大傾角帶式輸送機防飄帶優化設計及應用

王 濤

永城煤電集團裝備制造分公司 河南永城 476600

煤 礦井下主要采用帶式輸送機運輸，由于受到煤 層賦存條件、巷道布置形式以及地形等的限制，帶式輸送機隨地形走向設計成不同的結構型式。帶式輸送機的常規設計角度一般為 -17°～ 17°[1]，該工況條件下帶式輸送機運行穩定，不易產生滑料和滾料等情況。大傾角帶式輸送機通常指下運 -17°～ -30°，上運 17°～ 30°。在設計大傾角帶式輸送機時，通常會出現變坡點突然抬升 20°以上的情況，這就會導致變坡點中間部分抬高，同時要采用壓帶裝置來防止運行過程中發生飄帶現象[2]。

下面以永煤集團云煤一礦 22208 底抽巷大傾角帶式輸送機設計為例，分析、闡述具體設計理念及后期設備運行情況。

1 帶式輸送機設計參數

云煤一礦 22208 底抽巷帶式輸送機設計參數如表 1 所列。

表1 帶式輸送機設計參數Tab.1 Design parameters of belt conveyor

1.1 設計方案 1

整機為 DTII 帶式輸送機，平巷段采用 35°上槽型托輥組，下托輥采用下平托輥組。變坡點抬升角度為 20°，采用 60°深槽雙排四聯 V 形托輥組，通過減小底輥的支撐長度和增大側輥槽角，來提高物料堆積深度和夾持角度，并增大物料之間、物料和輸送帶之間的摩擦力。每間隔 50 m 設置一組防滾動擋板，最大限度減少運輸過程中的滾料和滑料現象[3]。

根據帶式輸送機設計手冊的受力分析，輸送帶通過凹弧段時張力較大，輸送帶易向上抬起，脫離托輥引起飄帶，因此需要計算輸送帶凹弧段的最小曲率半徑，保證空載啟動時輸送帶不會從托輥上抬起。凹弧段曲率半徑[4]

式中：R2為凹弧段曲率半徑，m；Fx為凹弧段起點處輸送帶張力，N；qb為輸送帶單位質量，kg/m；g為重力加速度，g=9.81 m/s2。

計算得凹弧段最小曲率半徑為 491 m，按照最小曲率半徑保證不飄帶至少需要抬升 7.8 m 的高度，遠高于巷道 3.5 m 的高度，在變坡點輸送帶和巷道頂板會發生干涉。

因此通過減小凹弧段曲率半徑、增加壓帶輪來降低輸送帶在變坡點的抬升高度，如圖 1 所示。壓帶輪尺寸為φ400 mm×70 mm，兩側倒角為 5×45°，通過 U 形螺栓直接安裝在帶式輸送機中間架上，安裝調節方便。在凹弧起始段和中間位置安裝 2～ 4 組壓帶輪，安裝位置和間距需根據凹弧段輸送帶所受張力來設置，如圖 2 所示。不足之處是，壓帶輪可能會阻擋大煤塊通過，使輸送帶局部受力過大而造成跑偏，且壓帶輪和輸送帶長時間摩擦，易造成輸送帶損傷甚至撕裂等惡性事故[5]。

圖1 壓帶輪結構示意Fig.1 Structural sketch of belt roller

圖2 帶式輸送機壓帶輪安裝示意Fig.2 Installation sketch of belt roller of conveyor

1.2 設計方案 2

根據帶式輸送機主要技術參數，采用 2 條帶式輸送機分段運輸方案。平巷段 1 250 m 設計第 1 條輸送機，起坡 20°設計第 2 條輸送機，2 條輸送機頭尾搭接，即第 1 條帶式輸送機機頭抬高，直接卸煤至第 2 條帶式輸送機機尾，如圖 3 所示。2 條帶式輸送機需要設計 2 套驅動裝置，增加了制造和生產運行成本，以及后期人員投入和設備維護量[6]。

