雄安新區(qū)建筑骨料綠色輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

季土榮

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

1 運(yùn)輸方案比選

1.1 汽車運(yùn)輸方案

汽車運(yùn)輸現(xiàn)有道路主要有107國道、S333省道、東風(fēng)路等道路，長約75 km，根據(jù)自卸汽車運(yùn)輸?shù)氖褂?、運(yùn)輸特點(diǎn)及新區(qū)骨料年需求量，共需額定載重30 t的骨料運(yùn)輸汽車約1 280臺，汽車間距為120 m。

S333省道經(jīng)過徐水區(qū)城內(nèi)，汽車運(yùn)輸方案所需要車輛多，汽車間距短，社會車輛難以通行，造成城市交通堵塞，管控難度高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。汽車運(yùn)輸方案，所需要車輛多，汽車間距短，社會車輛難以通行，造成交通堵塞，管控難度高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。同時(shí)原有道路及橋梁需要重新改擴(kuò)建，道路兩側(cè)移民征地難度極大。大量的汽車運(yùn)輸將會產(chǎn)生各種撒料、漏料等情況，對沿途環(huán)境造成污染；運(yùn)輸車輛超載、超速和潑灑對公路破壞嚴(yán)重且揚(yáng)塵較大，嚴(yán)重影響公路沿線居民生產(chǎn)生活。運(yùn)輸車輛排放出的尾氣會對空氣造成污染；在居民區(qū)附近行駛時(shí)汽車鳴笛會造成噪聲污染。車輛密集，管控難度大，交通安全難以保障，同時(shí)汽車骨料轉(zhuǎn)運(yùn)過程存在再次破碎，雨天時(shí)，骨料含水率波動較大，骨料質(zhì)量難以得到保證。

1.2 帶式輸送機(jī)方案

采用綠色封閉式帶式輸送機(jī)運(yùn)輸建筑骨料方案，可將生產(chǎn)示范基地建筑骨料和周邊現(xiàn)有礦山建筑骨料直接輸送到建筑產(chǎn)業(yè)園和攪拌站，該方案節(jié)能環(huán)保、無噪聲污染，避免因擠壓引起的再次破碎以及雨天運(yùn)輸造成的含水率波動，可全過程實(shí)行物聯(lián)網(wǎng)智能化監(jiān)控。根據(jù)新區(qū)建設(shè)需求，可隨時(shí)調(diào)配，安全管控程度高，減緩交通壓力。帶式輸送機(jī)綜合運(yùn)距約為52 km，其建設(shè)工期比骨料運(yùn)輸專線短。

綠色全封閉式帶式輸送機(jī)運(yùn)輸建筑骨料，將生產(chǎn)示范基地建筑骨料直接輸送到建筑產(chǎn)業(yè)園和攪拌站，該方案節(jié)能環(huán)保、無噪聲污染，避免因擠壓引起的再次破碎以及雨天運(yùn)輸造成的含水率波動，可全過程實(shí)行物聯(lián)網(wǎng)智能化監(jiān)控。根據(jù)新區(qū)建設(shè)需求，可隨時(shí)調(diào)配，安全管控程度高，減緩交通壓力，其建設(shè)工期比骨料運(yùn)輸專線短。

1.3 方案比選

基于雄安新區(qū)特殊歷史地位及標(biāo)桿示范作用，對其環(huán)境保護(hù)及綠色施工有更高層次的要求，在建設(shè)雄安新區(qū)時(shí)，堅(jiān)持“先謀后動、規(guī)劃引領(lǐng)、統(tǒng)籌兼顧、生態(tài)優(yōu)先、高效有序、優(yōu)質(zhì)安全”，積極探索新區(qū)建設(shè)管理新模式、新方法、新手段，以高效率、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量保障雄安新區(qū)的開發(fā)建設(shè)。長距離帶式輸送機(jī)適合距離遠(yuǎn)、運(yùn)量巨大、強(qiáng)度高的骨料運(yùn)輸，同時(shí)帶式輸送機(jī)具有占地少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。建設(shè)長距離、全封閉帶式帶式輸送機(jī)，替代傳統(tǒng)的汽車運(yùn)輸，有效避免傳統(tǒng)運(yùn)輸造成的噪音、粉塵等環(huán)境污染和交通壓力。

