帶式輸送機小半徑轉彎裝置在煤礦運輸中的應用

袁揚

摘 要：為了簡化系統環節，降低運行成本，提高運輸系統的穩定性和生產效率，以鶴煤八礦143膠帶上山主運輸系統為例，提出小曲率半徑轉彎裝置運輸與傳統皮帶搭接運輸兩種解決方案。并從運輸效率、經濟效益及優缺點等方面進行對比分析，最終確定采用小曲率半徑轉彎裝置作為143膠帶上山主運輸轉彎方式，并運用理論計算法對此運輸系統的帶式輸送機進行了選型設計。結果表明，143膠帶上山主運輸系統采用小曲率半徑轉彎裝置變向轉彎輸送，提升了煤礦主運輸系統的運輸效率，改善了運輸系統的可靠性，后期運營維護成本降低10%，故障點少，降低了生產成本，每年為企業創造經濟效益約500萬元。

關鍵詞：143膠帶上山;小曲率半徑轉彎裝置;變向轉彎輸送;選型設計

中圖分類號：TD524 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）10-0047-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.010

Application of Small Radius Turning Device of Belt Conveyor in Coal Mine Transportation

YUAN Yang

（Zhong Yun International Engineering Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：In order to simplify the system links，reduce the operation cost and improve the stability and production efficiency of the transportation system，taking the 143 belt up the mountain main transportation system of Hemei No.8 Coal Mine as an example，two solutions of small curvature radius turning device transportation and traditional belt lap transportation are put forward. Through the comparative analysis of transportation efficiency，economic benefits，advantages and disadvantages，it is finally determined to use the small curvature radius turning device as the main transportation turning mode of 143 belt up the mountain，and the theoretical calculation method is used to select and design the belt conveyor of the transportation system. The results show that the main transportation system of 143 belt up the mountain adopts the turning device with small curvature radius to change to turning transportation，which improves the transportation efficiency of the main transportation system of the coal mine and improves the reliability of the transportation system. In the later stage，the operation and maintenance cost is reduced by 10%，the number of fault points is less，the production cost is reduced，and the economic benefit for the enterprise is about 5 million yuan every year.

Keywords： 143 tape up the mountain;small curvature radius turning device;change direction and turn conveying;lectotype design

0 引言

隨著煤礦綜采、綜掘朝著機械化和智能化方向發展，井下主運輸設施對煤礦生產效率的影響也越來越重要。要提高煤礦生產效率就必須優化主運輸系統，在井下以最短的時間利用最佳的運輸方式使煤炭提升至地面，從而實現煤礦井下主運輸系統的智能化運行[1-3]。傳統的帶式輸送機物料只能在直線內輸送，若輸送線路改變方向，需要兩部輸送機相互搭接才能實現，從而限制了主運輸系統的生產效率，故障點會相應增加。以往的研究主要限于對轉彎裝置的結構及膠帶機設計計算等進行研究，如吳振濤等[4]對DZ-Ⅳ型帶式轉向裝置的基本結構、特性參數、使用范圍進行了介紹;王國清等[5]介紹了DTL80/30/2×450帶式輸送機的主要技術要求和設計計算;孫威威[6]分析了煤礦膠帶機轉彎裝置的主要技術特點與性能，并提出膠帶機轉彎裝置的保障措施。

筆者以鶴煤八礦143膠帶上山主運輸系統為例，介紹了小曲率半徑轉彎裝置運輸與傳統皮帶搭接運輸兩種解決方案，并從運輸效率、經濟效益及優缺點等方面進行對比分析，最終確定采用小曲率半徑轉彎裝置更適合作為143膠帶上山的主運輸系統，并運用理論計算法對此運輸系統帶式輸送機進行了選型設計。

1 運輸系統概況

鶴煤八礦現有143膠帶上山主運輸系統總長約1 000 m，2002年鋪設安裝了三部帶式輸送機進行搭接運輸，擔負整個礦井原煤的運輸任務，是礦井主煤流運輸線。其中二、三部帶式輸送機所在的巷道為一條直線，與一部帶式輸送機斜巷有166°的折角轉彎，如圖1所示。現已安裝143膠帶上山一、二、三部帶式輸送機均為DTL100/2×90型，總長約為1 000 m，傾角為14°～19°（平均為17°）。位于下部的143膠帶上山三部帶式輸送機尾部從煤倉下口給煤機接料，經二部、一部帶式輸送機轉載后卸至現有帶式輸送機系統。

