-31° 大傾角下運帶式輸送機的成功應用

劉修占，閆新安

(山西朔州平魯區下梨園煤業有限公司，山西 朔州 036800)

-31°大傾角下運帶式輸送機的成功應用

劉修占，閆新安

(山西朔州平魯區下梨園煤業有限公司，山西 朔州 036800)

以山西朔州平魯區下梨園煤業有限公司為例，介紹了-31°大傾角下運帶式輸送機項目的實施背景、主要技術及選型變更情況，并進行了實施效果及效益分析。認為選用軟啟動裝置，合理選擇加速度，選擇好制動裝置和張緊裝置，配置防塊煤滾落設施，可以實現大傾角上山下運膠帶運輸。

大傾角；下運；帶式輸送機；軟啟動；制動裝置；張緊裝置；膠帶運輸

0 引言

帶式輸送機發展到現在至少已有150年的歷史，初期設計主要用于谷物等較小密度物料的輸送，隨著科學技術的迅速發展，用于制造、設計和安裝的各種新技術、新方法的出現以及輸送帶接頭技術的不斷完善，目前帶式輸送機已經發展到了一個較高的水平。對于煤礦企業，帶式輸送機作為原煤運輸的主要方式，其安全可靠性、運輸能力、性能、質量等至關重要，成為決定礦井生產能力的關鍵一環。

目前，國內帶式輸送機下運的最大角度多數集中在-15°～25°，山西朔州平魯區茂華下梨園煤業有限公司(以下簡稱下梨園煤業)經過多次調研、工況試驗，成功地在井下運輸暗斜井實現了-31°大傾角下運帶式輸送機的投用，并且運行安全可靠，完全滿足礦井生產需要。

1 實施背景

下梨園煤業設計能力為90萬t/a，可開采#4，#9，#11煤層。主斜井、副斜井、回風斜井均落底于#9煤層，根據煤層賦存特征及現有巷道的開拓掘進情況，設計采用聯合布置的方式，在#9煤層中設一個主生產水平，在#4煤層中設一個輔助生產水平開拓開采井田范圍內的#4，#9，#11煤層；在#4，#9煤層均沿煤層布置3條巷道(皮帶、軌道、回風)；#4煤層西翼采區通過軌道暗斜井、運輸暗斜井和回風暗斜井與#9煤層水平溝通；投產采區為#4煤層西部區域的401采區。

401采區運輸巷安裝帶寬為800 mm的帶式輸送機，40101運輸順槽安裝帶寬為800 mm的帶式輸送機，兩部帶式輸送機運輸的原煤通過運輸暗斜井到達#9煤層運輸大巷的帶式輸送機。

401采區運輸巷、40101運輸順槽、#9煤層的運輸大巷3條巷道基本平直，帶式輸送機運行可靠，完全滿足生產需要。聯通3條巷道的運輸暗斜井坡度為31°，故該巷道的運輸設備成為整個原煤運輸系統的瓶頸。

2016年6月下梨園煤業完成基本建設，進行聯合試運轉驗收，2016年12月進入竣工大驗收的最后階段，《初步設計》中運輸暗斜井設計為安裝一部帶式輸送機，而國內-31° 下運式帶式輸送機技術尚不成熟，為了保證下梨園煤業順利通過兩個驗收，同時保障礦井生產后原煤運輸的安全可靠，滿足礦井生產需要，-31° 下運帶式輸送機的突破創新、改革創造勢在必行。

2 內涵和做法

2.1 運輸暗斜井運輸設備選型變更

下梨園煤業運輸暗斜井最先運用的是大傾角波紋襠邊輸送機。2016年1月運輸暗斜井運輸設備安裝使用波紋襠邊輸送機，使用過程中因井下環境較差，原煤中塊煤較多，導致皮帶襠邊損壞嚴重，維修量較大，無法繼續使用，嚴重制約原煤輸出。

為了解決原煤運輸的當務之急，運輸暗斜井運輸設備改為礦方自主改造的40 t刮板機，于2016年4月安裝使用，使用效果良好，但由于刮板機的運煤量較小，無法滿足礦方生產需要。

后經過下梨園煤業領導的多次研究、調研，最終與山西煤礦機械制造股份有限公司設計院達成一致意見，隨即開啟了該部大傾角皮帶機的具體設計、工況模擬試驗、改進，最終成功完成了-31°大傾角下運帶式輸送機的應用。本次改造利用了原先襠邊皮帶的機頭傳動架、傳動滾筒、驅動架、電機、減速機、聯軸器、盤式制動器、變頻器、電控設備等，節約了設備成本。