綜上所述，推薦使用帶式輸送機(jī)進(jìn)行新區(qū)建設(shè)骨料的運(yùn)輸方式。

2 綠色輸送系統(tǒng)線路總體布置

通過現(xiàn)場調(diào)研和相應(yīng)方案比選，確定推薦本工程長距離帶式輸送機(jī)線路方案總體布置如下：起點(diǎn)開始向東基本平行于京昆高速（G5）與榮烏高速（G18），在L1-1轉(zhuǎn)載站后繼續(xù)一路向東下穿京昆高速（G5）后經(jīng)過廣門村北側(cè)、丁莊村及高林營村北側(cè)、下穿京廣鐵路和107國道后經(jīng)過北里村北側(cè)后下穿京港澳高速（G4）、京廣高鐵，通過沙河村南側(cè)至供應(yīng)中心；從供應(yīng)中心開始的配送線，向東通過北城村南側(cè)，在北城村東側(cè)2.2 km 處設(shè)L2轉(zhuǎn)載站，然后依次通過大南頭村、大八于村、南劇村、晾馬臺村南側(cè)、跨越西引河、白溝河及河灘，最后至雄縣倉儲中心。輸送線全線共由7條帶式輸送機(jī)組成，全長61.2 km。

3 長距離帶式輸送機(jī)工藝與布置

3.1 工藝布置主要原則

（1）保證成品料輸送線路的可行性、可靠性，力求運(yùn)行簡單，經(jīng)濟(jì)合理。

（2）充分考慮與其他相關(guān)系統(tǒng)之間關(guān)系和合理銜接，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備流程和工藝布置。

（3）在充分利用曲線帶式輸送機(jī)技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，盡量加大單條帶式輸送機(jī)的長度，減少中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)。

（4）重視環(huán)境保護(hù)和水土保持，因地制宜，既要投資少，還要減少對地表的破壞、減少土建工程。

（5）輸送線路的選取避免通過集聚的居民區(qū)，以減少拆遷量；盡量沿既有道路邊界布置，避免占用耕地；盡量避開不良地質(zhì)條件的地段。

（6）帶式輸送系統(tǒng)經(jīng)過各種道路、田地的時(shí)采取高架上跨的方式，沿地面下穿出設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)。

（7）輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要充分考慮項(xiàng)目施工和運(yùn)行管理。

3.2 帶式輸送機(jī)工藝布置

根據(jù)線路總體布置，綜合考慮輸送線平面布置特性，通過對線路縱斷面的布置研究，確定本工程帶式輸送機(jī)工藝布置方案。

本項(xiàng)目通過對帶式輸送機(jī)平面、縱向線路布置各種工況下的靜態(tài)計(jì)算和動態(tài)的分析和計(jì)算，并借鑒國內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，綜合分析、比較，本輸送線單條長距離帶式輸送機(jī)的水平轉(zhuǎn)彎最多6個(gè)，平面轉(zhuǎn)彎半徑不小于1 800 m，縱面凸凹弧段半徑不小于1 200 m。并最終確定輸送系統(tǒng)由1條直線輸送機(jī)和6條空間曲線帶式輸送機(jī)組成。

3.3 帶式輸送機(jī)工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)成品料運(yùn)輸系統(tǒng)線路總體布置及帶式輸送機(jī)工藝布置，本系統(tǒng)采由7條帶式輸送機(jī)組成，全部為長距離帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)總長61.2 km，并以此為依據(jù)進(jìn)行帶式輸送機(jī)的工藝設(shè)計(jì)。