自2019年底鶴煤八礦南煤北運成功改造后，井下煤炭的運輸方式由原通過南翼膠帶運輸線運輸改為由143膠帶上山運輸線運輸，由此造成143膠帶上山主運輸系統帶式輸送機設備的負荷增加，由于設備老化導致經常會出現壓死或損壞現象，目前已無法滿足礦井正常生產的需求。

由于運輸距離較長，需要簡化系統環節，降低運行成本，提高系統穩定性和運輸效率，改善運輸系統的運行安全，進行多方案研究和設備選型設計則成為提升運輸效率的關鍵。

2 轉彎方式的選擇

結合礦井生產能力及現有143膠帶上山一部、二部和三部帶式輸送機布置現狀，對轉彎處提出以下兩個改造方案。一是通過小曲率半徑轉彎裝置實現膠帶機的變向輸送;二是通過新鋪設兩條帶式輸送機相互搭接實現轉彎。

143膠帶上山主運輸系統轉彎方式的選擇應優先考慮由單一運輸方式組成的主運輸系統，盡可能簡化系統環節，降低運行成本，提高系統穩定性和運輸效率，進一步提升礦井的“四化”水平。對比以上兩種轉彎方式，由于143膠帶上山的巷道轉角為14°，轉角較小，通過小曲率半徑轉彎裝置實現膠帶機的變向輸送更具優勢。143膠帶上山帶式輸送機中部轉彎通過一組由中間轉彎段和前、中、后部過渡段托輥組成的成套小曲率半徑自然轉彎裝置來實現帶式輸送機自然轉彎輸送物料。

143膠帶上山帶式輸送機轉彎方式對比見表1。綜合考慮，本研究中優先選用方案一。

3 143膠帶上山帶式輸送機選型設計

礦井井型為0.9 Mt/a，工作制度為年工作330 d，日提升18 h。通過理論計算法進行選型計算。

3.1 初定設計參數

根據礦方提供的相關資料，輸送能力Q=500 t/h，設計暫按機長為1 000 m、傾角為15°～20°進行選型計算，其中傾角15°的段長為680 m;傾角20°的段長為320 m。上托輥間距ao=1.2 m，上托輥槽角為35°。下托輥為V形托輥，間距au=3.0 m。上下托輥輥徑為133 mm。

3.2 計算圓周驅動力和傳動功率

驅動圓周力的計算方式見式（1）。

Fu=CFH+FS1+FS2+FSt+FN? ? （1）

式中：C為附加阻力系數，C=1.09;FH為輸送機的主要阻力，FH=46.68 kN;FS1為主要特種阻力，FS1=0.110 kN;FS2為輸送帶清掃器摩擦阻力，FS2=1.75 kN;FSt為傾斜阻力，FSt=155.58 kN;FN為輸送帶繞經滾筒的纏繞阻力，FN=0.52 kN。經計算驅動圓周力Fu=208.84 kN;傳動滾筒軸功率PA=Fu×v=522.10 kW。

其中，FH=fLgcosδ（qRO+qRU+2qB+qG），其中g為重力加速度，g=9.81 m/s2;f為模擬摩擦系數，f=0.03;L為輸送機長度，L=1 000 m;δ為輸送機在運行方向的傾斜角;δ為15°～20°;qRO為承載分支托輥每米長旋轉部分質量，qRO=18.4 kg/m;qRU為回程分支托輥每米長旋轉部分質量，qRU=5.7 kg/m;qB為每米長輸送帶的質量，qB=43 kg/m;暫定膠帶為ST型鋼絲繩芯阻燃帶，帶強為2 500 N/mm;qG為每米長輸送物料的質量，qG=Q/（3.6×v）=55.56 kg/m，，此處v為輸送帶速度，v=2.5 m/s。經計算，FH=46.68 kN。

FS1=Fgl，Fgl為導料槽欄板的摩擦阻力，Fgl=μ2Iv2ρgl/（v2b12）。在本運輸帶式輸送機中，μ2為物料與導料槽間的摩擦系數，μ2=0.7;b1為導料槽兩欄板間寬度，b1=0.8 m;l為導料槽欄板長度，l= 3.0 m;Iv為輸送能力，Iv=Q/（3.6ρ）=0.154 m3/s;經計算，Fgl=0.110 kN;FS1= Fgl=0.110 kN。

FS2=APμ3。A為清掃器與輸送帶接觸面積，A=0.025 m2;P為清掃器與輸送帶的壓力，P=10×104 N/ m2;μ3為清掃器與輸送帶間的摩擦系數，μ3=0.7。經計算，FS2=1.75 kN。

