煤礦井下帶式輸送機(jī)定制化設(shè)計與應(yīng)用

[摘 要]煤礦井下帶式輸送機(jī)作為高效的運輸工具，由于使用地點的地質(zhì)、地形條件不同，需要針對每條帶式輸送機(jī)在運行、安裝中遇到的問題進(jìn)行定制化設(shè)計。文章主要闡述了冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)和梧桐莊礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)定制化設(shè)計及應(yīng)用成果。

[關(guān)鍵詞]高效；異形設(shè)計；非標(biāo)；定制化

[中圖分類號]TD528.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0038–03

Customized Design and Application of Underground Belt Conveyors in Coal Mines

LI Lianpo

[Abstract]As an efficient transportation tool， coal mine belt conveyors need to be customized for the problems encountered during the operation and installation of each belt conveyor due to the different geological and topographical conditions of the usage location. This paper mainly describes the customized design and application results of the power belt conveyor in the main shaft of Xin’an Coal Mine and the power belt conveyor in the main shaft of wutong Zhuang Coal Mine with permanent magnet motor direct drive in Jizhong Energy Fengfeng Group.

[Keywords]high efficiency； alien design； non standard； customization

冀中能源峰峰集團(tuán)井下礦井巷道地形復(fù)雜，開采條件苛刻，一般普通輸送機(jī)設(shè)計難以滿足生產(chǎn)需求。

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦原主井帶式輸送機(jī)為鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)（鋼纜皮帶），該設(shè)備使用多年，主要部件老化，需要更新，制動設(shè)備安裝不符合新定煤礦安全規(guī)程，機(jī)頭、機(jī)尾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長度大，鋼絲繩使用壽命較短，膠帶磨損嚴(yán)重，需經(jīng)常更換，維修工作量較大，且很多參數(shù)已不適合礦上現(xiàn)有的生產(chǎn)需求，現(xiàn)針對制約生產(chǎn)及安全的因素，進(jìn)行優(yōu)化原煤運輸設(shè)備。

冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦新開一條705運輸順槽巷道，該巷道總長約310 m，25°以上約150 m，其中最大角度29°，且變坡點多，起伏大，使用溜子或普通帶式輸送機(jī)無法實現(xiàn)大運量運輸，制約了該礦煤炭產(chǎn)量。

1 技術(shù)方案與創(chuàng)新成果

1.1 總體思路

（1）根據(jù)辛安礦主井強(qiáng)力皮帶的具體運輸條件和有限資金投入情況，科學(xué)選型、創(chuàng)新設(shè)計、合理規(guī)劃方案，完成設(shè)計、生產(chǎn)、使用。

（2）根據(jù)梧桐莊705巷道運輸系統(tǒng)具體條件和具體地勢地形，創(chuàng)新設(shè)計大傾角運輸結(jié)構(gòu)、合理制訂方案，解決運輸難題，完成整體設(shè)計、生產(chǎn)、使用。

1.2 辛安礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)技術(shù)內(nèi)容

（1）基本參數(shù)：運量500 t/h；長度1 000 m；角度17°；帶寬1 000 mm。

（2）礦方原用皮帶帶速為2 m/s，通過計算，為滿足運量，需要配置鋼繩芯膠帶型號St3150（2 100 m），主要滾筒直徑1 400 mm（5個）。為降低礦方投入，設(shè)計人員提出將帶速提高為3.15 m/s，這樣相匹配的鋼絲繩芯阻燃膠帶型號為St2500，主要滾筒直徑1 250 mm，同時張緊力、制動力、逆止力都有所降低，制動器、逆止器型號相應(yīng)的降低一個型號。

（3）驅(qū)動系統(tǒng)采用永磁直驅(qū)電機(jī)取代異步電機(jī)+減速機(jī)+液力耦合器系統(tǒng)，能夠大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能。雙滾筒雙電機(jī)，通過主從控制能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)傳動及功率平衡，避免因出力不均而造成的電機(jī)損壞。永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊節(jié)省空間，在巷道一側(cè)開硐室即可安裝，省去原鋼絲繩牽引皮的絞車機(jī)房，即節(jié)約了空間及人力。

