露天煤礦帶式輸送機結構布置及相關參數設計分析

顧 瀟

（昆明煤炭設計研究院，云南 昆明 650051）

0 引言

帶式輸送機是當前運送裝載散裝貨物應用最為廣泛的機械設備，具有運力大、效率高、靈活移動、綜合效益好等諸多優點。露天煤礦應用帶式輸送機可大大增加煤炭產量，而且簡化運輸流程，實現挖、運、裝流水線作業。隨著開挖和裝載設備的大型化，對帶式輸送機的要求也相應提高，因此各種參數必須要合理匹配實際應用場合。

1 工程概況

云南省先鋒露天煤礦為一座省屬國有重點露天礦，位于昆明市尋甸縣先鋒鎮境內，煤礦開采境界東西長2.65km，南北寬1.95km，面積4.05km2；先鋒露天煤礦所在松樹地井田探明資源量22252.7萬t，擴建工程開采境界內設計可采儲量為157.00Mt，平均剝采比2.97m3/t。

該露天煤礦擴建工程采煤開拓運輸系統為：采場煤通過自卸汽車，由南幫的移動出入溝運至東幫坑下棧橋，篩分后通過帶式輸送機運至地面生產系統儲煤倉。

2 帶式輸送機的結構及布置方式分析

2.1 帶式輸送機主要結構

1）輸送帶。輸送帶承載運輸褐煤，并且它們之間的摩擦力是運輸完成的動力，因此需要輸送帶具有滿足要求的強度、粗糙度。目前輸送帶材質種類包含三類：整體芯、分層織物芯、鋼絲繩芯。由于煤礦對輸送帶強度要求高，因此多選擇鋼絲繩芯。受制于制造工藝，目前每段輸送帶長度一般控制在200m以下，每段之間通過機械或硫化方法連接[1]。

2）托輥與驅動裝置。托輥支撐皮帶平穩運行，根據托輥用途不同可劃分為：承載托輥、回程托輥、緩沖托輥、調偏托輥四類。

驅動裝置根據位置不同可分為：頭部驅動、頭尾驅動、多點驅動三類（見圖1）。由于先鋒煤礦輸送距離較長，且承載重量較大，因此采用多點驅動方式，其中主驅動安裝在卸載端[2]。

圖1 帶式輸送機驅動位置

3）拉緊裝置。拉緊裝置是保證皮帶具有一定張力，可保證皮帶和滾動之間產生較大摩擦力。為了使拉緊力利用率最高，拉緊裝置一般設計在驅動滾筒松邊位置，可分為固定式和自動式，本項目設計采用自動式。