（1）帶寬和帶速的確定。根據(jù)計(jì)算，要滿足本工程主送線輸送能力5 000 t/h，須選用帶寬 B=1 600 mm；滿足配送線的輸送能力為2 500 t/h時(shí)，配送膠帶機(jī)帶寬 B=1 200 mm。二者帶速均選用 V=5.0 m/s。

（2）輸送帶張力計(jì)算。在確定輸送線路阻力摩擦系數(shù)后計(jì)算帶式輸送機(jī)的運(yùn)行阻力，用逐點(diǎn)法計(jì)算輸送帶關(guān)鍵點(diǎn)張力。輸送帶張力應(yīng)滿足兩個(gè)條件，即摩擦條件和垂度條件，就能保證輸送機(jī)的驅(qū)動條件，可以先按垂度條件進(jìn)行計(jì)算，然后驗(yàn)算摩擦條件，也可以先按摩擦條件計(jì)算再驗(yàn)算垂度條件。

①線路阻力摩擦系數(shù)ω影響。阻力系數(shù)的選取對輸整體設(shè)備的整體方案起著至關(guān)重要的作用，對于長距離帶式輸送機(jī)來說，合理的運(yùn)行模擬系數(shù)及配比方式將是方案合理的前提性保障。針對國內(nèi)環(huán)境和托輥、托輥架加工質(zhì)量和安裝精度，應(yīng)用到長距離輸送機(jī)，特別是托輥的旋轉(zhuǎn)阻力對線路阻力摩擦系數(shù)ω影響較大，普通托輥旋轉(zhuǎn)阻力為2.5～3.0 N，低阻尼托輥的旋轉(zhuǎn)阻力可降低30%～40%。如果阻力系數(shù)較大，勢必會造成功率和帶強(qiáng)偏大。根據(jù)對長距離輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，采用普通托輥實(shí)際運(yùn)行阻力系數(shù)一般為0.02～0.03。

低阻力輸送機(jī)是指采用低阻力托輥、滾筒、輸送帶等設(shè)備，選用低阻力系數(shù)，可以相應(yīng)降低設(shè)備選型，但對托輥、滾筒、輸送帶等設(shè)備有特殊要求，初期投資稍大，但運(yùn)行費(fèi)用降低一些。

在帶速、帶寬一定的情況下，通過分析不同的線路阻力系數(shù)對配置的影響可得出最優(yōu)的配置方案，節(jié)省初步投資及運(yùn)營費(fèi)用。經(jīng)比較后，考慮本地區(qū)不是高寒地區(qū)，為降低輸送機(jī)的投資，推薦選取阻力系數(shù)0.019。

②帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況。長距離起伏帶式輸送機(jī)往往會出現(xiàn)電動狀態(tài)、發(fā)電狀態(tài)、最大電動狀態(tài)、最大發(fā)電狀態(tài)、滿載狀態(tài)等多種工況。在不同狀態(tài)時(shí)，輸送帶的張力不同。如果計(jì)算設(shè)計(jì)考慮不全，嚴(yán)重會造成飄帶、跑偏，輸送機(jī)不能正常運(yùn)行，可能還會造成撕帶。

③采用多點(diǎn)驅(qū)動是最有效地降低輸送帶張力的方法之一。a.驅(qū)動的位置。采用頭尾驅(qū)動，頭尾驅(qū)動可使驅(qū)動功率分散開來，可以降低輸送帶運(yùn)行時(shí)的最大張力，降低輸送帶的強(qiáng)度要求，增加輸送機(jī)的運(yùn)距，降低輸送機(jī)制造成本。經(jīng)嚴(yán)格計(jì)算分析，采用頭尾驅(qū)動可以改善輸送帶張力，增加制動可靠性，是最適合本項(xiàng)目輸送機(jī)的。

