大傾角帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

趙利鋒

（山西焦煤汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)公司，山西晉中 031302）

0 引言

帶式輸送機(jī)是煤礦的主要運(yùn)輸方式，由于受到煤層賦存條件、巷道布置方式以及地形的影響，帶式輸送機(jī)的布置方式各種各樣[1]。山西某礦采用平硐+斜井開拓方式，需要在主斜井內(nèi)布置皮帶輸送機(jī)，隨著礦井采掘深度以及開采量的不斷增加，對(duì)斜井皮帶輸送機(jī)提出了更高的要求。文中以斜井皮帶輸送機(jī)布置為具體研究對(duì)象，對(duì)大傾角皮帶輸送機(jī)的部件選型、關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行分析討論，并根據(jù)分析結(jié)果給出距離設(shè)計(jì)應(yīng)用方案，以期能更好地促進(jìn)礦井生產(chǎn)運(yùn)輸工作開展。

1 皮帶輸送機(jī)基本參數(shù)

山西某礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為300萬t，采用皮帶運(yùn)輸方式，主斜井長度在1 485 m，斜井平均傾角在24°，井口與井底車場間高差為600 m。皮帶輸送機(jī)每立方米輸送的原煤質(zhì)量在900 kg，顆粒度介于0～300 mm，動(dòng)、靜堆積角取值分別為15°、40°，需要的輸送量3 000 t/h，皮帶輸送機(jī)工作環(huán)境多粉塵、空氣潮濕，逆風(fēng)提升，風(fēng)速約為2 m/s。給料以及卸料方式為尾部給煤機(jī)連續(xù)給煤、頭部滾筒卸煤。

2 皮帶輸送機(jī)托輥布置及運(yùn)量計(jì)算

2.1 托輥布置

常見的大傾角帶式輸送機(jī)類型可以分為花紋帶式、波紋擋邊式以及壓帶式等類型?；y帶式結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但是也存在傳輸功率低、清理困難等問題；后2種方式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，能耗以及磨損量較大，輸送能力也較弱[2-4]。同時(shí)大傾角輸送機(jī)需要通過膠帶提供的摩擦力來減少運(yùn)輸煤炭的滾料、滑料情況[5]。為了增加皮帶的摩擦力，可以通過增加輸送機(jī)槽角來實(shí)現(xiàn)，因此，輸送機(jī)采用深槽方式運(yùn)輸煤炭。

為了最大限度的增加皮帶側(cè)向壓力，托輥布置時(shí)摒棄常用的三托輥方式，選擇采用深槽四托輥布置方式，具體如圖1所示。深槽四托輥布置方式中間的2個(gè)托輥布置方式呈現(xiàn)V形，增大兩側(cè)托輥槽角[6-7]。選用這種深槽四托輥布置方式不僅提高了膠帶運(yùn)行時(shí)的對(duì)中性，而且也便于設(shè)備的安裝及后期維護(hù)。

2.2 運(yùn)量計(jì)算

根據(jù)托輥布置形式，可以對(duì)膠帶運(yùn)輸?shù)拿禾拷孛娣eS進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式[8～9]如下：

圖1 托輥布置方式

式中：b為輸送機(jī)帶寬，取值為1 300 mm；l1為中間托輥間長度，取值為375 mm；λ1、λ2為托輥內(nèi)、外側(cè)槽角，取值分別為25°、60°；θ為煤炭堆積角，取值為15°。

將上述參數(shù)分別代如式（1）～（4）中，即可求出運(yùn)輸煤炭的截面積S=0.492 m2。

皮帶輸送機(jī)輸送能力Q計(jì)算可以采用式（5）進(jìn)行計(jì)算：

式中：S為運(yùn)輸煤炭的截面積，取值為0.492 m2；v為輸送機(jī)運(yùn)行速度，取值為3.0 m/s；K為折減系數(shù)，取值為0.72；ρ為煤炭堆積密度，取值900 kg/m3。