圖3 2 條帶式輸送機頭尾搭接方案Fig.3 Head-tail overlapping scheme of two belt conveyors

2 上運凹弧段優化設計

根據初始設計方案，帶式輸送機設計不滿足最小凹弧段計算半徑，如設置多組壓帶輪防止飄帶，會造成輸送帶磨損，其壽命降低 40%，極端情況會造成輸送帶撕裂等更加嚴重的安全事故[7]。

根據帶式輸送機巷道走勢和高度等因素，采用轉載式防飄帶方案，設計組合鋼架，與改向滾筒相互配合，對帶式輸送機進行 2 次卸載，來解決其變坡點飄帶問題，如圖 4 所示。

圖4 上運大傾角帶式輸送機變坡點優化設計原理Fig.4 Principle of optimization design of slope-changing point of upward large-obliquity belt conveyor

在專門設計的 H 形鋼架上安裝改向滾筒，改變輸送帶繞帶方式，輸送帶繞過第 1 改向滾筒和第 2 改向滾筒，保持原來的運輸方向，在第 1 改向滾筒正下方安裝第 1 道 P 形聚氨酯清掃器，清理輸送帶上煤泥，在第 1 和第 2 改向滾筒中間輸送帶正下方安裝第 2 道 H 形聚氨酯清掃器，以增強清掃煤泥效果，防止煤泥粘結在第 2 滾筒表面，進而造成輸送帶跑偏等現象[6]。原煤轉載落入輸送帶上，在第 1 改向滾筒正前方設置緩沖床，減少原煤對輸送帶的沖擊力度。變坡后輸送機傾角達到 20°，設計 60°深槽四聯托輥組，以增加原煤的堆積角度和深度，增大原煤與原煤、原煤和輸送帶之間的摩擦力，防止滑料。第 3 改向滾筒為輸送帶下帶面壓帶滾筒，防止張力過大時輸送帶下帶面在運輸過程中發生飄帶現象[8]。

3 下運大傾角帶式輸送機優化設計

下運大傾角帶式輸送機在變坡角度大的位置同樣也會產生飄帶現象，上運凹弧段優化設計原理同樣適用于下運大傾角帶式輸送機，布置形式如圖 5 所示。設計 60°深槽雙排四聯 V 形托輥組、擋偏裝置和擋滾煤裝置，H 形鋼架固定在砼基礎上，用于安裝改向滾筒，通過第 1、第 2 改向滾筒完成原煤卸載，裝備 P+H 形聚氨酯清掃器清理輸送帶上煤泥。轉載落料區域安裝緩沖床，其高彈性特種橡膠層有效吸收了物料下落時的沖擊力，減小了對輸送帶的沖擊，改善了落料點的受力狀況，防止落料點輸送帶跑偏。第 3 改向滾筒是防飄帶[9]的壓帶滾筒。

圖5 下運大傾角帶式輸送機優化設計Fig.5 Optimization design of downward large-obliquity belt conveyor

4 主要運行參數和應用效果

云煤一礦 22208 底抽巷帶式輸送機的傳動和卸載滾筒均為φ800 mm，采用 2 臺 TBVF-110YC (660/1140 V) 永磁直驅電動機、BPJ-132/1140 變頻器、KZP-1000 盤式制動器及 NJZ100 逆止器。平巷采用 35°槽型托輥組，20°上坡采用 60°深槽雙排四聯 V 形托輥組、擋偏裝置和擋滾煤裝置等。

自采用凹弧段優化設計方案以來，帶式輸送機已安全運行 13 個月，未出現輸送帶飄帶和跑偏等現象，保證了礦井的安全生產[10]。

5 結語

針對大傾角上運帶式輸送機設計，原設計方案不滿足最小凹弧段計算半徑，如設置多組壓帶輪防止飄帶，壓帶輪會對輸送帶造成磨損甚至撕裂等安全事故；而采用 2 條輸送機搭接，會增加制造和后期維護成本。為此進行了優化設計，采用轉載式防飄帶設計方案，解決了帶式輸送機平巷或小角度直接抬升至大角度造成的飄帶現象，并已在現場獲得了成功應用。該方案也同樣適用于下運大傾角帶式輸送機的大角度過渡問題，可在大傾角變坡帶式輸送機防飄帶設計中推廣應用。