b.多點(diǎn)驅(qū)動的啟制動控制。由于本輸送系統(tǒng)帶式輸送機(jī)運(yùn)距長，下穿變坡點(diǎn)多，線路較為復(fù)雜，致使工況復(fù)雜，運(yùn)行控制時(shí)如何確定多點(diǎn)驅(qū)動啟動的時(shí)間間隔成為技術(shù)難題。固定的順序延時(shí)啟動已經(jīng)不能滿足要求。經(jīng)過多條長帶式輸送機(jī)的現(xiàn)場運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)分析，在多機(jī)順序啟動控制上打破了原有的張力波傳播速度理論，采用輸送帶彈性變形及張力在線檢測控制理論。為了保證帶式輸送機(jī)能夠無沖擊順序啟動，就必須滿足在第1驅(qū)動的力傳遞到第2驅(qū)動點(diǎn)并達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)（此張力值通過動、靜態(tài)分析計(jì)算獲得），第2驅(qū)動方可啟動，只有這樣，才能準(zhǔn)確無誤地確定順序啟動延時(shí)的長短，完全解決了帶式輸送機(jī)在各種不同工況下的啟動問題，使帶式輸送機(jī)啟動更加平穩(wěn)，徹底解決了啟動打滑現(xiàn)象的發(fā)生及輸送帶張力難以控制的問題。

④張緊裝置的合理設(shè)置。張緊裝置必須按所需的最大拉緊力進(jìn)行各工況下的設(shè)計(jì)計(jì)算，重新確定各工況下各關(guān)鍵點(diǎn)的張力，然后再確定出最大張力是在何種工況的哪一點(diǎn)，產(chǎn)生最大功率的工況是哪種，從而最終確定該輸送機(jī)的各項(xiàng)配置。

⑤ 張力計(jì)算成果。經(jīng)計(jì)算，輸送線各條帶式輸送機(jī)的張力計(jì)算成果見表1。

表1 長距離帶式輸送機(jī)張力計(jì)算成果表

（3）轉(zhuǎn)彎段設(shè)計(jì)。①轉(zhuǎn)彎半徑。根據(jù)計(jì)算和分析，初步擬定本工程的長距離帶式輸送機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑為1 800 m，在以后的施工設(shè)計(jì)中進(jìn)一步的優(yōu)化，使輸送機(jī)的運(yùn)行更加安全、可靠、平穩(wěn)。

②轉(zhuǎn)彎段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。曲線帶式輸送機(jī)是通過將轉(zhuǎn)彎段的輸送帶內(nèi)曲線抬高和將托輥傾斜安裝，使輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎段在運(yùn)行時(shí)通過托輥產(chǎn)生向外的推力，克服輸送帶轉(zhuǎn)彎時(shí)由于張力產(chǎn)生的內(nèi)移力，保證輸送帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的正常運(yùn)行。為了保證轉(zhuǎn)彎能夠順利實(shí)現(xiàn)，采取了以下措施。

a.在線路允許的情況下，進(jìn)一步調(diào)整輸送機(jī)線路，增大彎曲半徑，并盡可能避開凹弧段轉(zhuǎn)彎，提高輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性、可靠性；b.采用深槽托輥組：根據(jù)輸送帶張力大小和轉(zhuǎn)彎半徑的大小，轉(zhuǎn)彎段托輥組采用45°槽型托輥或60°深槽托輥。c.構(gòu)成內(nèi)曲線抬高角τ：輸送帶在轉(zhuǎn)彎曲線的內(nèi)側(cè)所形成的曲線叫內(nèi)曲線。內(nèi)曲線的抬高可減小轉(zhuǎn)彎半徑，τ越大對轉(zhuǎn)彎越有利，但過大會使物料向外滾動，因此τ 角不宜過大，一般不大于5°。d.在兩回程托輥之間的輸送帶上面加壓輥，減小回空段所確定的轉(zhuǎn)彎半徑。e.使轉(zhuǎn)彎處的托輥具有安裝支撐角ψ：它是在轉(zhuǎn)彎處使托輥的內(nèi)側(cè)端向輸送帶運(yùn)行方向移動而形成。ψ越小對輸送帶運(yùn)行是有利的，但ψ=0時(shí)，托輥將不產(chǎn)生對輸送帶向外的推力，此時(shí)輸送帶將逐漸向內(nèi)跑偏，一般按經(jīng)驗(yàn)取ψ=0.5°。

