一種主井膠帶輸送機提速方案的應用

楊 勇，王宏都

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.玉溪大紅山礦業有限公司，云南 新平 653405)

0 引 言

大紅山鐵礦地下400 萬t/a工程采用膠帶系統提升原礦，項目建成投產后，生產系統正常，流程順暢。后期為確保精礦產量的持續穩定和低品位礦石的綜合利用，對原有主膠帶系統提出了改造擴能的要求。經過對礦山后期采礦生產的研究，最后確定原膠帶系統的運輸能力從1 000 t/h，提升至1 200 t/h(年運量>630萬 t/a)。

改造原則：①滿足現行膠帶系統的設計規范；②盡量不對原基礎進行大的改動；③在年終檢修的時間內完成提速改造工作；④最大限度利用現有設備。

1 原膠帶系統參數

原有主膠帶系統是坑內上坡膠帶，井口標高728.5 m，井底標高320 m，膠帶提升高度421.4 m，上坡傾角14°，機長1 858.558 m；膠帶選用鋼芯膠帶運輸機，帶寬1 200 mm，帶強ST 4 000；膠帶系統運行速度4 m/s；驅動裝置采用進口CST軟驅動可控起動的傳動方式，初期由3套CST傳動(雙滾筒3電機驅動)，單臺電機功率710 kW(電機型號：Ykk450-4；轉速：1 485 r/min；電壓6 000 V)；生產中為提高系統可靠性，在第2傳動滾筒增加第4臺CST作系統熱備份，形成了雙滾筒4電機驅動形式。

原主膠帶頭部驅動布置示意圖，見圖1。

1.卸料機架組件；2.改向滾筒φ1 600 mm；3.前部驅動機架組件；4.后部驅動機架組件；5.改向滾筒φ800 mm圖1 原主膠帶頭部驅動布置示意圖Fig.1 Arrangement of the original main belt conveyors

2 改造方案選擇

遵循業主方膠帶系統的改造原則，從2個途徑實現將膠帶的提升能力由1 000 t/h增加到1 200 t/h：①加大膠帶每米輸送物料的重量：即讓輸送帶上的物料橫截面積加大，從而加大膠帶的小時運量；②提高膠帶的運行速度：即在現有膠帶強度允許的條件下，少量增加帶面料層厚度，再通過提高膠帶運行速度來提高膠帶的小時運量。

2.1 加大膠帶每米輸送物料的重量

通過對加大帶面物料的系統計算后可知(計算過程略)：如果驅動系統將原來的熱備份系統一起計算，即將原來2單元3驅動，改為2單元4驅動，可滿足系統的驅動要求；膠帶的安全系數也滿足安全規程關于“鋼繩芯帶式輸送機靜荷載的5～8的要求”；但對比頭部滾筒的受力情況的數據，可以發現，設備的受力情況變化較大。經原設備供貨商對支架、滾筒以及驅動單元的受力分析，得出按此方案改造存在一定的安全隱患，同時考慮到采2#膠帶在該礦山的重要性，所以不建議采用此方案改造該系統。

2.2 提高膠帶的運行速度

提高膠帶的運行速度，在目前的條件下有3種方式可以實現：①更換電機；②變更CST速比；③加大驅動滾筒直徑。

2.2.1 更換電機(提高電機轉速)

膠帶系統的驅動單元的驅動輪直徑和CST速比不變的前提下，可以通過提高電機的轉速來實現提高膠帶系統運行速度的目的。該膠帶運輸系統要達到1 200 t/h時運量需要的電機轉速計算如下：

式中：

V2——改造后膠帶系統的運行速度；

Q2——改造后膠帶系統的運量1 200 t/h；

Q1——改造前膠帶系統的運量1 000 t/h；

V1——改造前膠帶系統運行速度4 m/s。

式中：

V2——改造后膠帶運行速度4.8 m/s；

I——改造前CST減速比31.5；

π——圓周率3.14；

d——原驅動輪直徑1 600 mm。

通過上面的計算可知，采用提高電機轉速來提高膠帶運輸速度的方案，原Ykk 450-4電機(轉速：1 485 r/min)不能滿足使用要求；同時常規樣本中也沒有滿足使用要求的型號，所以采用該方案的電機需要單獨設計和采購，考慮到非標設備的采購費用以及后續的設備備用、設備維修都非常不便，所以不推薦這個改造方案。

