盛泰選煤廠塊煤大傾角帶式輸送機的設計與應用

郭金鑫，武思源

(太原正越工程技術有限公司，山西 太原030001)

山西煤炭運銷集團盛泰煤業有限公司選煤廠設計能力為1.50 Mt/a，原煤采用6 mm預先脫粉、80～6 mm粒級采用跳汰機分選、1.5～0.25 mm粒級粗煤泥采用離心機回收、0.25～0 mm粒級細煤泥采用壓濾機回收的聯合生產工藝。選煤廠選后產品為80～13 mm粒級塊精煤和13～0 mm粒級混煤，產品主要作為動力和化工用煤。在礦井建設中，已建成完整的地面生產系統，包括產品倉4座。在選煤廠地面生產系統設計時，由于主廠房場地標高低于產品倉場地標高6 m左右，如果采用常規帶式輸送機運輸80～13 mm粒級塊精煤產品，則需要多道轉載環節，同時存在產品運輸系統復雜和塊煤過度破碎的問題。為解決這些問題，盛泰選煤廠在上倉帶式輸送機設計中，采用深槽型、22°大傾角帶式輸送機的設計方案，有效減少了塊煤產品水平投影輸送距離，達到了減少占地，降低投資的目的[1-2]。

1 輸送機參數設計

1.1 基礎參數

首先需要確定選煤廠塊煤帶式輸送機的運輸條件，參數如下：物料粒度為80～13 mm，煤炭堆積密度取0.8 t/m3，動、靜堆積角分別取12°、30°，最大運輸能力為300 t/h，帶寬初步確定為B=800 mm，布置水平長度為152 m，提升高度為61 m，布置角度為22°，槽角為60°。尾部單點連續給料，頭部滾筒卸料；工作環境潮濕、多灰。帶式輸送機截面結構如圖1所示[3]。

圖1 60°槽角帶式輸送機截面結構Fig.1 Sectional structure sketch of the belt conveyor with a trough angle of 60°

1.2 承載托輥布置形式

大傾角帶式輸送需要保證摩擦力足夠大，以減少滑料和滾料現象，因此必須通過增加帶面側壓力，即增大承載帶面的槽角的方式增加摩擦力，經過綜合權衡，確定選用深槽角、大傾角帶式輸送機[4]。為最大限度地增大帶面側壓力，選用深槽四托輥組，而不采用傳統的三托輥結構，其布置方式為中間兩輥V形布置，兩側托輥槽角增大，這種布置方式的帶面運行對中性好，便于安裝維護[5-6]。

1.3 輸送能力計算

1.3.1 帶速選取

帶速不僅影響輸送機的輸送能力、驅動功率等性能指標，也對托輥、輸送帶等部件的選用有一定影響，對大傾角輸送機而言，帶速的大小還影響物料輸送的穩定性。由于物料與輸送帶在落料段存在相對速度差，較高帶速所提供的摩擦力極有可能不能克服物料自身的慣性力，而使物料無法保持與輸送帶的同步運行，造成物料打滑，甚至無法輸送的問題。因此，大傾角輸送機不宜選取較高的帶速，目前國內的大傾角帶式輸送機帶速多在3.15 m/s以下，本次設計帶速選擇為2.0 m/s[4]。

1.3.2 物料橫截面積

目前大傾角輸送機承載帶面上最大物料橫截面積計算尚無設計規范，參照GB 50431—2008《帶式輸送機工程設計規范》的計算原理，推導雙排V形深槽角四托輥組的物料橫截面積的公式[7]為：

S=S1+S2+S3。

S1=[2l1cosλ1+(b-2l1)cosλ2]2tanθ/4；

S2=[2l1cosλ1+(b-2l1)cosλ2]×

[(b-2l1)sinλ2/2]；

式中：S為帶式輸送機截面面積，m2；b為輸送機可用寬度，m，選取b=0.67 m；l1為中間輥長度，m，選取l1=0.22 m;λ1為內側托輥槽角，°，選取λ1=25°;λ2為外側托輥槽角，°，選取λ2=60°；θ為物料運行堆積角，°，選取θ=12°。

代入參數計算，物料截面積為：S=0.028 m2+0.051 1 m2+0.020 9 m2=0.1 m2。

1.3.3 輸送能力計算

參照GB 50431—2008《帶式輸送機工程設計規范》，輸送能力計算公式為：

Q=3 600SvKρ，

式中：Q為帶式輸送機輸送量，t/h；S為帶式輸送機截面面積，m2；v為帶式輸送機帶速，m/s，K為斷面系數，選取K=0.7；ρ為物料堆密度，t/m3。

代入參數計算，輸送能力為:Q=3 600×0.1 m2×2 m/s×0.7×0.8 t/m2=403 t/h>300 t/h，在暫定帶寬、帶速的條件下，運輸能力滿足要求。

1.4 摩擦系數的選取

帶式輸送機模擬的摩擦系數是設計計算的主要參數，托輥的截面和結構型式對摩擦系數的選取有很大影響，根據標準[8-10]，3個承載托輥的上運帶式輸送機的模擬摩擦系數一般在0.02～0.03之間[11]；大傾角帶式輸送機為4個承載托輥，而大傾角帶式輸送機的模擬摩擦系數目前還沒有國家標準，綜合考慮帶式輸送機托輥的截面型式、結構型式和實際工況，最終確定帶式輸送機的模擬摩擦系數為0.035，大傾角帶式輸送機其余計算與普通帶式輸送機相似[12]。

2 輸送機運行保證措施

2.1 輸送帶

輸送帶需要具有良好的成槽性，避免帶強過高。輸送帶厚度大時，承載帶面在60°槽角托輥組內運行應力大，會造成輸送帶磨損快，托輥受力偏大使托輥壽命縮短。采用“人”字形花紋膠帶，可增加塊煤與輸送帶間的摩擦力,提高防止物料滾落的能力。

2.2 入料方式

對塊煤物料的大傾角運輸而言，入料段物料的均勻穩定性十分重要，一般需要提前提高物料速度，當物料給入輸送帶時，物料速度應接近帶速，且速度方向與帶速方向接近，通過輸送機入料溜槽的布置，使得塊煤物料靠重力來獲得所需的速度和方向。

2.3 防止物料滾落裝置

為解決塊煤物料在輸送機上運輸時容易失穩而向下滾動的情況，在大傾角帶式輸送機上方每隔30 m左右設置一組防大塊物料滾動的擋板(該擋板為單向開啟)。設備正常工作時，擋板始終處于開啟狀態；當出現大塊物料向下滾動的情況時，擋板受物料的壓力作用可及時關閉，從而阻止物料繼續向下滾動[13]。

3 應用效果

80～13 mm粒級塊煤大傾角帶式輸送機現已正常投入使用，系統運轉正常；該塊煤大傾角輸送機的成功應用，使得選煤廠整體平面布置緊湊、美觀、合理。塊煤產品、末煤產品帶式輸送機采用同樣角度后，便可放入同一條棧橋內，方便生產運營管理，有效減少投資。

4 結語

與其他形式的塊煤大傾角輸送設備相比，塊煤深槽大傾角帶式輸送機的應用效果更好。對于煤礦和選煤廠，22°塊煤大傾角帶式輸送機的成功應用對未來塊煤系統運輸設備的發展有著舉足輕重的作用，可以在有限的距離內，充分發揮帶式輸送機輸送能力大、效率高、工作可靠、操作簡單、便于實現自動化的優點，大傾角帶式輸送機將具有更廣闊的市場前景。