（4）制動逆止設(shè)置周全，兩個傳動滾筒雙出軸，一端電機(jī)驅(qū)動另一端裝逆止器，對于大角度帶式輸送機(jī)而言防止制動失效皮帶逆向運行造成事故非常重要，雙逆止器且每一臺逆止器均能滿足整臺皮帶機(jī)的逆止力矩。制動器采用盤式制動器，安裝于傳動機(jī)架的從動滾筒軸端，盤式制動器，制動力矩大，制動效果安全可靠。

（5）整機(jī)采用機(jī)尾重錘車式拉緊裝置，利用巷道角度大的天然優(yōu)勢，通過重錘箱重力提供拉緊力，相對于普通液壓拉緊，對巷道高度無特殊要求，節(jié)省巷道高度開鑿費用，張緊裝置設(shè)在機(jī)尾，所需張緊力低，降低張緊滾筒型號。

（6）機(jī)身設(shè)計以辛安礦主井原有巷道地形及井口走廊為基礎(chǔ)，在不大動原地基的情況下對機(jī)頭卸載架、支腿等進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計。機(jī)頭卸載架采用直立側(cè)面固定安裝，整個機(jī)架呈現(xiàn)懸臂形式，同時機(jī)架為可拆分設(shè)計以避讓現(xiàn)場建筑障礙物，支腿地腳板相對于標(biāo)準(zhǔn)支腿向外側(cè)加寬，固定孔加大，適于直接打錨桿安裝，免于混凝土澆筑地腳螺栓，施工簡單易行，省時省力。

（7）整機(jī)長1 000 m，皮帶易跑偏，因而對調(diào)心托輥組進(jìn)行了特別改進(jìn)，將原有軸與座的間隙配合旋轉(zhuǎn)升級為軸承配合旋轉(zhuǎn)，提高軸系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動靈敏度，在皮帶出現(xiàn)跑偏情況時，調(diào)心托輥組可迅速做出反應(yīng)，實現(xiàn)回調(diào)，避免皮帶跑偏造成撒煤、皮帶撕裂等安全隱患。

（8）辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，引進(jìn)永磁同步電機(jī)，提高傳動效率，降低能耗。在保證使用原有主井巷道地基的基礎(chǔ)上對皮帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)身進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計，機(jī)頭懸空可拆分卸載架、支腿底腳錨桿安裝，調(diào)心托輥組轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化。辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)解決原主井鋼絲繩牽引皮帶機(jī)主要部件老化、膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費用高昂的問題，免去了每年皮帶磨損更換的費用；解決在成本預(yù)算有限的情況下，實現(xiàn)精確選型，降低皮帶改造成本；合理有效的引進(jìn)永磁同步電機(jī)，實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)創(chuàng)新，節(jié)約每年用電費用； 對皮帶機(jī)身設(shè)計升級改造，運行平穩(wěn)，降低人工成本，高效節(jié)能，安全生產(chǎn)。

1.3 梧桐莊礦永磁電動直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)技術(shù)內(nèi)容

（1）主要技術(shù)參數(shù)。帶寬1 200 mm，帶速3.15 m/s，運量800 t/h，功率2×250 kW。角度及長度：自機(jī)尾起第1段16.05°，55 m；第2段21.34°，58 m；第3段21.57°，53 m；第4段25°～29°，140 m，總長約310 m。

設(shè)計選型：通過設(shè)計計算，選用PVG1400S阻燃花紋膠帶650 m，選用永磁隔爆電動滾筒φ1 250 mm（2個），主要滾筒φ1 000 mm（3個），同時根據(jù)計算參數(shù)配備盤式制動器、變頻器、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、液壓拉緊、電動清掃器、花紋膠帶、斷帶抓捕器等。

（2）針對705巷道變坡點多、起伏大、傾角大、地質(zhì)松軟的現(xiàn)象，正常需設(shè)計兩個凸弧段、兩個凹弧段，凹弧段易造成漂帶、撒煤，凸弧段會使托輥載荷大，降低其使用壽命。因此，量身定制48架非標(biāo)支腿布置在坡度變化較多的位置，通過非標(biāo)支腿的設(shè)計和排布，使整條帶式輸送機(jī)運輸角度得到均勻、緩慢的減小，從最大29°降到25°；在支腿底部，設(shè)計使用加長、加寬、打孔的底板，通過錨桿與地面直接固定，方便施工。