2.2.2 變更CST速比

膠帶系統驅動單元的驅動輪直徑和電機參數不變的前提下，該膠帶運輸系統能力提高到1 200 t/h時，需要CST速比的計算如下：

式中：

V2——改造后膠帶系統的運行速度4.8 m/s；(V2的結果，見更換電機方案的計算)

i2——改造后CST的速比；

V1——改造前膠帶系統的運行速度4 m/s；

i1——改造前CST的速比31.5；

計算結果顯示，膠帶系統驅動單元的驅動輪直徑和電機參數不變的前提下，將CST的速比由31.5變更為26.25，可將膠帶的運行速度提高到4.8 m/s，從而達到1 200 t/h的運輸能力。經過對CST軟驅動可控起動設備的進一步深入了解以及與設備供貨商的咨詢，現場不可能對CST的速比進行調整，而礦山的生產實際情況也不可能提供設備返廠調整的時間。如果要新購CST調速裝置，不僅其造價非常高(4套CST裝置，設備報價是840萬元)，而且設備的進口周期也非常長?；谠O備造價、改造工期的因素，設計也不推薦這個改造方案。

2.2.3 加大驅動滾筒直徑

運輸帶面料層厚度不變，膠帶系統驅動單元的CST速比不變以及電機參數不變的前提下，達到設計產能需要的膠帶運行速度和改造要求的驅動滾筒直徑計算如下：

式中：

V2——改造后膠帶運行速度；

Q2——改造后膠帶系統的運量1 200 t/h；

Q1——改造前膠帶系統的運量1 000 t/h；

V1——改造前膠帶運行速度4 m/s。

式中：

V1——改造前的膠帶速度4 m/s；

V2——改造后的膠帶速度4.8 m/s；

D1——改造前，主驅動輪直徑1 600 mm；

D2——改造后，主驅動輪直徑。

通過上述計算可知，改變滾筒直徑提高膠帶運行速度，在帶面料層厚度不變的情況下，需要將驅動輪的直徑由1 600 mm改動到1 920 mm，即可滿足改造的目的。

設計本著盡量減少系統改造的投資、減少對現有生產的影響以及安全、可靠的原則，充分挖掘主膠帶系統的運輸能力。設計選擇通過增大驅動裝置提高膠帶運行速度來達到提高產能的方法，同時考慮到驅動滾筒直徑1 920 mm不是常規的滾筒直徑，通用性較差。

綜合上述各種因素，設計推薦采用的方案是：加大2個主驅動滾筒直徑，由原來的1 600 mm增大到1 800 mm，驅動電機和CST系統都不更換，由于加大了滾筒直徑，而驅動電機的轉速和CST的速比不變，所以系統的運行速度增加到4.5 m/s，同時驅動系統由雙滾筒3機驅動1驅動備份，更改為雙滾筒4機驅動，在現有膠帶支架、驅動導向支架和相關基礎均不變的情況下，每米膠帶負荷由69.45 kg增加至74.07 kg(計算略)，膠帶的安全系數由7.86減少到7.38(滿足安全規程安全系數的要求，計算略)，從而達到將膠帶運輸系統的小時提升能力提升至1 200 t。

3 提速后需注意的問題

膠帶系統提速改造后，頭部卸料滾筒拋物點發生變動，且對頭部漏斗沖擊變大，通過對卸料點的計算后，對卸料漏斗進行后移改造、并在物料拋物落點形成分礦平臺并加固，通過對影響部位的調整，確保膠帶運輸系統提速后正常運轉。

4 應用效果

項目2018年2月由礦山提升項目部利用年終檢修的時間完成，歷時6天。改造內容包括滾筒支架底部的改造，更換2個新的主驅動滾筒、頭部卸料漏斗改造；空、重負荷試車一次性成功，改造直接費用200 萬元(含160 萬元的主滾筒采購費用，未包括安裝費以及其它2項費用)。系統改造后，平穩運行至今。

改造后膠帶系統的3年運量統計：2019年完成運輸量是646 萬t，2020年完成運輸量是696 萬t，2021年1—8月完成運輸量是520 萬t。

5 結 語

大紅山鐵礦地下400 萬 t/a一期工程主膠帶運輸系統，通過改變驅動滾筒直徑的方法，提高膠帶系統運行速度。此次改造耗時短，且最大化的利用了現有設施，并一次性試車成功，圓滿完成改造任務，達到了礦山改造前運輸630 萬t/a的目標，為礦山運輸系統的平穩運行打下基礎。