FSt=qGgH。H為物料提升高度，H=285.44 m。

經計算，FSt=155.58 kN。

FN=12B（200+0.01F/B）d/D，F為滾筒上輸送帶的平均張力，F=224.53 kN;d為輸送帶的厚度，d=22 mm;D為滾筒直徑，D=1 250 mm。經計算，FN=0.52 kN。

3.3 電機功率的計算

電動機總功率的計算公式如式（2）。

N=PA/η1=614.24 kW? ? （2）

式中：N為電動機總功率;η1為電動機傳動效率，η1取0.85。

3.4 驅動裝置的選擇

根據輸送能力、帶速、功率等因素，驅動裝置采用防爆型永磁同步變頻直驅電動系統，選用2臺400 kW的防爆型永磁同步變頻直驅電機（含專用變頻器和水冷系統），采用雙滾筒驅動。同時，選用2臺KPZ1200/2×160型制動裝置及2套NJZ200型逆止器裝置。

3.5 輸送機膠帶張力的計算

輸送機要正常運行，必須滿足以下兩個條件。

3.5.1 滿足輸送帶下垂度要求。為了限制輸送帶在兩組承載托輥間的下垂度，作用在輸送帶上任意一點的張力必須大于承載分支和回程分支最小張力的較大值Fmin。其中，承載分支Fcmin=a0（qB+qG）g/[8（h/a）max]=14.50 kN ;回程分支Fhmin=auqBg/[8（h/a）max]=15.82 kN ;（h/a）max為輸送帶許用的最大垂度，（h/a）max=0.01，因此Fmin=15.82 kN。

3.5.2 輸送帶不打滑。輸送帶不打滑條件為S1≥Fumaxeμα/（eμα-1）。其中Fumax為啟動工況傳動滾筒圓周力，采用可控張力拉緊裝置時Fumax=Fu/2;驅動滾筒的圍包角a1=170°，a2=200°;μ為輸送帶與傳動滾筒的摩擦系數，μ=0.25。

S3=S4>Fmin=15.82 kN，取S3=S4=20 kN。

S1=S4+（qRO+qB+qG）fLgcosα+FSt+qBHg=328.95 kN

S1-2=S1-Fu1max=224.53 kN

S2=S1-2-Fu2max=120.11 kN

S1/S1-2=1.47≤[eμα1]=2.1

S1-2/ S2=1.87≤[eμα2]=2.4

式中：eμα為尤拉系數。

根據以上計算可知，滿足不打滑要求。輸送機膠帶的最大張力Smax=328.95 kN，膠帶的安全系數SA=7.6。參照2021年3月1日開始實施的《帶式輸送機工程技術標準》（GB 50431—2020），當采用鋼絲繩芯輸送帶時，安全系數宜取7～9，所以選用ST2500型鋼絲繩芯輸送帶滿足生產使用要求。根據傳動滾筒傳遞扭矩及合力要求，選用傳動滾筒直徑?為1 250 mm。

3.6 拉緊裝置的選擇

選用ZYJ-100/16.5D型液壓自動張緊裝置，最大拉緊行程為20 m，張緊力為100 kN。

3.7 根據選型計算

確定143膠帶上山帶式輸送機主要技術參數為B=1 000 mm，Q=500 t/h，v=2.5 m/s，L=1 000 m，δ=15°～20°;膠帶為ST型鋼絲繩芯阻燃帶，帶強為2 500 N/mm;電機功率為N=2×400 kW，2套;制動器為KPZ-1200/2×160型，2套;逆止器為NJZ200型，2套;液壓自動張緊裝置為ZYJ-100/16.5D型，1套。帶式輸送機采用防爆永磁同步變頻直驅電機，并配備防打滑保護裝置、煙霧保護裝置、溫度保護裝置、堆煤保護裝置、自動灑水裝置、防跑偏保護裝置、斷帶保護裝置、雙向拉繩開關等。

4 結語

①143膠帶上山帶式輸送機轉彎巷道采用小曲率半徑轉彎裝置，省去了前后膠帶機搭接裝置，從而提高原有運輸系統的安全可靠性。

②小曲率半徑轉彎裝置實現了從裝運到卸載的一條龍不轉載運輸，大大提高了運輸效率。

③現有帶式輸送機本體支架及托輥可利用，新購驅動裝置、轉彎裝置及配套的滾筒、電控即可滿足使用要求，減少投資，提高重復利用率。

④采用小曲率半徑轉彎裝置轉彎，前期較傳統搭接運輸少投入21.6萬元，后期運營維護管理費用降低10%，故障點少，降低了生產成本，每年為企業創造經濟效益約500萬元。

參考文獻：

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