帶式輸送機主要部件選型及安全監(jiān)測配置

趙艷軍

（山西焦煤西山煤電集團官地礦職教中心，山西 太原 030022）

引言

帶式輸送機為綜采工作面主要運輸設備之一，承擔著工作面的主要運輸任務，較提升機、絞車、膠輪車等具有更高效的運輸能力。但是，帶式輸送機的運輸效率在很大程度上決定于其是否與工作面的生產(chǎn)能力和實際情況相符。因此，在實際生產(chǎn)中需綜合考慮礦井生產(chǎn)能力具體確定帶式輸送機的皮帶、托輥、滾筒的具體形式，確定張緊、驅(qū)動、制動以及清掃裝置的結(jié)構(gòu)，并針對性地完成帶式輸送機控制系統(tǒng)的設計[1]。本文重點結(jié)合實際生產(chǎn)完成帶式輸送機的選型設計。

1 王家山礦工程概況

王家山礦井為目前正在開采的礦井，可供開采的煤層較多。本文主要以其中2 號煤層所述工作面帶式輸送機的選型設計進行研究。

2 號煤層所屬工作面煤層的最大厚度為31.33 m，煤層最小厚度為3.22 m，平均煤層厚度為14.1 m；工作面煤層的最大間距為31.7 m，最小煤層間距為2.92 m，平均煤層間距為15 m。工作面煤層的頂板主要成分包括有粗礫石、細礫石、砂礫巖等；工作面煤層底板的主要成分包括有砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細砂巖。總的來講，2 號煤層所屬工作面的傾角范圍為25°～60°，平均容重為1.35 t/m3。目前，2 號煤層采用急傾斜厚煤層走向長壁綜采放頂煤開采方式，并在工作面布置了兩個回采工作面[2]。涉及到該工程的帶式輸送機的設計依據(jù)如表1 所示。

表1 帶式輸送機選型設計主要依據(jù)

結(jié)合上述具體選型設計依據(jù)，并基于式（1）初步確定帶式輸送機的輸送能力：

式中：Q 為礦井的小時生產(chǎn)能力；C 為礦井的生產(chǎn)富裕系數(shù)，取1.2；Af為礦井的不均衡系數(shù)，取Af=1.15；A為礦井的年產(chǎn)量，取3 Mt；M 為年工作日，取330 d；N為帶式輸送機工作時長，取16 h。

將上述數(shù)值代入式（1）中得出，2 號煤層所屬工作面的運輸量為784.1 t/h。考慮到綜采工作面的采掘峰值及膠帶型號，最終確定所需帶式輸送機的運輸能力為900 t/h。

鑒于2 號煤層所屬工作面要求帶式輸送機滿足大運量、長運輸距離的要求，因其所選型的帶式輸送機為非整機定型帶式輸送機[3]。最終確定所選型帶式輸送機的主機型號為DTL140/90/2×1400。

2 帶式輸送機關鍵參數(shù)的具體選型設計

在上述綜合工作面生產(chǎn)能力和實際情況下確定帶式輸送機初步選型設計的基礎上，本節(jié)重點對輸送帶、滾筒、電機以及張緊裝置等關鍵參數(shù)進行選型設計。

2.1 帶式輸送機輸送帶的選型

輸送帶的選型包括對輸送帶類型、帶寬、托輥的選型設計。

針對帶式輸送機輸送帶類型選擇，主要結(jié)合阻燃特性、分層帶、抗拉強度以及覆蓋角度厚度等具體確定[4]。最終確定選擇鋼繩芯帶的，鋼絲繩芯直徑為8.1 mm，對應的抗拉強度為ST4500 N/mm。

輸送帶寬度的確定：輸送帶寬度需綜合設備的運輸能力和物料塊度條件確定。

1）基于運輸能力確定輸送帶寬度計算公式，如式（2）所示：

式中：B1為基于運輸能力確定的輸送帶寬度；Q 為帶式輸送機設計輸送能力，Q=900 t/h；K 為煤礦斷面系數(shù)，取236；v 為帶速，取4 m/s；γ 為煤炭物料的散狀密度，取0.9 t/m3；c 為傾斜系數(shù)，取0.7。將上述參數(shù)代入式（2）得出：基于運輸能力確定輸送帶寬度為1 221.5 mm。

