煤礦主斜井皮帶機改造技術

常文浩

(內蒙古蒙泰不連溝煤業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010303)

煤礦主斜井皮帶機改造技術

常文浩

(內蒙古蒙泰不連溝煤業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010303)

隨著不連溝煤礦生產能力的不斷提高，主斜井皮帶機作為主要運輸系統一直存在諸多隱患，為了滿足運輸能力，提高安全系數，對主斜井皮帶機進行技術改造。介紹了改造技術方案及驗算過程，供解決同類問題時參考。

煤礦；主斜井；皮帶機；礦井；三聯巷；技術方案

0 引言

不連溝煤礦是華電煤業集團有限責任公司設計建設的首座千萬噸級大型礦井，于2011年6月投產， 2012年4月12日通過了生產能力15 Mt/a的核定后，主運系統由于運力增大、負荷增加，曾多次出現主斜井皮帶機壓死、重載無法啟車、卸載滾筒斷軸和皮帶下滑等問題，不僅對設備造成了很大損傷，而且嚴重影響礦井的安全生產。為了提高主運系統的安全系數，增加主運系統運輸能力，適應15 Mt/a及以后增加產量需求，決定對主運系統進行改造。

1 改造方案

為改善皮帶機重載啟動性能，提高結構件及帶面安全系數，增加系統運輸能力，需要對皮帶機進行改造。為減少改造工程量，輸送帶保持不變，井口房基礎設備基本不變，在距主斜井井口1 320 m三聯巷處增加2臺中部驅動。主斜井皮帶纏繞示意如圖1所示。

圖1 主斜井皮帶纏繞示意

2 皮帶機主要技術參數

改造后皮帶機主要技術參數：輸送能力，5 000 t/h；帶寬，1 600 mm；帶速，5 m/s；輸送長度，2 520 m；驅動功率，(3×1 800+2×1 800)kW；提升高度，245 m；輸送帶，ST5000阻燃鋼絲芯抗縱撕皮帶；驅動裝置，電機和減速器、變頻器。改造前后參數對比見表1。

表1 改造前、后參數對比

3 計算過程

(1)滿足傳動條件張力計算。當采用的傳動裝置相同時，5個驅動滾筒傳遞力相等，基本參數見表2，傳動滾筒圍包角相等(θ=210°)，皮帶與滾筒之間摩擦因數μ=0.3，牽引系數K=eμθ=3.0，所有驅動單元相同且采用變頻啟動，所以有

FM=FⅡ=FⅣ=FU/5=202 236 N ，

式中：FM為每個驅動滾筒圓周驅動力；FⅡ，FⅣ分別為Ⅱ，Ⅳ號驅動滾筒圓周驅動力；FU為總圓周驅動力，1 011 178 N。

滿足Ⅳ號滾筒不打滑的條件下，機頭驅動滾筒奔離點張力

SⅡ=SⅣ≥KAFⅣ/(eμθ-1)=1.1×202 236/(3.0-1)=111 230(N) ，

式中：SⅣ為中間驅動滾筒奔離點張力；KA為啟動系數，1.1。

(2)滿足垂度要求。承載分支最小張力點允許的最小張力

SZmin≥a0(qB+q)g/[8(h/a)max]=1.5×(108.6+277.8)×9.8/(8×0.02)=35 501(N) ，式中：a0為上托輥組間距，1.5 m；(h/a)max為兩組托輥間允許的皮帶垂度，0.02；g為重力加速度，9.8 m/s2。

表2 基本數據及主要參數對照

空載段允許最小張力

Skmin≥auqBg/[8(h/a)max]=3×108.6×9.8/(8×0.02)=19 955(N) ，

式中：au為下托輥組間距，3 m。

(3)輸送機正常運行時張力。因為是機尾張緊，需要同時滿足驅動滾筒奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件。

FS=LgqBsinα=259 651(N) ，

FHU=Lfg(qBcosα+qL)=74 219(N) ，

SⅡ′=SⅣ′=FW+FS-FHU=220 969(N) ，

式中：FS為皮帶松邊在傾斜方向的分力；FHU為皮帶松邊運行阻力，包括皮帶運行阻力和底托輥運行阻力；L為皮帶機長度，2 520 m；α為皮帶機傾角，5.5°；SⅡ′為滿足驅動滾筒奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件下驅動滾筒奔離點張力；SⅣ′為滿足驅動滾筒奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件下中間驅動滾筒奔離點張力；FW為滿足皮帶垂度要求的機尾張力，35 536 N。

