大傾角帶式輸送機的設計與應用

王浩淇

（山西晉城煤業集團勘察設計院有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

對于斜井提升的礦井來說，帶式輸送機（簡稱皮帶）這種連續運輸設備較之礦車、箕斗等斷續運輸設備具有更大的運輸能力，且在運輸過程中有較低的事故率，目前在斜井提升的大、中型礦井中得到了廣泛的應用。

盡管帶式輸送機有諸多優點，但普通帶式輸送機由于其爬坡能力較小，從而使其應用范圍受到較大限制。設計規范規定：普通帶式輸送機其運行角度不宜大于16°，實際應用中最大一般也不超過18°，否則會引起煤炭運輸過程中在膠帶上下滑。而采用大傾角皮帶則可使提升角度大大提高（最大可達28°）。以某礦為例，當主井傾角為23.3°時（即采用大傾角皮帶），其井筒斜長為764 m，若采用普通皮帶，即主井傾角為16°時，則井筒斜長應為1 096 m。顯見可節省井筒工程量約330 m。按每米造價2 萬元計，則可節約投資約660 萬元；按每月井筒施工進度為65 m 計，則可節約工期約5 個月，顯見經濟效益明顯。

因此，采用大傾角帶式輸送機，可大大減少運輸距離，進而減少井筒工程量，從而降低造價、縮短工期。大傾角帶式輸送機在礦井的應用，具有極高的實踐價值和經濟價值[1]。

1 大傾角帶式輸送機工作原理

普通帶式輸送機靠膠帶帶面與煤炭之間的摩擦力來帶動煤炭隨皮帶運行，其上托輥組槽角一般為30°～35°，從而使帶面形成槽型，以便最大限度地多裝物料。大傾角帶式輸送機，主要包括花紋輸送帶式或深槽型帶式輸送機、波狀擋邊帶式輸送機、壓帶式輸送機等。在煤礦生產中，最常使用的大傾角輸送機是指深槽型帶式輸送機，帶式輸送機采用四輥深槽托輥組或者五輥深槽托輥組，加大膠帶對煤炭的夾持，從而增大煤炭與輸送帶的摩擦力，阻止煤炭沿輸送帶下滑。國內目前實際運行的大傾角帶式輸送機，其側托輥的安裝角度多為60°（一般側托輥的角度不低于50°）。

2 大傾角帶式輸送機的參數選取

對于大傾角帶式輸送機的設計，與普通帶式輸送機的設計計算并無較大的區別，主要是在具體參數的選取上，略有不同。

1）帶速v。普通的帶式輸送機，速度最低為0.3 m/s（如撿矸皮帶），速度最高可達4.0 m/s。帶速不僅影響到輸送機的運輸能力，也影響到帶式輸送機配套部件的選用。對大傾角帶式輸送機來講，帶速的大小還影響到物料輸送的穩定性。比如主斜井布置大傾角帶式輸送機，由于給煤機和帶式輸送機之間存在落料高差和給料速度，落料速度和帶式輸送機帶速不一致，若原煤和輸送帶之間的摩擦力不能克服原煤落料的慣性速度，會使原煤和輸送帶出現錯位，造成原煤在輸送帶上下滑。因此，大傾角帶式輸送機的帶速不宜過大，設計時一般取帶速為2.0 m/s 或者2.5 m/s，極限情況下不宜超過3.15 m/s。

2）模擬摩擦系數f。普通帶式輸送機的模擬摩擦系數f一般取0.03，而大傾角帶式輸送機采用深槽托輥組和其他裝置，摩擦力相對普通帶式輸送機要大一些，所以在設計計算時，大傾角帶式輸送機的模擬摩擦系數應該適當增大，設計計算時一般取f≥0.035。

3）輸送帶的安全系數n。按照煤炭安全規程，棉織物芯輸送帶的安全系數取8～9，尼龍、聚酯織物芯輸送帶的安全系數取10～12，鋼絲繩芯輸送帶的安全系數取7～9（當帶式輸送機采取可控軟啟動、制動措施時，取5～7）。大傾角帶式輸送機也應遵守相關規范。對于大傾角帶式輸送機而言，由于其結構的復雜性，若發生斷帶事故，損失比普通皮帶大的多。因此，大傾角帶式輸送機輸送帶的安全系數應取較大值。但是安全系數過大，就意味著要選取較高規格（強度）的輸送帶，輸送帶的強度越大，不僅成本更高，而且輸送帶厚度也增加，會造成輸送帶的成槽性變差，不利于輸送帶對物料的夾持。因此，大傾角帶式輸送機輸送帶的安全系數也不能過大。