（3）機(jī)頭結(jié)構(gòu)采用了矩形組架安裝卸載滾筒，傳動架為三角式組架結(jié)構(gòu)，一側(cè)永磁滾筒安裝制動盤，一側(cè)安裝φ1 000 mm普通包膠傳動滾筒，傳動滾筒軸一端伸出安裝逆止器，解決永磁直驅(qū)電動滾筒軸上無法安裝逆止器的缺陷。設(shè)計兩架傳動架改變了花紋膠帶的纏繞方式，解決了膠帶花紋面不能與永磁直驅(qū)電動滾筒直接摩擦接觸問題；綜合考慮705巷道與運輸通道的位置，將傳動系統(tǒng)布置在巷道的連接處，驅(qū)動部件通過運輸巷道運到順槽巷道后可直接原地安裝，避免了在大角度巷道方向運輸和安裝設(shè)備困難的問題，降低施工的工作量。

（4）由于705巷道空間受限，皮帶機(jī)機(jī)頭空間不足，機(jī)尾處為盲巷，沒有空間安裝拉緊裝置，因此在皮帶機(jī)尾部兩側(cè)設(shè)計滑行軌道，采用多組滑輪，將拉緊裝置布置在機(jī)尾側(cè)面硐室內(nèi)，這種創(chuàng)新型重錘拉緊方式，解決了安裝的空間問題。

（5）驅(qū)動系統(tǒng)采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動滾筒，取代了減速機(jī)、耦合器和聯(lián)軸器等機(jī)械，驅(qū)動結(jié)構(gòu)最簡化，大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能。永磁直驅(qū)電動滾筒的低速大轉(zhuǎn)矩特性，配合大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計使用，啟動瞬間運行平穩(wěn)緩慢，避免了帶面煤塊迅速下滑的現(xiàn)象。

（6）由于運輸角度大，皮帶機(jī)承載部分使用60°深槽托輥組，4個托輥的布置是以中心為對稱，雙排布置，有利于膠帶的對中運行。托棍之間有相互重疊部分，使得托棍兩端的棱角不與膠帶接觸，有利于提高膠帶的使用壽命。在此基礎(chǔ)上，將調(diào)心組安裝軸承，實現(xiàn)軸承潤滑轉(zhuǎn)動，提高輥架靈活轉(zhuǎn)動性能。

（7）順應(yīng)深槽托輥組角度，設(shè)計專用擋煤裝置，接觸面使用膠板，實現(xiàn)擋煤功能，有效防止煤塊滾落。

（8）設(shè)計震動清掃器配合兩級滾動毛刷清掃器使用，滾輪轉(zhuǎn)動過程中對膠帶進(jìn)行拍打，清除藏煤，解決了花紋膠帶凹槽存煤問題。

（9）永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計，成功解決了梧桐莊礦705巷道運輸?shù)貏輳?fù)雜，傾角最大29°，運輸難度大，地質(zhì)松軟，無法穩(wěn)固安裝設(shè)備，巷道高度、長度受限，維護(hù)人員多，能耗高等問題。梧桐莊永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)實現(xiàn)皮帶機(jī)運輸角度的平均降低和對松軟地質(zhì)進(jìn)行設(shè)備加固；深槽托輥組和擋煤裝置解決輸送穩(wěn)定和滾落問題；機(jī)尾重錘拉緊裝置設(shè)計解決空間受限的安裝問題；震動清掃器設(shè)計解決花紋膠帶夾煤問題；永磁直驅(qū)電動滾筒傳動的驅(qū)動系統(tǒng)，替代電減機(jī)的傳統(tǒng)傳動方式。

1.4 創(chuàng)新點

（1）主井強(qiáng)力皮帶機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，解決了原鋼絲繩牽引皮帶機(jī)制動裝置不符合新修訂煤礦安全規(guī)程的問題。

（2）通過優(yōu)化設(shè)計將皮帶運輸速度由2 m/s提高到3.15 m/s，降低了膠帶及滾筒規(guī)格，減少了資金投入。

（3）采用永磁直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動滾筒，高效節(jié)能，與原鋼絲繩牽引皮帶機(jī)同樣采用2×400 kW功率，運量由350 t/h提高到500 t/h；省去減速器、聯(lián)軸器等中間傳動部件，大幅節(jié)省空間；采用永磁直驅(qū)滾筒驅(qū)動系統(tǒng)，滿足大傾角輸送機(jī)低速啟動要求，運行平穩(wěn)，安全可靠，高效節(jié)能。