2.2 大傾角上山下運帶式輸送機的關鍵技術

為帶式輸送機選用適當的軟啟動裝置，選擇合理的加速度，配置好合適的制動裝置、張緊裝置，設置防塊煤滾落安全措施，就可以實現大傾角上山下運皮帶運輸。經過多次試驗、論證，終于實現大傾角上山下運帶式輸送機在下運31°，運量750 t/h，帶速2.5 m/s，長度103 m，提升高度-45 m時可靠運行。該部帶式輸送機纏繞示意圖如圖1所示。

圖1 皮帶纏繞示意

2.2.1 啟動裝置

大傾角上山下運帶式輸送機的關鍵技術在于：設備的制動、啟動和運行。下梨園煤業下運帶式輸送機選用BPJI-450(220)/1140礦用隔爆兼本質安全型四象限交流變頻器，完善了帶面的受力狀態，使皮帶的使用壽命大大延長，從而降低了整套帶式輸送機的維修強度，為原煤的輸送提供可靠保障。

2.2.1.1 變頻啟動裝置

BPJI-450(220)/1140礦用隔爆兼本質安全型四象限交流變頻啟動器是一種集真空磁力啟動器、數字式變頻調速裝置及相關的散熱技術為一體的高新技術產品。該產品適用于交流50 Hz、額定電壓660 V的異步電動機重負荷軟啟動、軟停車和運行過程控制，具有啟動電流小、啟動速度平穩、啟動性能可靠、對電網沖擊小等優點，其啟動曲線有S型和線型2種。該曲線可根據現場實際工況進行調整，從而減少啟動時對設備的動張力。此外，變頻器具有在線控制功能，可根據電機的負荷變化調整電機工作電源的電壓和頻率，從而達到所需轉矩，具有明顯的節能效應，可實現經濟運行。隨著煤礦自動化程度的不斷提高，變頻器正以其節能、高效、安全、可靠的特點，逐漸成為今后煤礦電機設備調速控制的發展方向，并得以廣泛應用。

BPJI-450變頻器具有過壓、欠壓、直流母線欠壓、過流、過載、堵轉、漏電、接地、過熱等保護，具有故障記憶功能。

2.2.1.2 加速度的選擇

按帶式輸送機的專業標準，啟動和制動加速度應在0.1～0.3 m/s2之間。根據下梨園煤業大傾角下運帶式輸送機的現場使用情況來看，其加速度控制在0.1～0.3 m/s2之間都能可靠、安全地運行。

2.2.2 制動裝置

制動裝置是下運帶式輸送機最重要的技術之一，下梨園煤業的下運皮帶機根據安裝坡度及長度，對制動力計算后選擇了液壓盤式類型的制動裝置。這種制動裝置采用可編程邏輯控制器(PLC)控制，通過軸編碼器或霍耳傳感器對皮帶機的皮帶帶速進行檢測，PLC根據帶速情況對制動裝置輸出松閘、制動的指令。

液壓盤式類型的制動裝置主要用于大型機電設備的可控制動停車，有時也用作調節或限制機構或機器的運動速度。采用常閉式結構，因此適用于各種機電設備停車作業。用于下運帶式輸送機時，能夠實現其可控制動；用于大傾角上運帶式輸送機時，可以實現《煤礦安全規程》規定的軟制動；用于長距離大型輸送機時，不僅能夠實現可控制動停車，還能夠避免輸送帶在停車過程中急劇變化引起的“堆疊”現象。盤式制動裝置完全能夠適應井下的工作環境，其主要技術性能如下。

(1)液壓柔性制動裝置與電控裝置配合時，可使帶式輸送機的停車加速度保持在0.10～0.30 m/s2之間。

(2)在有載工況設備啟動時，具有可控啟動性能；在設備突然斷電時，能夠保證帶式輸送機平穩地減速停車，從而保證生產的安全性。

(3)摩擦板采用進口非石棉、無金屬粉末冶金材料，具有較好的耐高壓、耐高溫、耐腐蝕、長壽命等特性。

(4)盤式液壓制動頭采用新型扇形閘瓦結構，不僅外觀美觀，節省材料，無滲油、漏油現象，最重要的是制動時受力均勻，能夠使帶式輸送機具有良好的制動效果與較高的使用壽命。

(5)液壓站采用雙回路結構，液壓系統主件均采用進口部件，確保其工作可靠。液壓系統實現了液壓泵的間歇性運轉，達到了節能、增加壽命的目的；電控系統以高性能的PLC為核心，使帶式輸送機的運行具有較高的安全與穩定性。

(6)具有動態制動壓力平衡反饋，能夠保證制動器平衡。

下梨園煤業大傾角帶式輸送機的盤式制動器安裝于驅動滾筒上。盤式制動器通過霍爾傳感器反饋給PLC帶式輸送機的帶速，PLC通過與設定的額定帶速進行比較，在不同帶速階段給出不同的指令給制動機械裝置完成調速。盤式制動裝置PLC輸出指令與帶速之間的反饋原理見表1。

