煤礦帶式輸送機選型及關鍵參數設計

王躍鋒

（陽煤一礦機電工區， 山西 陽泉 045000）

引言

煤礦帶式輸送機自18 世紀問世以來，就成為了煤炭運輸體系中的重要組成部分。隨著帶式運輸機技術的不斷發展，現有的帶式運輸機具有動力大、運量足、運輸距離長的優點。但是由于煤礦地質條件復雜和一些型號帶式輸送機的設計缺陷，有時還會發生電機損壞，運輸效率變低，甚至工作人員被卷入引起傷亡的事故[1]。為了消除和減少這些危險事故的發生，本文從安全控制理論出發，分析了煤礦帶式運輸機的選型,然后對所選機型的關鍵參數進行研究，具體闡述如下。

1 煤礦帶式輸送機選型設計

1.1 帶式輸送機運量計算

普通帶式輸送機的結構圖如圖1 所示，其主要設備包括驅動滾筒、輸送帶、托輥、中間架和尾架[2]。帶式運輸機在工作時輸送帶成閉合環狀，利用張緊裝置將其拉緊，在電動機的驅動下，利用各個滾筒和輸送帶之間的摩擦力使皮帶運動，從而達到運輸物料和煤炭的目的。

圖1 帶式輸送機結構圖

在分析煤礦帶式輸送機的選型時，需要結合井下的地質情況和礦井的巷道布設位置。在進行輸送機選型前，要以需要施工地點的一些數據作為設計的依據，這些數據包括礦井主斜井的傾角、井口及井底的標高、井筒斜長、礦井的排班制度和礦石的一般參數（包括煤的塊度、水分、硬度和塊煤率）。

表1 帶式輸送機設計參數

根據計算輸送能力公式：

式中：Q為帶式輸送機運輸能力，A為礦井年產量，3 Mt/a；af為不均衡系數，一般選取1.15；C為礦井生產富余系數，一般選取1.2；M為每年工作日；N為每日凈提升小時。

根據我國規定的《煤炭工業礦井設計規范》，一般來說礦井每年工作330 d，每天工作時長為16 h，將其帶入公式中，計算得Q=784.12 t/h。

結合礦井中其他輸送機的工作效率，該生產能力的礦井設計運輸能力可為900 t/h。

1.2 設計技術要求和機型選擇

帶式輸送機以PLC 為電控核心，電控裝置系統由控制箱、操作臺和傳感器組成[4]。在該系統中必須設計保護功能，包括跑偏保護、急停保護、堆煤保護、煙霧保護、高溫保護和速度保護。此外，電控裝置還應該設有后臺設備連鎖裝置。傳送帶是由電機滾筒和運輸帶之間的摩擦力驅動，而滾筒和其他裝置應該通過軸傳動。為了滿足上訴運輸能力和技術條件，選取型號為DTL140/90/2×1400 的帶式輸送機為該礦的提升運輸裝置。

2 輸送帶參數設計

輸送帶是輸送機的主要部件，它的設計要求包括輸送帶類型、寬度和輸送線路的選擇。井下環境復雜，在選擇輸送帶材料時應注意防火性和可靠度，最好選用分層帶。在抗拉強度相同時，還要考慮自重，所以尼龍層帶和維尼龍帆布層帶是選用度最高的材料。在計算輸送帶寬度時，根據公式：

式中：B1為滿足設計要求的帶寬；Q為設計輸送能力；K為物料斷面系數，根據經驗，在文中選取236；v為輸送帶速度，該型號為4.0 m/s；γ 為物料散狀密度，一般為0.9 t/m3。c為傾角系數，在文中選取25。

關于心肌生物標志物的應用，新的定義中強調cTn，尤其是hs-cTn的重要價值。cTn的動態變化有助于臨床醫師對急性心肌梗死進行確診或排除，以及與慢性心肌損傷進行鑒別診斷(圖2)。

代入數據計算得B1=1 221.5 mm。

在輸送帶線路的選擇上，結合礦井的巷道設計和地質條件，選取雙滾筒分別驅動的線路方式，這樣輸送帶的張力較小，還具有結構簡單、維護方便的優點，其具體布置線路圖如圖2 所示。

圖2 輸送帶驅動裝置布置圖

3 滾筒參數設計

在設計滾筒寬度時，首先要計算輸送帶的許用張力，這樣才可以設計合適的滾筒寬度來實現驅動。輸送帶許用張力計算公式為：

式中：Se為輸送帶許用張力；Qd為帶芯拉斷強度，一般選取4 500 N/mm；B為輸送帶寬度，選取1 400 mm；M為輸送帶安全系數，鋼絲繩取11。

計算得Se=572.74 kN。

對于采用鋼絲芯的輸送機，其滾筒直徑D根據經驗公式D≥150d（d為鋼絲芯直徑，一般為8.1m），可以得出D≥1 215 mm。

為了防止覆蓋膠脫落，根據公式：

式中：S為輸送帶張力，由上可知為572.74kN；a為鋼絲繩間距，該礦中為15 mm；p為許用表壓，一般取1 MPa。

計算得傳動滾筒直徑D=1 520 mm。為了滿足在適度超重下輸送帶的運輸力，在本裝置中選擇1 800 mm 的傳動滾筒直徑。

對于裝置中改向滾輪的直徑，根據經驗公式：

計算得出，對于尾部的改向滾筒直徑D1為1 440 mm，位于其他位置的改向滾筒直徑D2為1 080 mm。

4 輸送帶張力設計

輸送帶張力能保證輸送機在工作時不會發生打滑現象。輸送帶和傳動滾筒之間的摩擦系數根據不同工作條件各有不同[5]，其具體數值如表2 所示。

表2 輸送帶和傳動滾筒摩擦系數表

本系統選擇雙電機雙筒傳動輸送機，假設FA1、FA2分別為第一和第二滾筒的圓周力。根據公式：

式中：Fu為滾筒圓周驅動力，該型號為440 000 N；KA為啟動系數，一般取1.30。

根據公式：

式中：S2為第二傳動滾筒處輸送帶繞出張力，N；μ 為摩擦系數，選取0.35；α2為第二傳動滾筒包圍角，為200°。

當第二傳動滾筒的eμα2足夠時，計算得S2=154 595 N。

所以帶式輸送機的下垂度為S2垂=FA-S2=417405N。

為了滿足帶式輸送機在運行時不打滑的工作需求，S1垂=S2垂+Fu=857 405 N。

根據安全經驗公式：

式中：B為傳送帶長度，選取1 400 mm；St為單位長度內傳動帶張力，該系統為4 500 N/m。

5 結論

以某礦為例，對帶式輸送機選型設計的結果為：輸送帶的寬度設計為1 221.5 mm，采用雙滾筒分別驅動的布置方式；設計的驅動滾筒直徑為1 800 mm，尾部的改向滾筒直徑為1 440 mm，其他位置的改向滾筒直徑為1 080 mm。在一般的工作環境下，該帶式輸送機輸送帶材料的安全系數為7.35，強度可以滿足設計和實際工作要求。