(4)中間驅動位置計算。當上皮帶長為Lzq時，皮帶頭部張力

FL=CfgLzq[(qB+q)cosα+qU]+

gLzq(qB+q)sinα，

式中：C為附加阻力系數,1.05；fgLzq(qB+q)cosα為物料和帶面運行阻力；fgLzqqU為上托輥運行阻力；gLzq(qB+q)sinα為物料和皮帶的傾斜阻力。當Q=5 000 t/h時，FL=473.3Lzq。

按驅動理論計算出總的圓周驅動力FU=1 011 178 N，頭部最大張力

Smax=SⅡ′+3FU/5=220 969+606 706=827 675(N) ，

因Smax=FL+SⅣ′，SⅡ′=SⅣ′，故FL=473.3Lzq=Smax-SⅣ′=Smax-SⅡ′=606 706 N，Lzq=1 281 m，即頭部驅動滾筒距中間驅動滾筒奔離點的距離為1 281 m時頭部張力最小。

頭部各個驅動滾筒及中間驅動滾筒受力情況：

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

中間驅動滾筒受力情況：

FⅣ=SⅣ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

FⅢ=FⅣ+FU/5=423 204+202 235=625 439(N)。

(5)當中間驅動距機頭距離Lzq=760 m時,滿足機尾張緊、機頭及中間驅動驅不打滑各個滾筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675 (N)。

滿足機頭驅奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件Lzq=760 m時，FL=473.3Lzq=359 708(N)，因Smax=FL+SⅣ1′，故SⅣ1′=467 967 N，則

FⅣ=SⅣ1′+FU/5=467 967+202 235=670 202(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=670 202+202 235=872 437(N)。

(6)當中間驅動距機頭1 320 m時，滿足機尾張緊、機頭及中驅不打滑各個滾筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675(N)，

FL=473.3Lzq=473.3×1 320=624 756(N)，

因為Smax=FL+SⅣ2′，所以SⅣ2′=202 919 N。

滿足驅動條件時

FⅣ=SⅣ2′+FU/5=202 919+202 235=405 154(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=405 154+202 235=607 389(N)。

(7)逆止力計算。逆止器滾筒傳遞最大摩擦力S=SⅣ′eμθ=220 969×3=662 907(N)，K=eμθ=3.0。

經計算，靜逆止力Sbn=541 111 N，傾斜力FP=668 480 N，頭部最大張力Smax=827 675 N。逆止力按1.5倍計算，所需逆止力分別為81 1666，1 002 720，1 241 512 N。輸送機張力見表3。

4 設備增設情況

需要增加的設備有：3件機架、2件驅動滾筒、2件導向滾筒、2臺H3SH7A減速器、2臺1800kW變頻電動機、2臺額定電流260A變頻器、2臺額定容量3000kV·A變壓器、1臺逆止器、1面可編程邏輯控制器(PLC)同步柜、2800m礦用電纜、3面高壓柜等。該方案需投資約2500萬元，設備采購周期為4～6個月，硐室、基礎施工工期為40d，皮帶機機架安裝、皮帶對接工期10～15d(停產施工)。

表3 輸送機張力分布情況對照 N

5 結束語

主井皮帶機改造后輸送能力達到5 000 t/h，皮帶安全系數由7.11提高到8.79，頭部最大張力由1 074 506 N降低到827 675 N，卸載滾筒合力下降約246 831 N，主井皮帶機運行工況明顯改善,平均4 500 t/h負荷下能重載啟動。系統煤量不均衡問題及矸石損傷帶面問題得到解決，系統平均運輸能力達到4 000 t/h，礦井具備15 Mt/a及以上生產能力要求。

[1]《實用機械設計手冊》編寫組.實用機械設計手冊(上、下冊)[M].2版.北京:機械工業出版社，1998.

[2]《中國機械設計大典》編委會.中國機械設計大典(第3、4卷)[M].江西:江西科學技術出版社，2001.

[3]《機械設計手冊》編委會.機械設計手冊(第3卷)[M].北京:機械工業出版社，2004.

[4]王世剛，張秀親，苗淑杰.機械設計實踐(上、下冊)[M].修訂版.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，2003.

[5]謝錫純，李曉豁.礦山機械與設備[M].徐州:中國礦業大學出版社，2000.

(本文責編：白銀雷)

常文浩(1974—)，男，陜西韓城人，工程師 工學碩士，從事煤礦機電設備管理方面的工作(E-mail:996341872@qq.com)。

TD 55

A

1674-1951(2017)11-0020-02

2017-09-11；

2017-10-28