履帶牽引換帶裝置在王莊煤礦主斜井膠帶更換中的應用

張偉柱

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

膠帶輸送機具有運輸連續(xù)、輸送能力大、自重較小、消耗功率小、輸送速度快等優(yōu)點，是礦山最常用的一種輸送機。為保證膠帶輸送機的安全運行，需要根據(jù)膠帶的實際使用狀態(tài)對膠帶進行更換。傳統(tǒng)的換帶方式常以人工為主，機械設備為輔，換帶時消耗時間長、作業(yè)風險大，尤其是在傾斜巷道中作業(yè)時，在膠帶合環(huán)硫化后放展膠帶時，常常由于操作失誤導致膠帶卡撕裂膠帶的情況，甚至導致更為嚴重的事故發(fā)生。本文針對膠帶輸送機傳統(tǒng)換帶方法存在的問題，探討一種新型換帶方法，結(jié)合現(xiàn)場實際應用情況，解決了膠帶輸送機換帶工期長、作業(yè)安全風險大的問題。

1 工程概況

王莊煤礦主斜井膠帶輸送機全長1 304.5 m，膠帶運行速度4.79 m/s，設計提升能力1 000 t/h，主要擔負該礦630水平及后備區(qū)的原煤提升任務。輸送機采用機頭雙滾筒三電機驅(qū)動，膠帶由德國鳳凰公司生產(chǎn)。該膠帶輸送機自1987年投入運行以來，經(jīng)歷過多次更換膠帶，平均每次換帶時間約11 d，每班需要作業(yè)人員多達65人，涉及井口、井筒同時作業(yè)，多崗位、多人員交叉平行作業(yè)，換帶風險非常大。

由于該礦目前主要生產(chǎn)任務在后備區(qū)，若該膠帶輸送機停機換帶，則造成全礦停產(chǎn)，停產(chǎn)時間長，嚴重制約煤礦的生產(chǎn)效率。為節(jié)省換帶時間，本文設計了一種新型換帶方法，采用履帶式換帶法，結(jié)合現(xiàn)場具體情況，合理布置換帶設備，大大提高了換帶效率，同時也大大降低了作業(yè)風險。

2 換帶設備的主要技術參數(shù)及理論計算

2.1 王莊煤礦主斜井膠帶輸送機主要技術參數(shù)

輸送帶寬度1 200 mm；運輸長度1 304.5 m；巷道傾角16°；輸送帶型號為ST4000型；膠帶重量67.5 kg/m；膠帶厚度28.8 mm；驅(qū)動形式為機頭雙滾筒三電機驅(qū)動；驅(qū)動功率為3×630 kW。

2.2 履帶牽引連續(xù)換帶裝置主要技術參數(shù)

設備適用帶寬1.2～1.4 m；額定牽引力400 kN；額定電壓380 V；額定功率95 kW。

2.3 上膠帶所需牽引力計算

如圖1所示：

F=mgsinθ+mgμcosθ=1 304.5×67.5×9.8×0.276+1 304.5×67.5×9.8×0.045×0.96=275 445 N≈276 kN。

根據(jù)計算上膠帶所需牽引力約為276 kN，履帶牽引車額定牽引力為400 kN(>276 kN)，履帶牽引連續(xù)換帶裝置完全能夠滿足上膠帶的牽引。

圖1 膠帶受力分析

2.4 鎖帶器主要技術參數(shù)

液壓鎖帶器：適用膠帶寬度1.2～1.4 m；額定制動力300 kN；額定功率7.5 kW。

機械鎖帶器：適用膠帶寬度1.2 m；額定制動力300 kN。

2.5 下膠帶所需制動力計算

F=mgsinθ-mgμcosθ= 1 304.5×67.5×9.8×0.276-1 304.5×67.5×9.8×0.045×0.96= 238 168-37 278=200 890 N≈201 kN。

根據(jù)計算下膠帶所需制動力需要201kN，下膠帶使用兩套鎖帶器，每套鎖帶器制動力為300 kN，總制動力=2×300 kN=600 kN，大于201 kN，完全滿足下膠帶的制動和下放。

為防止履帶換帶裝置在停機時上膠帶履帶的鎖緊力不足，在上膠帶也安裝兩套鎖帶器，在裁斷膠帶及硫化膠帶接頭過程中，為保證安全，上下膠帶均增加兩套機械鎖帶器，牽引換帶過程中拆除機械鎖帶器。鎖帶器的打設如圖2所示。

圖2 鎖帶器打設示意

3 現(xiàn)場換帶

3.1 準備階段(不停產(chǎn)階段)

