大傾角帶式輸送機(jī)防飄帶優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王 濤

永城煤電集團(tuán)裝備制造分公司 河南永城 476600

煤 礦井下主要采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，由于受到煤 層賦存條件、巷道布置形式以及地形等的限制，帶式輸送機(jī)隨地形走向設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)型式。帶式輸送機(jī)的常規(guī)設(shè)計(jì)角度一般為 -17°～ 17°[1]，該工況條件下帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，不易產(chǎn)生滑料和滾料等情況。大傾角帶式輸送機(jī)通常指下運(yùn) -17°～ -30°，上運(yùn) 17°～ 30°。在設(shè)計(jì)大傾角帶式輸送機(jī)時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)變坡點(diǎn)突然抬升 20°以上的情況，這就會(huì)導(dǎo)致變坡點(diǎn)中間部分抬高，同時(shí)要采用壓帶裝置來(lái)防止運(yùn)行過程中發(fā)生飄帶現(xiàn)象[2]。

下面以永煤集團(tuán)云煤一礦 22208 底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)為例，分析、闡述具體設(shè)計(jì)理念及后期設(shè)備運(yùn)行情況。

1 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

云煤一礦 22208 底抽巷帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表 1 所列。

表1 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameters of belt conveyor

1.1 設(shè)計(jì)方案 1

整機(jī)為 DTII 帶式輸送機(jī)，平巷段采用 35°上槽型托輥組，下托輥采用下平托輥組。變坡點(diǎn)抬升角度為 20°，采用 60°深槽雙排四聯(lián) V 形托輥組，通過減小底輥的支撐長(zhǎng)度和增大側(cè)輥槽角，來(lái)提高物料堆積深度和夾持角度，并增大物料之間、物料和輸送帶之間的摩擦力。每間隔 50 m 設(shè)置一組防滾動(dòng)擋板，最大限度減少運(yùn)輸過程中的滾料和滑料現(xiàn)象[3]。

根據(jù)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)的受力分析，輸送帶通過凹弧段時(shí)張力較大，輸送帶易向上抬起，脫離托輥引起飄帶，因此需要計(jì)算輸送帶凹弧段的最小曲率半徑，保證空載啟動(dòng)時(shí)輸送帶不會(huì)從托輥上抬起。凹弧段曲率半徑[4]

式中：R2為凹弧段曲率半徑，m；Fx為凹弧段起點(diǎn)處輸送帶張力，N；qb為輸送帶單位質(zhì)量，kg/m；g為重力加速度，g=9.81 m/s2。

計(jì)算得凹弧段最小曲率半徑為 491 m，按照最小曲率半徑保證不飄帶至少需要抬升 7.8 m 的高度，遠(yuǎn)高于巷道 3.5 m 的高度，在變坡點(diǎn)輸送帶和巷道頂板會(huì)發(fā)生干涉。

因此通過減小凹弧段曲率半徑、增加壓帶輪來(lái)降低輸送帶在變坡點(diǎn)的抬升高度，如圖 1 所示。壓帶輪尺寸為φ400 mm×70 mm，兩側(cè)倒角為 5×45°，通過 U 形螺栓直接安裝在帶式輸送機(jī)中間架上，安裝調(diào)節(jié)方便。在凹弧起始段和中間位置安裝 2～ 4 組壓帶輪，安裝位置和間距需根據(jù)凹弧段輸送帶所受張力來(lái)設(shè)置，如圖 2 所示。不足之處是，壓帶輪可能會(huì)阻擋大煤塊通過，使輸送帶局部受力過大而造成跑偏，且壓帶輪和輸送帶長(zhǎng)時(shí)間摩擦，易造成輸送帶損傷甚至撕裂等惡性事故[5]。

圖1 壓帶輪結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structural sketch of belt roller

圖2 帶式輸送機(jī)壓帶輪安裝示意Fig.2 Installation sketch of belt roller of conveyor

1.2 設(shè)計(jì)方案 2

根據(jù)帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，采用 2 條帶式輸送機(jī)分段運(yùn)輸方案。平巷段 1 250 m 設(shè)計(jì)第 1 條輸送機(jī)，起坡 20°設(shè)計(jì)第 2 條輸送機(jī)，2 條輸送機(jī)頭尾搭接，即第 1 條帶式輸送機(jī)機(jī)頭抬高，直接卸煤至第 2 條帶式輸送機(jī)機(jī)尾，如圖 3 所示。2 條帶式輸送機(jī)需要設(shè)計(jì) 2 套驅(qū)動(dòng)裝置，增加了制造和生產(chǎn)運(yùn)行成本，以及后期人員投入和設(shè)備維護(hù)量[6]。

