礦用大傾角帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)探析

王育豐

（山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司常村煤礦，山西長(zhǎng)治 046000）

煤礦作業(yè)過(guò)程中主要的運(yùn)輸方式為帶式輸送機(jī)，基于煤礦中煤層賦存的條件、地形和巷道布置的方式等各不相同，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)也有著各種各樣的布置方式。山西某礦在開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中包括兩種形式，分別是平硐形式和斜井形式。其中，斜井形式具體而言是在主斜井中放入皮帶輸送機(jī)，并且斜井的皮帶輸送機(jī)在配置要求方面將依據(jù)掘井的深度與過(guò)煤量的升高而提高。在本文的研究當(dāng)中，選取斜井皮帶輸送機(jī)的布置設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，充分討論分析大傾角皮帶輸送機(jī)有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)、部件選型和相關(guān)設(shè)計(jì)的計(jì)算，通過(guò)研究分析的結(jié)果得出具體的距離設(shè)計(jì)方案，希望能為礦井作業(yè)過(guò)程中的生產(chǎn)運(yùn)輸提供理論和實(shí)踐性指導(dǎo)。

1 皮帶輸送機(jī)的參數(shù)介紹

山西某礦計(jì)劃通過(guò)皮帶運(yùn)輸?shù)姆绞剑渲杏?jì)劃年產(chǎn)量400×104t，主斜井的長(zhǎng)度是1485m，井口和井底車(chē)場(chǎng)之間的高差是600m，斜井的平均傾角為24°。通過(guò)皮帶輸送機(jī)輸送的原煤質(zhì)量為900kg/m3，靜和動(dòng)堆積角的取值是40°和15°，顆粒度在0～300mm之間。除此之外，在皮帶輸送機(jī)的工作環(huán)境中具有空氣潮濕和多粉塵的特點(diǎn)，逆風(fēng)提升且風(fēng)速大概在2m/s左右。

2 皮帶輸送機(jī)托輥布置和運(yùn)量計(jì)算

2.1 托輥布置

大傾角帶式輸送機(jī)的類(lèi)型主要包括波紋擋邊式類(lèi)型、花紋帶式類(lèi)型和壓帶式類(lèi)型等等。其中，花紋帶式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但不足之處在于清理較為困難、傳輸功率較低。然而，其它兩種方式的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且不足的地方在于較大的能耗和磨損量，同時(shí)輸送能力不夠強(qiáng)。出于大傾角的輸送機(jī)要借助膠帶產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)而來(lái)減少運(yùn)輸煤炭出現(xiàn)滑料和滾料等不利影響，因此，可以借助輸送機(jī)槽角的增加來(lái)加大皮帶具有的摩擦力。基于以上分析，輸送機(jī)將通過(guò)深槽的方式來(lái)運(yùn)輸煤炭以減少運(yùn)輸過(guò)程中不利因素的發(fā)生概率。

在進(jìn)行托輥布置設(shè)計(jì)時(shí)，往往不采用三托輥的方式，而是進(jìn)行深槽四托輥布置方式，來(lái)最大化皮帶的側(cè)向壓力的增加。V形是2個(gè)托輥的布置形式，這個(gè)托輥布置處在深槽四托輥布置當(dāng)中，該方式可以很好地左右兩旁托輥槽角的提升水平。為了使得設(shè)備安裝更加便捷，深槽四托輥的布置形式可以幫助對(duì)中性在膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)中加以顯現(xiàn)，同時(shí)也有利于解決后期維護(hù)過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障和問(wèn)題。

2.2 運(yùn)量計(jì)算

基于上文介紹的有關(guān)托輥布置的形式，下面進(jìn)行計(jì)算膠帶運(yùn)輸煤炭截面積S，計(jì)算過(guò)程如下所示：

式中：l1——中間托輥間的長(zhǎng)度，為375mm；

b——輸送機(jī)的帶寬，為1300mm；

λ1——托輥的內(nèi)側(cè)角，為25°；

λ2——托輥的側(cè)槽角，為60°；

b——煤炭的堆積角，為15°。

基于這些數(shù)據(jù)代入公式當(dāng)中求得運(yùn)輸煤炭截面積S為0.492m2。

皮帶輸送機(jī)的輸送能力口的計(jì)算公式如下：

式中：S——運(yùn)輸煤炭的截面積，0.492m2；

ρ——煤炭的堆積密度，900kg/m3；

v——輸送機(jī)的運(yùn)行速度，3m/s；

K——折減系數(shù)，0.72。

計(jì)算結(jié)果如下所示：

計(jì)算結(jié)果顯示皮帶輸送機(jī)輸送能力（3443t/h）能夠充分達(dá)到礦井運(yùn)輸?shù)囊螅?000t/h），因此帶寬與帶速適合。

