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魯葉云

(晉城無煙煤礦業集團 成莊煤礦， 山西 晉城 048021)

0 引言

成莊煤礦是晉煤集團的主力礦井之一，在綜采工作面順槽帶式輸送機的選型與配套方面，一直秉承著先進高效的原則，長距離、大運量的帶式輸送機在該礦得到了廣泛應用。大采高工作面順槽帶式輸送機配置基本按一部化的思路進行設計，直接與盤區輸送帶搭接，輸送機帶寬為1 400 mm，運行速度約為3.5 m/s，運輸能力為2 500 t/h。但當工作面地質條件特殊時，煤流必須經過轉載環節才能運輸至盤區帶式輸送機上。轉載設備在設計與選型時，必須考慮運輸速度、運輸能力、運輸距離等因素。簡要分析幾種配套方式存在的問題：

1) 當運輸距離在100 m以下時，可以采用刮板輸送機實現轉載，但當運輸距離超過100 m時，超過了刮板輸送機的運輸能力，則滿足不了大采高面的出煤要求。

2) 如果采用1.2 m帶式輸送機，雖然可以解決運輸距離的問題，但由于其運行速度為3.15 m/s，遠低于順槽1.4 m帶式輸送機的速度，且帶寬不足，會在轉載點處造成堆煤現象，影響輸送機的安全運行。

3) 如果直接采用現成的1.4 m帶式輸送機，則會造成裝備投入上的巨大浪費，因為1.4 m輸送機采用CST控制，配置較高，適用于長距離、大運量運輸要求的地點。

通過分析研究，決定研制一種短距離、高效率轉載式帶式輸送機，適應距離在100～500 m范圍內，其運轉速度必須達到3.5 m/s以上，運輸能力達到2 500 t/h，輸送帶帶寬不得小于1.4 m，以滿足大采高工作面生產需要，實現高效轉載的目的。在裝備選型上，要充分利用礦井現有裝備進行設計，最大限度地降低投入，以低投入換取高收益。

1 帶式輸送機參數確定

1.1 速度

由于順槽1.4 m帶式輸送機最高速度為3.5 m/s，故要求轉載式帶式輸送機速度不小于3.5 m/s，初步設計中按最低3.5 m/s考慮。

1.2 驅動滾筒直徑

考慮到新增驅動裝置會加大資金投入，從經濟的角度出發，利用成莊煤礦現有1.2 m帶式輸送機驅動，配套方式為電動機+液力偶合器，其中單臺電動機功率為200 kW，電動機異步轉速為1 485 r/min，偶合器減速比為18。

根據以上參數確定驅動滾筒的最小直徑為：

(1)

式中：D為滾筒直徑；v為帶式輸送機速度。

計算可得，D=0.81 m。

考慮實際加工制造的要求，確定滾筒直徑為850 mm，對應的帶式輸送機實際速度為3.67 m/s。

1.3 驅動功率

根據礦井大采高工作面巷道的實際條件，轉載環節的運輸距離基本在500 m以內,最大落差不超過30 m，上運，帶式輸送機運輸能力為2 500 t/h，利用以上參數進行分析計算。

1.3.1 驅動滾筒圓周驅動力

驅動滾筒上所需圓周驅動力Fu為帶式輸送機所有阻力之和，一般包括主要阻力、附加阻力、特種主要阻力、特種附加阻力、傾斜阻力。對于機長大于80 m的帶式輸送機，附加阻力小于主要阻力，可以引入一個系數進行簡化計算，如下式：

Fu=C×Fh+Fs1+Fs2+Fst

(2)

式中：Fu為圓周驅動力；C為系數，不小于1.02；Fh為主要阻力；Fs1為特種主要阻力；Fs2為特種附加阻力；Fst為傾斜阻力。

帶式輸送機的整機布置方式如圖1所示，通過對帶式輸送機進行受力分析可得，帶式輸送機驅動滾筒圓周驅動力Fu為114 kN。

圖1 帶式輸送機整機布置方式

1.3.2 傳動功率及驅動選型

驅動滾筒軸功率為：

P=Fu×V=114×3.67=418.38 kW

(3)

電動機功率為:

Pm=P/(η1η2η′η″)

(4)

式中:P為驅動滾筒軸功率；Pm為電動機功率；η1為聯軸器效率,η1=0.96；η2為減速器效率,η2=1；η′為電壓降系數,η′=1；η″為不平衡系數,η″=0.95。

計算可得，Pm=458.75 kW。

根據所需驅動功率，轉載帶式輸送機在實際配套時，可視情況設置為2×200 kW或3×200 kW。

2 帶式輸送機整體設計與配套

1) 主驅動選型。通過技術分析，整機采用多驅方式，最低配置兩驅，最高配置三驅。為了充分利用現有資源，降低投入，選用成莊礦原有1.2 m帶式輸送機的驅動裝置，其工作模式為“電動機+液力偶合器”。該類型驅動裝置價格低廉，一套驅動不超過30萬元。在成莊煤礦井下綜采工作面應用廣泛，驅動布置如圖2所示。

圖2 帶式輸送機驅動布置

2) 帶式輸送機滾筒選型。驅動滾筒直徑為850 mm，雙出軸結構，便于安裝驅動，滾筒表面鑄菱形阻燃膠，委托重新加工制作。卸載滾筒直徑為630 mm，根據成莊礦井下巷道條件及落煤要求，設計中心高度為2 170 mm，以保證與前方設備的搭接高度。考慮設備互換性，卸載滾筒、機尾滾筒、張緊滾筒等主要部件與順槽1.4 m帶式輸送機實現互換。

3) 帶式輸送機架制作與選型。帶式輸送機卸載架、驅動架、大架全部重新設計制作；中間架采用順槽1.4 m帶式輸送機結構，實現完全互換。

4) 帶式輸送機張緊部分選型。張緊裝置選用ZY-400(DYL-02-7/80)型液壓張緊裝置，額定張力根據實際確定,張緊行程為7 m。張緊力能夠在輸送機啟動、運行、制動時自動進行調整，并具有啟、制動時張緊力比正常運行時大1.5倍的能力。

5) 帶式輸送機其余部分選型。上、下托輥均采用順槽1.4 m帶式輸送機托輥，阻燃輸送帶與順槽1.4 m阻燃輸送帶一致。

3 運行效果分析

1) 轉載式帶式輸送機的設計與應用，突破了裝備上的限制，為礦井大煤量轉載環節提供了一種全新的解決方法。

2) 轉載式帶式輸送機設計巧妙，將礦井富余的1.2 m帶式輸送機驅動與1.4 m帶式輸送機成功組合，節省了資金投入，一部帶式輸送機投入資金不足100萬元，可以提升礦井經濟效益。

3) 轉載式帶式輸送機應用靈活，可以配置兩驅、三驅或者四驅，在礦井現有巷道條件下，可以實現100～500 m距離內的大煤量轉載運輸。

4) 轉載式帶式輸送機運行效率高，在設計時加大了驅動滾筒直徑，帶速最高可以達到3.67 m/s，解決了速度不能與順槽帶式輸送機匹配造成堆煤而引發事故的問題。

4 結論

由成莊礦自行設計的轉載式帶式輸送機已成功在5312、4322、5314等大采高工作面應用，其中5312面作為中間環節轉載使用，配套兩驅，運輸長度300 m，目前已成功回采完畢，過煤量達到了600萬t；4322面作為入倉環節轉載使用，配套兩驅，一用一備，運輸長度150 m，過煤量大約200萬t；5314面作為中間環節轉載使用，配套三驅，運輸長度350 m，過煤量大約500萬t。