（4）傾角的確定。目前國內(nèi)長距離輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的最大上運(yùn)角度為25°，最大下運(yùn)角度為-23°，本運(yùn)輸系統(tǒng)的長距離線路經(jīng)過優(yōu)化布置后，實(shí)際發(fā)生的最大上運(yùn)傾角和最大下運(yùn)傾角如表2所示。同時(shí)為保證輸送帶平穩(wěn)運(yùn)行，需采取以下三個(gè)措施：①采用深槽托輥組，與普通托輥組相比，它可以增加對物料的擠壓，增大物料間的內(nèi)摩擦力，防止物料撒落及滾滑；②采用有效的擋料裝置，防止物料滾滑；③采用可靠軟啟動、制動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)緩慢啟動、制動，軟啟動采用變頻啟動，制動采用可控盤式制動器。

表2 長距離帶式輸送機(jī)傾角一覽表

綜上計(jì)算成果分析，擬定本工程運(yùn)輸系統(tǒng)各條帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如圖3所示。

表3 長距離帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

4 噪聲及粉塵控制

4.1 噪音及粉塵簡要分析

成品料運(yùn)輸系統(tǒng)由7條長距離帶式輸送機(jī)組成，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，主要噪聲源為機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪音、轉(zhuǎn)載時(shí)骨料碰撞溜槽噪音及電機(jī)噪音等；主要粉塵源為轉(zhuǎn)載落料處產(chǎn)生的粉塵，粉塵飄落在構(gòu)筑物內(nèi)。噪音及粉塵防護(hù)控制措施不當(dāng)，可能會使人產(chǎn)生聽力下降、損壞耳膜、呼吸系統(tǒng)等危害影響，構(gòu)筑物內(nèi)粉塵達(dá)到一定濃度時(shí)甚至?xí)l(fā)生爆炸等嚴(yán)重影響。

4.2 噪音及粉塵控制措施

（1）噪音控制。為降低成品料運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的噪音，首先可以在輸送機(jī)頭部護(hù)罩采用流線型弧形頭部護(hù)罩，卸料漏斗采用誘導(dǎo)風(fēng)阻尼漏斗，避免物料沖擊，可以有效解決物料對設(shè)備的沖擊磨損，降低噪聲污染。

其次，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用以下措施，保證長距離帶式輸送機(jī)噪音達(dá)到國家要求以下，減少噪音污染：

①采用全封閉式桁架結(jié)構(gòu)，局部（如民居集中線路段）增加隔音板。②加強(qiáng)運(yùn)行管理，保證給料均勻，避免造成振動，帶動托輥架、桁架振動，產(chǎn)生噪音。③在特殊地段托輥采用高分子托輥，可降低3～5 dB，減少噪音。

再次設(shè)置工業(yè)電視和集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動化控制，盡量避免作業(yè)人員靠近噪聲源。

（2）粉塵控制。成品料運(yùn)輸系統(tǒng)全部采用全封閉式桁架結(jié)構(gòu)，減少物料運(yùn)輸過程產(chǎn)生粉塵。轉(zhuǎn)載落料處采用封閉溜槽轉(zhuǎn)載，并在轉(zhuǎn)載處安裝機(jī)械除塵器治理粉塵。

5 結(jié)語

雄安新區(qū)作為新常態(tài)新發(fā)展模式的改革創(chuàng)新試驗(yàn)田，按照“世界眼光、國際標(biāo)準(zhǔn)、中國特色、高點(diǎn)定位”的總體要求，在綠色環(huán)保理念的引領(lǐng)下，采用全封閉架空長距離帶式輸送機(jī)輸送建筑骨料，不僅確保建筑骨料質(zhì)量，而且在運(yùn)輸過程較汽車運(yùn)輸安全、節(jié)能、環(huán)保，對于雄安新區(qū)建設(shè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)所獲得研究成果可為來城市建設(shè)提供參考。