3 輸送機(jī)的布置方式和傳動(dòng)方式的選擇分析

3.1 輸送機(jī)的布置方式

一般而言，皮帶輸送機(jī)的布置方式通常情況下分為兩排并行、單臺(tái)和兩臺(tái)前后搭接布置的方式。其中，膠帶選擇具有較強(qiáng)張力的鋼絲繩芯膠帶。

單臺(tái)布置的方式，膠帶的厚度需要更厚，導(dǎo)致過(guò)厚的膠帶與深槽四托輥布置的方式無(wú)法相適應(yīng)，安全系數(shù)不高，較難達(dá)到礦井作業(yè)的有關(guān)要求。故該布置方法不適合。同時(shí)，兩排并行的布置方式，也有膠帶過(guò)厚的問(wèn)題，與深槽四托輥布置的方式無(wú)法相適應(yīng)。

兩臺(tái)前后搭接布置的方式，投入較小，安裝簡(jiǎn)便，其較小的膠帶厚度符合深槽四托輥布置的要求，故確定采用兩臺(tái)前后搭接布置的方式。然而，該種方式也有空間占用過(guò)大的缺點(diǎn)，因此需要通過(guò)直接搭接的方式來(lái)降低硐室的施工量。

3.2 輸送機(jī)的傳動(dòng)參數(shù)

帶式的輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒所需的驅(qū)動(dòng)力F計(jì)算過(guò)程如下所示:

式中：F

H——主阻力；

FSl——特種阻力；

FS2——特種附加阻力；

FST——傾斜阻力；

FN——附加阻力。

驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率的計(jì)算過(guò)程如下：

式中：PA——驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)效率；

η1、η2、η3——傳動(dòng)效率、電壓降系數(shù)與功率的不平衡系數(shù)。

基于以上公式計(jì)算得出，所需功率為4689kW，皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)將使用3臺(tái)，其中每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為1600kW。

4 電機(jī)拖動(dòng)方式和具體設(shè)備分析確定

4.1 電機(jī)拖動(dòng)方式

主斜井中大傾角帶式輸送機(jī)在作業(yè)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一些不利影響因素，諸如運(yùn)輸量超標(biāo)、輸送機(jī)的慣性過(guò)大等等，存在一系列問(wèn)題，比如輸送機(jī)慣性較大、運(yùn)輸量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載等。假設(shè)通過(guò)軟啟動(dòng)的方式，其具體為中、高壓變頻驅(qū)動(dòng)的方式和機(jī)頭雙滾筒多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)膠帶產(chǎn)生的作用力正常，并且驅(qū)動(dòng)電機(jī)不會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程中攻擊供電網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)通過(guò)直接啟動(dòng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致對(duì)輸送機(jī)膠帶產(chǎn)生的沖擊力過(guò)于大，不利于運(yùn)行的安全，而且也將導(dǎo)致對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的攻擊。

4.2 設(shè)備的選擇分析

基于以上的分析，其主要的設(shè)備如表1所示。

表1 大傾角帶式輸送機(jī)中主要的設(shè)備型號(hào)和參數(shù)

5 研究結(jié)論

本文基于探究輸送機(jī)膠帶的橫截面受力，經(jīng)分析研究后指出應(yīng)將傳統(tǒng)的三托輥方式替代為深槽四托輥方式以提高效率。并且，通過(guò)輸送機(jī)膠帶中彎曲半徑的增加，其產(chǎn)生的摩擦阻力較大，能更好地滿(mǎn)足大傾角帶式輸送機(jī)的使用需求。除此之外，本文還對(duì)電機(jī)運(yùn)行功率、輸送機(jī)的橫截面面積、輸送煤炭量、輸送速度以及電機(jī)功率等數(shù)值詳細(xì)地進(jìn)行分析和計(jì)算，并得出相應(yīng)的結(jié)果。在本文的具體研究過(guò)程中，選取斜井皮帶輸送機(jī)的布置設(shè)計(jì)為特定的研究對(duì)象，充分討論分析大傾角皮帶輸送機(jī)有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)、部件選型和相關(guān)設(shè)計(jì)的計(jì)算。研究結(jié)果實(shí)踐表明，主斜井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中，大傾角帶式輸送機(jī)數(shù)據(jù)輸送的過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，其構(gòu)造較為穩(wěn)固，能夠有效促進(jìn)礦井作業(yè)過(guò)程中運(yùn)輸生產(chǎn)的效率。