1) 將檢修車房外院墻拆除，平整場地，用吊車配合疊放膠帶，準備硫化接頭。

2) 將11卷膠帶硫化成1整條膠帶，同時用吊車配合疊放膠帶，在檢修車房院內(nèi)疊放成兩列(每列長約20 m)，不占用炭塊運輸通道，見圖3。

3) 在主膠帶機頭東墻外側(cè)制作安裝膠帶架，為牽引新膠帶和回收舊膠帶做好準備。

圖3 絞車房平面

3.2 換帶階段

如圖4所示：

1) 在檢修車房外安裝卷帶機，提前準備好回收舊膠帶所用的卷筒。

2) 在主膠帶機頭拆除機頭護罩、刮板機中部溜槽、機尾及大鏈等，清理現(xiàn)場雜物，準備安裝履帶牽引換帶裝置所需支撐基礎梁架的場地。

圖4 主膠帶換帶示意

3) 安裝履帶牽引換帶裝置的支撐基礎梁架，將履帶牽引換帶機、液壓泵站、液壓鎖帶器、機械鎖帶器吊裝就位，在膠帶機頭、主斜井口分別打設1道液壓鎖帶器，在主斜井口、距主斜井口約10 m處分別打設1道機械鎖帶器。

4) 在機頭底膠帶水平段裁斷膠帶，預留好硫化長度，將上膠帶拖出，疊放在井口，將新膠帶依次穿過履帶牽引換帶裝置的液壓鎖帶器、驅(qū)動滾筒、改向滾筒，預留好硫化長度，進行新舊膠帶臨時接頭硫化。

5) 對履帶牽引換帶機的液壓管路連接、系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試完畢后將舊膠帶牽引至換帶機履帶口，開動換帶機將舊膠帶牽引過履帶，拆開膠帶輸送機驅(qū)動滾筒與減速機的聯(lián)軸器。

6) 松開所有的機械鎖帶器，開動履帶機，進行膠帶更換，通過控制液壓鎖帶器的壓力，控制下膠帶的下放速度，同時將舊膠帶通過卷帶機進行卷帶回收。

7) 將舊膠帶全部回收后，裁斷膠帶，測量好膠帶長度，將機尾張緊小車上提，將井口所有鎖帶器打好，鎖緊膠帶，然后在井口打設硫化平臺，準備新膠帶合環(huán)硫化。

8) 硫化好接頭后，卸掉機械鎖帶器，操作液壓鎖帶器放展膠帶后，拆除鎖帶器，安裝減速機與驅(qū)動滾筒的聯(lián)軸器，膠帶機試運行調(diào)試。

9) 試運行結(jié)束后，恢復機頭護罩、刮板輸送機等，清理現(xiàn)場。

4 履帶牽引換帶工藝的主要創(chuàng)新點

4.1 疊帶工藝創(chuàng)新

膠帶提前硫化期間及鋪帶、疊帶時不影響炭塊運輸通道，疊帶全部在檢修絞車院內(nèi)，按照并排兩列疊放，不占用炭塊運輸通道，自始至終不影響炭塊銷售。

4.2 卷帶工藝創(chuàng)新

卷帶采用液壓滾筒摩擦卷帶方式，卷帶的任何時刻，卷帶速度恒定，能夠更好地和履帶式換帶機配合。以往換帶時，全靠人工拖帶、卷帶，費時費力。

4.3 液壓鎖帶技術創(chuàng)新

主要采用液壓鎖帶器進行鎖帶，雖然在安裝初期需要花費一定時間和人力，但操作過程非常方便，并且在換帶過程中，通過控制液壓站壓力調(diào)節(jié)鎖帶器的鎖緊力來控制新膠帶的下放速度。

4.4 換帶工藝創(chuàng)新

更換膠帶前，已經(jīng)將2 800 m膠帶全部硫化成一條整帶，換帶期間僅在每回收約120 m時需停機吊裝舊膠帶卷、安裝卷帶滾筒1次，其余時間連續(xù)更換。在整個換帶期間，只需要硫化兩道接口，其中一道是新舊膠帶的臨時接口，另一道是新膠帶合環(huán)接口。較傳統(tǒng)方式減少硫化一道口的時間，同時減少打設3次鋼絲繩卡的時間。

4.5 節(jié)約人工創(chuàng)新

傳統(tǒng)換帶工藝，每班需要約65人，現(xiàn)場不便于安全管理；同時，井筒作業(yè)風險非常大。新型履帶式換帶方式僅需20人，人員少，便于安全管理。

5 綜合對比分析

5.1 統(tǒng)換帶方式費用

傳統(tǒng)換帶方式需要11 d，平均每天每班投入的人工為65人，按照人均日工資300元，僅換帶的人工成本為：300×65×3×11=64.35萬元。

5.2 新型換帶方式費用

新型換帶方式采用設備租賃模式，需要租賃專用設備，設備租賃費用約86萬元。整個換帶工期共計7 d，減少礦井停產(chǎn)5 d時間。增加原煤提升量：1 000×20×5=100 000 t。按照噸煤500元計算，增加收入5 000萬元。

6 結(jié) 語

通過采用新型履帶式換帶方式，大大縮短了換帶時間，節(jié)省了大量的人工，作業(yè)安全性大大提高。履帶式換帶方式尤其適用于大傾角、長距離運輸膠帶輸送機的膠帶更換。