐彎半徑；附加措施有兩種：一種是構(gòu)成拐彎段內(nèi)曲線抬高角γ。內(nèi)曲線抬高，可減小拐彎段的曲率半徑，使拐彎容易實(shí)現(xiàn)。但內(nèi)曲線的抬高，又可導(dǎo)致物料向外側(cè)滾動(dòng)。因此γ角不宜過(guò)大。在設(shè)計(jì)時(shí)，將內(nèi)曲線最大抬高角定為5°，為實(shí)現(xiàn)這一目的，將拐彎段的H支架兩側(cè)支撐根據(jù)抬高角設(shè)計(jì)為有一定高度差，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況只需將H支架的內(nèi)側(cè)支腿高度適當(dāng)調(diào)整即可，非常方便；一種是在拐彎段設(shè)置側(cè)立輥，以便膠帶在拐彎段向內(nèi)側(cè)和外側(cè)跑偏時(shí)，可由立輥予以限制。膠帶運(yùn)輸機(jī)拐彎段受力分析圖如圖2所示。

3）轉(zhuǎn)彎處設(shè)置60°深槽抗偏防翻帶托輥組、防翻帶裝置、擋帶孔安裝收攏器，防止塊狀物料灑落；內(nèi)側(cè)設(shè)置一組抗偏托輥。

圖3 膠帶運(yùn)輸機(jī)拐彎段架桿刨面圖

4）過(guò)渡段采用45°托輥組，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)身與機(jī)頭部、機(jī)尾部與地坪成傾斜夾角平緩過(guò)渡到原正常機(jī)身。

5）回程段下托輥隔一組平托輥設(shè)置一組帶擋偏立輥調(diào)心，平托輥處設(shè)置壓帶輥。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和地測(cè)科標(biāo)線，從拐點(diǎn)處開(kāi)始向切眼、溜煤眼方向安裝轉(zhuǎn)彎裝置，每條2.4米長(zhǎng)中間架折角按0.463°、偏移量14.6mm依次累加；先墊好支腿、根據(jù)高度需要落底或起高，按統(tǒng)一4.6°調(diào)成統(tǒng)一角度，依次安裝過(guò)渡段支腿，打地錨后用砂漿固化。后續(xù)安裝防翻帶裝置架、防翻帶裝置梁、深槽抗偏托輥架、上下托輥、抗偏立輥等。在膠帶鋪設(shè)時(shí)使用多個(gè)鐵滑車進(jìn)行導(dǎo)向。

表1 1307上運(yùn)順轉(zhuǎn)彎裝置每節(jié)架桿偏移量（按外側(cè)）

總計(jì)41組轉(zhuǎn)彎架腿，以第21組安裝在拐點(diǎn)處，如空間不足可調(diào)整偏移量。

5 應(yīng)用效果

膠帶輸送機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)彎裝置機(jī)身除彎道處的部分結(jié)構(gòu)件外，其他部件如托輥等都可與同類型普通膠帶輸送機(jī)通用，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的使用，轉(zhuǎn)彎皮帶的達(dá)到了設(shè)計(jì)1200噸/小時(shí)運(yùn)輸能力，第一天產(chǎn)煤4532t，最高日產(chǎn)6496t（25日兩個(gè)班）、最高班產(chǎn)3408t（25日夜班），滿足了工作面生產(chǎn)需要，取得了較好的使用效果。

6 結(jié)論

帶式輸送機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)身與普通膠帶輸送機(jī)相比，不僅可以減少膠帶輸送機(jī)的搭接，減少硐室的開(kāi)采工作量、減少驅(qū)動(dòng)裝置的投資等，而且還可以減少轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵污染、維護(hù)工作量和主要故障點(diǎn)、降低初期投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化供電系統(tǒng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

另外，膠帶輸送機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)身除彎道處的部分結(jié)構(gòu)件外，其他重要部件如驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、輸送帶等都可與同類型普通膠帶輸送機(jī)通用，因而膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)身有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

7 改進(jìn)方向

1）因變頻技術(shù)非常成熟，可采取上、下帶在進(jìn)入轉(zhuǎn)彎裝置前增加驅(qū)動(dòng)，使膠帶在連續(xù)轉(zhuǎn)彎處上下膠帶的張力盡可能減小以利于調(diào)整。

2）下膠帶可采用上、下平托輥夾帶增加阻力、與運(yùn)輸中心夾角布置，實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)行中受托輥側(cè)向分力進(jìn)行調(diào)整。

3）增大抗偏立輥數(shù)量和旋臂支撐強(qiáng)度，保證調(diào)偏效果。