圖3 2 條帶式輸送機(jī)頭尾搭接方案Fig.3 Head-tail overlapping scheme of two belt conveyors

2 上運(yùn)凹弧段優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)初始設(shè)計(jì)方案，帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)不滿足最小凹弧段計(jì)算半徑，如設(shè)置多組壓帶輪防止飄帶，會(huì)造成輸送帶磨損，其壽命降低 40%，極端情況會(huì)造成輸送帶撕裂等更加嚴(yán)重的安全事故[7]。

根據(jù)帶式輸送機(jī)巷道走勢(shì)和高度等因素，采用轉(zhuǎn)載式防飄帶方案，設(shè)計(jì)組合鋼架，與改向滾筒相互配合，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行 2 次卸載，來(lái)解決其變坡點(diǎn)飄帶問題，如圖 4 所示。

圖4 上運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)變坡點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)原理Fig.4 Principle of optimization design of slope-changing point of upward large-obliquity belt conveyor

在專門設(shè)計(jì)的 H 形鋼架上安裝改向滾筒，改變輸送帶繞帶方式，輸送帶繞過第 1 改向滾筒和第 2 改向滾筒，保持原來(lái)的運(yùn)輸方向，在第 1 改向滾筒正下方安裝第 1 道 P 形聚氨酯清掃器，清理輸送帶上煤泥，在第 1 和第 2 改向滾筒中間輸送帶正下方安裝第 2 道 H 形聚氨酯清掃器，以增強(qiáng)清掃煤泥效果，防止煤泥粘結(jié)在第 2 滾筒表面，進(jìn)而造成輸送帶跑偏等現(xiàn)象[6]。原煤轉(zhuǎn)載落入輸送帶上，在第 1 改向滾筒正前方設(shè)置緩沖床，減少原煤對(duì)輸送帶的沖擊力度。變坡后輸送機(jī)傾角達(dá)到 20°，設(shè)計(jì) 60°深槽四聯(lián)托輥組，以增加原煤的堆積角度和深度，增大原煤與原煤、原煤和輸送帶之間的摩擦力，防止滑料。第 3 改向滾筒為輸送帶下帶面壓帶滾筒，防止張力過大時(shí)輸送帶下帶面在運(yùn)輸過程中發(fā)生飄帶現(xiàn)象[8]。

3 下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)在變坡角度大的位置同樣也會(huì)產(chǎn)生飄帶現(xiàn)象，上運(yùn)凹弧段優(yōu)化設(shè)計(jì)原理同樣適用于下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)，布置形式如圖 5 所示。設(shè)計(jì) 60°深槽雙排四聯(lián) V 形托輥組、擋偏裝置和擋滾煤裝置，H 形鋼架固定在砼基礎(chǔ)上，用于安裝改向滾筒，通過第 1、第 2 改向滾筒完成原煤卸載，裝備 P+H 形聚氨酯清掃器清理輸送帶上煤泥。轉(zhuǎn)載落料區(qū)域安裝緩沖床，其高彈性特種橡膠層有效吸收了物料下落時(shí)的沖擊力，減小了對(duì)輸送帶的沖擊，改善了落料點(diǎn)的受力狀況，防止落料點(diǎn)輸送帶跑偏。第 3 改向滾筒是防飄帶[9]的壓帶滾筒。

圖5 下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)Fig.5 Optimization design of downward large-obliquity belt conveyor

4 主要運(yùn)行參數(shù)和應(yīng)用效果

云煤一礦 22208 底抽巷帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)和卸載滾筒均為φ800 mm，采用 2 臺(tái) TBVF-110YC (660/1140 V) 永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)、BPJ-132/1140 變頻器、KZP-1000 盤式制動(dòng)器及 NJZ100 逆止器。平巷采用 35°槽型托輥組，20°上坡采用 60°深槽雙排四聯(lián) V 形托輥組、擋偏裝置和擋滾煤裝置等。

自采用凹弧段優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以來(lái)，帶式輸送機(jī)已安全運(yùn)行 13 個(gè)月，未出現(xiàn)輸送帶飄帶和跑偏等現(xiàn)象，保證了礦井的安全生產(chǎn)[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)方案不滿足最小凹弧段計(jì)算半徑，如設(shè)置多組壓帶輪防止飄帶，壓帶輪會(huì)對(duì)輸送帶造成磨損甚至撕裂等安全事故；而采用 2 條輸送機(jī)搭接，會(huì)增加制造和后期維護(hù)成本。為此進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用轉(zhuǎn)載式防飄帶設(shè)計(jì)方案，解決了帶式輸送機(jī)平巷或小角度直接抬升至大角度造成的飄帶現(xiàn)象，并已在現(xiàn)場(chǎng)獲得了成功應(yīng)用。該方案也同樣適用于下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)的大角度過渡問題，可在大傾角變坡帶式輸送機(jī)防飄帶設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。