2）基于物料塊度確定輸送帶寬度計算公式，如式（3）所示：

式中：ap為物料的最大跨度，取500 mm。將參數(shù)代入式（3）得出，基于物料塊度確定輸送帶寬度為1 200 mm。

綜上所述，并結(jié)合帶式輸送機標準帶寬確定本工程帶式輸送機輸送帶寬度為1 400 mm。結(jié)合本工程的運輸能力和運行速度得出，帶式輸送機的物料線質(zhì)量為652.5 kg/m。

3）托輥的確定。托輥作為直接承載輸送帶的部件，其性能直接決定其使用時間。一套完整的帶式輸送機需配套上托輥、下托輥、緩沖托輥以及調(diào)心托輥。托輥間距為托輥設計的關鍵指標，設計依據(jù)為物料的堆積密度（0.9 t/m3）和輸送帶寬度（1 400 mm），確定托輥間距為1.2 m，對應的回程托輥間距為3 m。本工程選用托輥直徑為108 mm，軸承型號為305。

2.2 帶式輸送機滾筒的選型

滾筒直徑為選擇滾筒的重要依據(jù)。從理論上講，較大直徑的滾筒能夠提高設備本身的適用性；但是，一味地增加滾筒直徑會直接增加滾筒的重量和傳動，降低傳輸效率[5]。

1）為了避免滾筒傳動時造成較大的附加彎曲力，滾筒直徑應首先滿足式（4）要求：

式中：D 為滾筒直徑；d 為輸送帶鋼絲繩芯直徑，取8.1 mm。經(jīng)計算得，滾筒直徑為1 215 mm。

2）為保證滾筒與膠帶之間具有足夠比壓，同時避免輸送帶膠脫落，要求滾筒直徑應滿足式（5）所示：

式中：D 為滾筒直徑；S 為輸送帶張力，取572 727.2 N；a為鋼絲繩間距，取15 mm；B 為輸送帶寬度，取1 400 mm；d 為鋼絲繩直徑，取8.1 mm；[p]為輸送帶比壓，取1 MPa。

將上述參數(shù)代入式（5）得出，滾筒直徑≥1520mm。

綜上所述，確定傳動滾筒直徑為1 800 mm；對應的尾部及張緊裝置改向滾筒直徑為1 440 mm；頭部改向滾筒直徑為1 080 mm。

2.3 帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的匹配

為提高安全監(jiān)測系統(tǒng)的故障定位準確度和全面性，采用傳感器和移動巡檢的方式對帶式輸送機運行中的故障信息進行采集。對于固定傳感器而言，根據(jù)安裝位置的不同在機頭位置布置跑偏傳感器、托輥溫度傳感器、煙霧傳感器以及堆煤傳感器等；在機尾位置主要安裝張力檢測傳感器、物料遺漏傳感器、輸送帶跑偏傳感器以及堆煤傳感器；在輸送帶的中間位置主要布置張力傳感器和輸送帶跑偏傳感器[3]。對于移動巡檢而言，主要是對托輥溫度傳感器和危險氣體檢測傳感器。本監(jiān)測系統(tǒng)涉及到的傳感器參數(shù)如表2 所示。

表2 安全監(jiān)測系統(tǒng)傳感器選型結(jié)果

各種傳感器在帶式輸送機的安裝位置如圖1所示。

圖1 各類傳感器安裝位置示意圖

3 結(jié)語

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設備，其與工作面生產(chǎn)能力和實際情況的匹配程度直接決定工作面的運輸能力和安全性。本文從實際出發(fā)針對2 號煤層所屬工作面的開采完成了帶式輸送機的設計選型，最終選型結(jié)果如下：帶式輸送機輸送帶寬度為1 400 mm，采用雙電機雙滾筒進行驅(qū)動；配置輸送帶采用鋼絲繩芯；配置減速器為H3SH23-35.85；制動器為SHI251；配置電機的型號為YB2-5602-4，功率為1 400 kW。除此之外，為其配置了各類傳感器以保證能夠準確地對帶式輸送機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。