綜上，大傾角帶式輸送機安全系數的選取，實際也就是輸送帶的選取，必須核實，既要滿足輸送帶強度的要求，也要滿足成槽性要求。

3 大傾角帶式輸送機設計改造實例

本文將以寺河二號井礦井的主斜井帶式輸送機的改造設計為案例，說明大傾角帶式輸送機的設計在實際生產改造中的應用。

3.1 主斜井帶式輸送機現狀

寺河二號井主斜井帶式輸送機為西北煤機二廠生產的一部鋼絲繩芯膠帶輸送機，主要提升原煤，2006 年底投運。設備型號為DTC100/60/2×250，運輸物料為原煤，物料粒度0～300 mm。設備帶寬1 000 mm，帶速2.8 m/s，皮帶傾角23°～20°，運輸距離483 m，運量為600 t/h，配套2 臺南陽防爆電機廠生產的YKK450-4 型電機，電機功率250 kW，電壓10 kV。減速器型號為H3SH13，膠帶采用ST/S2000（阻燃膠帶）型膠帶，膠帶安全系數11。

3.2 設備改造理由

礦井現主井皮帶提升能力為230 萬t/a，已不能滿足集團總公司對礦井產量的要求以及礦井發展的需要，故需要對主井提升設備進行改造。初步確定按主斜井帶式輸送機年提升能力為350 萬t/a 進行改造，故本次設計方案按滿足350 萬t/a 提升能力進行設計[2]。

3.3 方案設計內容

主斜井帶式輸送機按每年工作330d，每天18h 提升煤炭，在規定時間內完成最大提升任務進行設計。

年提升能力350 萬t/a 時，主斜井帶式輸送機小時提升能力計算：

式中：k為不均衡系數，取1.15。經計算Q=677 t/h。

根據計算，并根據集團公司意見，選取主斜井帶式輸送機小時提升能力為680 t/h。根據帶式輸送機輸送能力，反算帶寬，計算如下：

式中：α 為斷面系數，取440；γ 為物料容重，取0.9 t/m3；C為傾角系數，取0.75；ξ 為速度系數，取0.90。

當Q=680 t/h，選取速度v=3.15 m/s，得帶寬B=0.96 m<1.0 m；選取速度v=2.8 m/s，得帶寬B=1.02 m>1.0 m。由于甲方要求利用原有帶式輸送機膠帶及中間架，所以選取皮帶運行速度v=3.15 m/s。

經過多方案布置比選，同時考慮與礦井新建選煤廠的搭接，最終改造方案為對原有帶式輸送進行延伸，對機頭驅動單元進行改造，并新建井口房。改造后的主斜井帶式輸送機設計采用頭部交流變頻器調速驅動裝置驅動，主要技術數據為：運量Q=680 t/h，帶寬B=1 000 mm，帶速v=3.15 m/s；機長L=523 m；角度α=23°～20°～12°；采用阻燃防撕裂膠帶ST/S2000；采用雙滾筒雙驅動方式（功率分配1∶1）；配套2 臺400 kW 電機和交流變頻器調速驅動裝置；設有1 套盤形制動器和1 套低速逆止器；拉緊方式采用尾部重載車式拉緊裝置。

3.4 皮帶改造配套技術

3.4.1 防止物料滾滑

本次設計為保證原煤運輸的穩定性，設計皮帶上托輥組的間距維持原有的1 200 mm 不變。因為按照經驗，大傾角帶式輸送機上托輥組的間距不宜超過1 200 mm，這樣減小輸送帶的下垂度，保證運輸的穩定性。

為進一步加強運輸的穩定，防止運輸過程中塊煤失穩下滑。設計時考慮沿運輸方向每隔30 m 左右設置一組使原煤單向通過的擋料裝置。

3.4.2 采用軟啟動裝置

采用軟啟動裝置，不僅可以改善設備的啟動性能、減小對系統的沖擊，而且可以避免輸送機帶載啟動時加速度過大而造成的物料失穩下滑。本次設計改造后的帶式輸送機選用變頻軟啟動裝置，安全可靠。

3.4.3 防止皮帶逆轉

本次設計皮帶采用雙滾筒驅動，在低速軸上設置逆止器，同時在高速軸上加設制動器，作為防止逆轉的第二套保險裝置，有效防止皮帶逆轉[3]。

4 結語

大傾角帶式輸送機可大大減少井筒工程量、降低造價和縮短工期，因此，在條件允許的情況下，主斜井煤炭的提升應盡可能采用大傾角帶式輸送機。