2.2.3 張緊裝置

下梨園煤業大傾角下運式帶式輸送機使用了固定絞車拉緊裝置。固定絞車拉緊裝置是利用小型絞車來拉緊，使用JH-8回柱絞車來纏繞鋼繩，從而拉緊皮帶。這種拉緊裝置的優點是體積小、拉力大；有效張緊行程為1.5 m，工作電壓為660/1 140 V。

表1 盤式制動裝置PLC輸出指令與帶速之間的反饋原理

2.2.4 防塊煤滾落設施

下運帶式輸送機由于煤炭的受力方向與地球引力方向一致，在煤炭輸送過程中難免存在塊煤在皮帶上向下滾落，并且滾落過程中發生彈跳，極易越出皮帶順著巷道兩側的行人通道滾落的情況。雖然下梨園煤業安裝大傾角帶式輸送機的運輸暗斜井不作為行人通道，但為了減少清煤量，消除安全隱患于萌芽狀態，設置了防止塊煤滾落的設施。

為確保職工人身安全，下梨園煤業在下運帶式輸送機的兩側設置易于摘掛的防護網，防護網高1 m，有效地控制了滾落大塊煤跳出帶面的現象。皮帶行人通道進出口安裝柵欄門，實行上鎖管理，防止皮帶運行時人員進入。在該部下運帶式輸送機設計初期，就確定加裝多部活動擋煤板，用于降低塊煤滾落的勢能，從而逐步使其停止；在后期經過多次計算和工況模擬試驗，上方間隔1.5 m安裝1組擋煤板，效果最為理想。

2.2.5 帶面

下運帶式輸送機帶面選用凸面人字形花紋鋼絲繩芯、單層尼龍網防撕裂阻燃輸送帶，型號為ST/S1000(MT668)。利用皮帶的凸面人字形增加帶面與煤的摩擦力，可很好地防止煤下滑致使機尾淤煤。

2.2.6 上下托輥組

(1)上托輥組采用60°和25°深槽形托輥組，為了保證皮帶包角平滑過渡，帶式輸送機托輥組槽角由10°→20°→35°→45°→60°逐漸平緩過渡，保證皮帶使用壽命。平滑段托輥組間距為1 200 mm，凸弧段及受料段托輥組間距不大于600 mm。

(2)下托輥采用平形托輥組，每10組下托輥組設置一組下摩擦調心托輥組。平滑段間距為3 000 mm，凸弧段間距為1 500 mm。

2.2.7 清掃器

由于該部皮帶使用的是凸面人字形花紋皮帶，帶面的浮煤較普通皮帶難清理，為了解決回頭煤的問題，保證清煤效果，在帶式輸送機的卸載部設聚氨酯一級清掃器和電動毛刷清掃器。

3 實施效果

3.1 經濟效益

該部大傾角帶式輸送機的順利運行，為下梨園煤業解決了暗斜井坡度較大，皮帶機輸送原煤環境差，故障頻出而影響原煤輸出的一大難題。

若設計該處新掘井下煤倉，煤倉需貫通45 m，煤倉下口安裝給煤機，還需新增加回風繞道保證正常通風，掘進施工加上支護、給煤機等材料費用，預計需資金為150萬元。若設計使用大運量的刮板輸送機，設備費用預計為400萬元。該部帶式輸送機的應用費用為50萬元，不僅節省資金，更將影響生產的時間縮到最短，為下梨園煤業聯合試運轉和竣工大驗收奠定了堅實的基礎，為轉生產礦井后原煤的運輸提供了保障，提高了原煤輸送的安全、可靠性，保障正常生產、提質增效 。

3.2 技術革新

據不完全統計，目前國內各煤礦井下使用的下運帶式輸送機最大傾角為25°左右，而下梨園煤業成功地實現了31°大傾角下運帶式輸送機的應用，是帶式輸送機技術的一大革新，為帶式輸送機技術的進步邁出一大步，社會、經濟效益良好。

4 結束語

選用軟啟動裝置，合理選擇加速度，選擇好制動裝置和張緊裝置，配置防塊煤滾落設施，實現了大傾角上山下運皮帶運輸。大傾角上山下運帶式輸送機是煤礦上山開采向下運輸理想的高效連續運輸設備，具有輸送距離較長、運量大、連續輸送等優點，而且運行可靠、成本低、易于實現自動化和集中控制，社會、經濟價值良好。

(本文責編：白銀雷)

劉修占(1970—)，男，江蘇沛縣人，高級工程師，從事煤礦生產管理方面的工作(E-mail:szkyzk@163.com)。

閆新安(1971—)，男，山東棗莊人，高級工程師，從事煤礦生產管理方面的工作(E-mail:542547721@qq.com)。

TD 528

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1674-1951(2017)11-0043-03

2017-09-11；

2017-10-24