2.2 帶式輸送機布置原則

由于適用場合存在不同，帶式輸送機布置方式也需要靈活調整，其主要應遵循以下幾個原則：

1）當帶式輸送機經過較大的凸、凹地段時，會容易出現跑偏、脫帶事故，此時要求輸送機盡可能呈直線布置[3]；

2）若輸送機采用雙滾筒驅動，應避免輸送機呈“S”型布置，否則會降低皮帶壽命及摩擦力效率；

3）若采用多點驅動方式，應根據“等驅動功率單元法”進行分配，滾筒上的圍包角也應遵循“圓周力分配要求”，最有布置方案可根據現場試驗確定。

3 帶式輸送機重要參數設計分析

3.1 先鋒露天煤礦帶式輸送機主要技術參數

3.1.2 帶式輸送機主要技術參數

1）生產能力為1360t/h。

2）褐煤松散容重取0.75t/m3。

3）帶式輸送機計算按國際標準ISO5048執行。

4

）褐煤動堆積角取20°。

5）帶式輸送機槽角取35°。

表1 先鋒露天煤礦帶式輸送機主要技術參數表

3.2 輸送機運送能力計算

帶式輸送機的運送能力Q可按照式（1）計算[4]，根據公式可知除了A以外，其他幾個參數是固定的，而影響A的因素包括：皮帶槽形、托輥傾角、皮帶寬度等。

式中：A為皮帶承載物料的橫斷面面積，m2；v為皮帶速度，m/s；ρ為物料密度，kg/m3；η 為傾斜輸送機折減系數（見表1）。

表1 傾斜角度和折減系數參考值

皮帶槽形分析。根據先鋒煤礦的實際應用場景，在此主要針對以下三種類型皮帶槽形的物料橫斷面面積進行計算[5]。

1）雙托輥“V型槽”。雙托輥“V型槽”結構示意圖見下圖2，物料橫斷面A由A1、A2兩部分構成，計算公式見（2）。根據日常經驗，β取值在15-30°，λ取值20-40°。

式中：b為皮帶有效長度，m；Β 為托輥傾斜角，°；Λ為物料安息角，°。

圖2 雙托輥“V型槽”

2）三托輥“梯形槽”。三托輥“梯形槽”其本質是“V形槽”的改進，結構圖見圖3。改變了托輥長度和節數，但大大增加了皮帶的耐久度，而且輸送能力顯著提高。物料橫斷面A由A1、A2兩部分構成，計算公式見（3）[6]。

式中：b1為皮帶有效長度，m；a1為傾斜托輥長度，m。

圖3 三托輥“梯形槽”

3）深槽角“半圓形槽”。深槽角“半圓形槽”是結合了“梯形槽”和“V形槽”的優點，具有更大的運輸能力，而且有效減少了物料的外溢，對陡坡、曲線等具有更好的適應性。雖然單位長度成本較高，但是維護費用低，且拆卸容易。其物料橫斷面面積A計算見公式（4）。

式中：r為半圓的半徑，m。

圖4 深槽角“半圓形槽”

通過對比分析，能使物料橫斷面達到最大值的為三托輥“梯形槽”，但是會使大部分物料載荷集中在底部托輥上，而且對較差地段適應性較差，物料有外溢問題。經過綜合分析：深槽角“半圓形槽”在運量、皮帶壽命、整體穩定性上均具有較大優勢，因此先鋒煤礦設計采用該帶式輸送機。

3.3 帶式輸送機爬坡能力計算分析

帶式輸送機爬坡能力對于輸送機布置有著決定性影響，進而影響整體運煤效率和成本。要求盡可能適應較大爬坡，而且物料不發生滑移和外溢問題。影響爬坡的參數包括：摩擦系數、皮帶速度、托輥間距等，主要可以通過減小托輥間距來人為增加帶式輸送機爬坡能力。

1）托輥轉速計算。理論上托輥轉速越快，輸送機的效率越高，但會造成物料與皮帶之間的靜摩擦力越容易轉化為動摩擦力，導致物料滑移，大大降低運輸效率。相關研究表明托輥的轉速應小于600r/min。而在此可以通過經驗公式（5）來確定托輥轉速n與其他參數之間的關系。最終確定本項目托輥轉速n=180-200r/min。

式中：v為帶式輸送機速度，m/min；D為托輥直徑，m。

2）托輥間距計算。托輥間距若過大，則會導致兩托輥間皮帶垂度過大，物料外溢概率增大，若間距過小，會導致制造和運行成本增加。因此在設計時，主要考慮輸送帶的垂直下降距離y滿足要求，計算公式見（6）。經計算，本項目設計托輥間距為1.2m。

式中：S為托輥間距，m；Wb為單位長度輸送帶重量，kg/m；Wm為單位長度物料重量，kg/m；T為輸送帶張力，N。

4 結 語

綜上所述，通過計算分析深槽角“半圓形槽”帶式輸送機，其優點在于對陡坡、曲線等地形要求的帶式輸送機的設計中具有更好的適應性。雖然單位長度成本較高，但是維護費用低，且拆卸容易，運量完全滿足工況的要求，不易發生煤炭外溢等問題，使整個生產系統運行穩定，設備日常維護費用較少，相信在以后的礦山帶式輸送機的整機設計中和已有生產工藝系統的升級改造中會取得很好的實際運用及經濟效益。