大傾角帶式輸送機(jī)防飄帶裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

曹 宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理部，山西 大同 037003）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)劉家梁礦核定生產(chǎn)能力為240 萬t/a，8115 工作面位于301 采區(qū)，主要開采4號煤層，煤層厚度為1.31～5.43 m，平均厚度3.21 m，煤層傾角為1°～25°，平均傾角12°。8115 工作面底抽巷大傾斜帶式輸送機(jī)在設(shè)計(jì)時，會出現(xiàn)變坡點(diǎn)突然抬升20°以上的狀況。變坡點(diǎn)中間位置抬高，帶式輸送機(jī)設(shè)備易發(fā)生飄帶現(xiàn)象。為保障8115 底抽巷帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全，防止飄帶現(xiàn)象的發(fā)生，保證人員和設(shè)備安全，對其進(jìn)行防飄帶優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)初始方案分析

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)初始設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 初始設(shè)計(jì)“方案一”分析

初始設(shè)計(jì)“方案一”：8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)為DTII 帶式輸送機(jī)，平巷段設(shè)計(jì)為35°上槽型托輥組，間距1.5 m；采用平行下托輥組。變坡點(diǎn)抬升角度20°，承載托輥采用60°深槽雙排四聯(lián)V 形托輥組裝置，采用頭部集中驅(qū)動。

帶式輸送機(jī)在通過凹弧段時，容易出現(xiàn)飄帶現(xiàn)象，通過凹弧段時張力較大，輸送帶易向上抬起，從而造成帶式輸送機(jī)發(fā)生飄帶現(xiàn)象，輸送帶脫離托輥引起撒料、跑偏等安全事故。選擇在空載工況下最容易發(fā)生飄帶現(xiàn)象的情況下對輸送帶凹弧段曲率半徑進(jìn)行計(jì)算校核。凹弧段曲率半徑經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

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為輸送帶質(zhì)量，kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

經(jīng)計(jì)算可得凹弧段曲率半徑R2≥4.91 m，即凹弧段最小曲率半徑為4.91 m。經(jīng)計(jì)算在保障不發(fā)生飄帶的情況下抬升高度至少為7.8 m，而8115 工作面底抽巷道高度僅為3.6 m，因此在8115 工作面底抽巷變坡點(diǎn)位置帶式輸送機(jī)輸送帶與巷道頂板兩者間會發(fā)生干涉問題。

設(shè)計(jì)采用減小凹弧段曲率半徑、安設(shè)壓帶輪的技術(shù)措施來降低帶式輸送機(jī)輸送帶在變坡點(diǎn)的抬升高度，如圖1 所示。設(shè)計(jì)壓帶輪尺寸大小為Φ400 mm×70 mm，兩側(cè)倒角5×45°，在凹弧起始段和中間位置安裝2～4 組壓帶輪，壓帶輪通過U 形螺栓固定在帶式輸送機(jī)中間架上，安裝位置任意可調(diào)。安裝情況如圖2。

圖1 壓帶輪結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 帶式輸送機(jī)壓帶輪安裝示意圖

該設(shè)計(jì)方案不足之處：設(shè)計(jì)的壓帶輪阻礙大塊煤料和矸石的順利通過，運(yùn)輸過程中因壓帶輪的阻礙導(dǎo)致輸送帶局部受力變大，進(jìn)而發(fā)生輸送帶跑偏現(xiàn)象；壓帶輪與輸送帶的頻繁摩擦?xí)?dǎo)致輸送帶產(chǎn)生安全隱患，發(fā)生輸送帶撕裂事故。

2.2 初始設(shè)計(jì)“方案二”分析

8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)初始設(shè)計(jì)“方案二”：根據(jù)該大傾角帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)采用兩條帶式輸送機(jī)分段運(yùn)輸方案。在巷道的平巷段1340 m 設(shè)計(jì)安裝第一條帶式輸送機(jī)，在變坡點(diǎn)20°設(shè)計(jì)安裝第二條帶式輸送機(jī)，兩條輸送機(jī)采用頭尾搭接方案，如圖3 所示。從圖中可知，可將第一條帶式輸送機(jī)機(jī)頭抬高，直接卸煤至第二條帶式輸送機(jī)機(jī)尾。

圖3 兩條帶式輸送機(jī)頭尾搭接方案示意圖

該設(shè)計(jì)方案不足之處：方案中需要采用2 條帶式輸送機(jī)及2 套配套的驅(qū)動裝置，設(shè)備的采購和運(yùn)行成本大幅度增長，另外崗位人數(shù)及設(shè)備維護(hù)量增加。