（4）支腿采用異形設(shè)計，可用地錨直接固定，無需澆注地基預(yù)埋螺栓，施工簡便，穩(wěn)定可靠。

（5）依據(jù)地形，定制設(shè)計48架非標(biāo)支腿，將皮帶輸送機(jī)運輸傾角從29°降低到了平均25°，解決了該運輸巷道變坡點多、起伏大、傾角大不利于運輸?shù)膶嶋H問題。

（6）采用多組滑輪導(dǎo)向，將重錘拉緊裝置布置在機(jī)尾側(cè)方硐室內(nèi)，解決了輸送機(jī)后方無張緊空間的問題。

（7）設(shè)計了深槽托輥組專用擋煤裝置，有效防止煤塊滾落。

（8）設(shè)計了震動清掃器配合兩級滾動毛刷清掃器使用，解決了花紋帶凹槽存煤的問題。

2 應(yīng)用效果

（1）2019年4月永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦井進(jìn)行工業(yè)性試驗，應(yīng)用試驗證明，設(shè)備運行狀態(tài)良好。永磁電機(jī)和永磁電動滾筒直驅(qū)系統(tǒng)實現(xiàn)了無齒輪傳動，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，同時對安裝空間尺寸要求不苛刻。冀中能源峰峰集團(tuán)各礦今后將對現(xiàn)有皮帶進(jìn)行逐漸替換，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝武裝運輸系統(tǒng)，從而實現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

2020年8月永磁電動滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)在冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦井進(jìn)行安裝、調(diào)試及工業(yè)性試驗。應(yīng)用試驗證明，設(shè)備運行狀態(tài)良好。實現(xiàn)了大傾角巷道穩(wěn)定、長效運輸，同時精致機(jī)身設(shè)計、節(jié)省空間，克服空間尺寸要求苛刻的難題。為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦井大傾角復(fù)雜地勢提供可參考使用的成功案例，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝武裝運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)穩(wěn)定、長效、節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

通過本項目的實施，對大傾角、強(qiáng)力運輸煤礦礦井運輸系統(tǒng)提供了良好的設(shè)計選擇，應(yīng)用前景廣闊，必將為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦以及其他煤炭生產(chǎn)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

（2）與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)的主要參數(shù)、效益、市場競爭力進(jìn)行比較：①永磁同步電機(jī)與永磁電動滾筒直驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)傳動方式，實現(xiàn)了無齒輪傳動，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，大幅減輕了日常維護(hù)工作量，避免了潤滑油污染。能夠低速、大扭矩啟動，啟動電流小、啟動過程平穩(wěn)，可根據(jù)載荷自動變速運行，避免頻繁起停，延長了使用壽命，降低了運行功率損耗。②強(qiáng)力皮帶運輸解決了鋼絲繩牽引皮帶機(jī)鋼絲繩及膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費用高昂的問題。③創(chuàng)新使用皮帶機(jī)部件平緩降低角度、穩(wěn)定設(shè)備運行，巧妙設(shè)計布置形式，減小設(shè)備尺寸，節(jié)省空間。解決巷道大角度、地形起伏大、空間受限等實際困難，實現(xiàn)了大傾角運輸設(shè)備平穩(wěn)、有效、安全運輸?shù)哪繕?biāo)。

（3）第三方評價及應(yīng)用情況。2020年12月1日，冀中能源峰峰集團(tuán)組織有關(guān)專家對河北天擇重型機(jī)械有限公司自主研發(fā)的煤礦井下帶式輸送機(jī)定制化設(shè)計及應(yīng)用項目進(jìn)行了會議鑒定。鑒定委員會專家聽取了課題組匯報，審查了相關(guān)鑒定資料，經(jīng)過質(zhì)詢、答辯和討論，鑒定委員會一致認(rèn)為，課題組完成了計劃書規(guī)定的內(nèi)容，提供的鑒定資料齊全可靠，同意通過鑒定。

3 結(jié)束語

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)和梧桐莊礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)進(jìn)行的定制化設(shè)計及應(yīng)用效果獲得了礦方的高度認(rèn)可，并榮獲河北省煤炭學(xué)會和冀中能源有限公司科技進(jìn)步獎二等獎。

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