計(jì)算得：

Q=3.6×0.492×3.0×0.72×900=3 443(t/h)＞3 000 t/h

可以滿足礦井運(yùn)輸需要。因此，選擇的帶寬以及帶速可以滿足礦井生產(chǎn)需要。

3 輸送機(jī)布置方式以及傳動(dòng)方式選擇

3.1 輸送機(jī)布置方式

由于該礦斜井的總提升高度達(dá)到600 m，運(yùn)送環(huán)境中粉塵、濕度較大，運(yùn)行條件較為苛刻。常規(guī)的皮帶輸送機(jī)布置方式有單臺(tái)布置、兩排并行布置以及兩臺(tái)前后搭接布置方式3種形式[10]。膠帶采用鋼絲繩芯膠帶，具有較強(qiáng)的張力[11]。

采用單臺(tái)輸送機(jī)布置形式，在膠帶帶強(qiáng)滿足要求情況下，輸送機(jī)的安全系數(shù)較低，難以滿足礦井有關(guān)規(guī)范要求；同時(shí)單臺(tái)輸送機(jī)布置需要膠帶厚度較厚，厚度太大膠帶不能很好的適應(yīng)深槽四托輥布置方式，因此，單臺(tái)輸送機(jī)布置方式不合理。

2臺(tái)輸送機(jī)并行布置方式，同樣在滿足帶強(qiáng)前提下，膠帶厚度較大，不能很好的適應(yīng)深槽四托輥布置方式。

2臺(tái)輸送機(jī)前后混搭布置方式，在保證足夠帶強(qiáng)情況下，膠帶厚度較小，滿足深槽四托輥布置要求；同時(shí)設(shè)備投入小，便于安裝，因此最終的大傾角帶式輸送機(jī)布置方式確定為2臺(tái)前后混搭布置方式[12-13]。但采用這種布置方式也存在驅(qū)動(dòng)電機(jī)占用空間過大問題，可以通過采用直接搭接方式來降低硐室施工量，解決上述問題。

3.2 輸送機(jī)傳動(dòng)參數(shù)

帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒需要的驅(qū)動(dòng)力F計(jì)算公式如下：

式中：FH為主阻力；FN為附加阻力；FS1為特種阻力；FS2為特種附加阻力；FST為傾斜阻力。

驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率PM可以采用計(jì)算公式如下：

式中：PA表示驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)效率；η1～η3分別表示傳動(dòng)效率、電壓降系數(shù)以及功率不平衡系數(shù)。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（5）～（6）后，求得需要的功率為4 689 kW，皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)采用3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為1 600 kW。

4 電機(jī)拖動(dòng)方式以及具體設(shè)備確定

4.1 電機(jī)拖動(dòng)方式

由于主斜井大傾角帶式輸送機(jī)的運(yùn)載負(fù)荷、慣性等都比較大，若驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)采用直接啟動(dòng)方會(huì)給輸送機(jī)膠帶過大的沖擊力，不僅影響自身的運(yùn)行安全，也會(huì)給供電電網(wǎng)造成較大沖擊。因此，為了避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接啟動(dòng)對(duì)供電電網(wǎng)造成沖擊以及較大沖擊力對(duì)膠帶影響，采用軟啟動(dòng)方式具體的拖動(dòng)方案為機(jī)頭雙滾筒多電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及中、高壓變頻驅(qū)動(dòng)方式。

4.2 主要設(shè)備選擇

通過上述分析，確定的主要設(shè)備如表1所示。

表1 大傾角帶式輸送機(jī)主要設(shè)備型號(hào)及參數(shù)

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)輸送機(jī)膠帶橫截面的受力分析，提出采用深槽四滾筒方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三托輥方式；增加輸送機(jī)膠帶的彎曲半徑，提高較大的摩擦阻力，以便更好地適應(yīng)大傾角帶式輸送機(jī)使用需要；并具體對(duì)輸送機(jī)橫截面面積進(jìn)行了計(jì)算，確定了輸送機(jī)運(yùn)送速度、帶寬、電機(jī)功率等。

在主斜井斜現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)的大傾角帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運(yùn)行平穩(wěn)，可以滿足礦井生產(chǎn)運(yùn)輸需要。