3 大傾角帶式輸送機(jī)防飄帶優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

從8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)初始設(shè)計(jì)方案可知，初始方案一和初始方案二都存在一定的問題。為有效防止大傾角帶式輸送機(jī)飄帶現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)載式防飄帶方案。

3.1 上運(yùn)凹弧段優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)初始設(shè)計(jì)方案，基于設(shè)備凹弧段半徑計(jì)算結(jié)果可知，需要采用設(shè)置多組壓帶輪的方案來防止帶式輸送機(jī)飄帶事故的發(fā)生，但是對輸送帶的磨損較大，會造成重大安全事故。

根據(jù)8115 工作面底抽巷走勢和高度等情況，設(shè)計(jì)大傾角帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載式防飄帶優(yōu)化方案。具體內(nèi)容：設(shè)計(jì)一組H 型組合鋼架，讓H 型組合鋼架與改向滾筒進(jìn)行彼此配合，實(shí)現(xiàn)原料的2 次卸載，如圖4 所示。

圖4 變坡點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖

在H 形組合鋼架上安裝改向滾筒，調(diào)整輸送帶繞帶方式。從圖4 可知，從煤料運(yùn)行方向來看，輸送帶繞過第1 改向滾筒后保持原運(yùn)行方向，經(jīng)P 形清掃器和H 形清掃器后，繞過第2 改向滾筒仍保持原來運(yùn)行方向。P 形清掃器安裝在第1 改向滾筒下方位置，對輸送帶煤泥進(jìn)行清掃；H 形清掃器安裝在第1、第2 改向滾筒輸送帶中部下方位置，對輸送帶煤泥進(jìn)一步進(jìn)行清掃，保障第2 改向滾筒輸送帶上不粘結(jié)煤泥，防止輸送帶跑偏事故的發(fā)生。煤料轉(zhuǎn)載落入輸送帶上，在第1 改向滾筒正前方設(shè)置有緩沖床裝置，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。變坡后輸送機(jī)傾角高達(dá)20°，設(shè)計(jì)安裝有60°深槽四聯(lián)托輥組，增加煤料堆積角度和堆積深度，可大幅度提高煤料、輸送帶及其相互之間的摩擦力，防止煤料滑落。設(shè)計(jì)第3 改向滾筒即防飄帶的壓帶滾筒，當(dāng)通過凹弧段張力較大時，起到防飄帶發(fā)生的作用。

3.2 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)在大變坡角度位置也會發(fā)生飄帶現(xiàn)象，同樣將上運(yùn)凹弧段優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)情況如圖5 所示。60°深槽雙排四聯(lián)V 形托輥組、擋偏裝置、擋滾煤裝置、H 形鋼架、第1+第2+第3 改向滾筒、P 形清掃器、H 形清掃器等部件與上運(yùn)凹弧段大傾角帶式輸送機(jī)變坡點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本一致；另外經(jīng)過第2 改向滾筒后，在轉(zhuǎn)載落料區(qū)域設(shè)置有緩沖床，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。

圖5 下運(yùn)大傾角帶式輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4 主要運(yùn)行參數(shù)和應(yīng)用效果

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)采用2 臺TYBVFT-1000L-60（1000/1140）型礦用隔爆型永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，采用2 臺BPQJ-3×1000/1140 型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型組合變頻起動器，KZP-1000 型帶式輸送機(jī)用盤式制動裝置，NJZ280 逆止器。

2021 年5 月，對8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)上運(yùn)、下運(yùn)凹弧段進(jìn)行了優(yōu)化改造設(shè)計(jì)并投入到實(shí)踐應(yīng)用。當(dāng)前該工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)已安全穩(wěn)定運(yùn)行10 個月時間，運(yùn)行期間未出現(xiàn)一起大傾角帶式輸送機(jī)的飄帶和跑偏事故，防飄帶裝置的應(yīng)用效果理想，大傾角帶式輸送機(jī)防飄帶裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)合理。

5 結(jié)語

針對劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機(jī)初始設(shè)計(jì)方案當(dāng)中存在的問題，對大傾角帶式輸送機(jī)防飄帶設(shè)計(jì)方案進(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。該優(yōu)化改造方案從2021 年5月進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，已安全穩(wěn)定運(yùn)行10 個月時間，期間未出現(xiàn)一起大傾角帶式輸送機(jī)的飄帶和跑偏事故，有效地解決了8115 工作面底抽巷帶式輸送機(jī)平巷或小角度直接抬升至大角度時造成的飄帶現(xiàn)象。