煤礦井下帶式輸送機(jī)定制化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

［摘 要］煤礦井下帶式輸送機(jī)作為高效的運(yùn)輸工具，由于使用地點(diǎn)的地質(zhì)、地形條件不同，需要針對每條帶式輸送機(jī)運(yùn)行、安裝中遇到的問題進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。文章主要闡述了在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)和梧桐莊礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)進(jìn)行的定制化設(shè)計(jì)及應(yīng)用成果。

［關(guān)鍵詞］高效；異形設(shè)計(jì)；非標(biāo)；定制化

［中圖分類號］TD528.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0059–03

煤礦井下帶式輸送機(jī)作為高效的運(yùn)輸工具，由于使用地點(diǎn)的地質(zhì)、地形條件不同，需要針對每條帶式輸送機(jī)運(yùn)行、安裝中遇到的問題進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。

目前，冀中能源峰峰集團(tuán)井下礦井巷道地形復(fù)雜，開采條件越來越苛刻，一般普通輸送機(jī)設(shè)計(jì)難以滿足生產(chǎn)需求。

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦原主井帶式輸送機(jī)為鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)（鋼纜皮帶），該設(shè)備使用多年，主要部件老化，需要更新，制動(dòng)設(shè)備安裝不符合新定煤礦安全規(guī)程，機(jī)頭、機(jī)尾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長度大，鋼絲繩壽命較短，膠帶磨損嚴(yán)重，需經(jīng)常更換，維修工作量較大，且很多參數(shù)已不適合礦上現(xiàn)有的生產(chǎn)需求，現(xiàn)針對制約生產(chǎn)及安全的因素，進(jìn)行優(yōu)化原煤運(yùn)輸設(shè)備，故提出本次設(shè)計(jì)改造。

冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦新開一條705 運(yùn)輸順槽巷道，該巷道總長約310 m，25°以上約150 m，其中最大角度29°，且變坡點(diǎn)多，起伏大，使用溜子或普通帶式輸送機(jī)無法實(shí)現(xiàn)大運(yùn)量運(yùn)輸，制約該礦煤炭產(chǎn)量。

1 技術(shù)方案與創(chuàng)新成果

1.1 總體思路

（1）根據(jù)辛安礦主井強(qiáng)力皮帶的具體運(yùn)輸條件和有限資金投入情況，科學(xué)選型、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、合理規(guī)劃方案，完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用。

（2）根據(jù)梧桐莊705 巷道運(yùn)輸系統(tǒng)具體條件和具體地勢、地形，創(chuàng)新設(shè)計(jì)大傾角運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、合理制訂方案，解決運(yùn)輸難題，完成整體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用。

1.2 辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)技術(shù)內(nèi)容

（1）基本參數(shù)。運(yùn)量：500 t/h；長度：1 000 m；角度：17° ；帶寬：1 000 mm。

（2）礦方原用皮帶帶速為2 m/s，通過計(jì)算為滿足運(yùn)量，需要配置鋼繩芯膠帶型號St3150（2 100 m），主要滾筒直徑φ1 400 mm（5 個(gè)）；為降低礦方投入，設(shè)計(jì)人員提出將帶速提高為3.15 m/s，同時(shí)相匹配的鋼絲繩芯阻燃膠帶型號為St2500，主要滾筒直徑φ1 250 mm。

（3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用永磁直驅(qū)電機(jī)取代異步電機(jī)+減速機(jī)+ 液力耦合器系統(tǒng)，能夠大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能；雙滾筒雙電機(jī)，通過主從控制能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)傳動(dòng)及功率平衡，避免因出力不均而造成的電機(jī)損壞；永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊節(jié)省空間，在巷道一側(cè)開硐室即可安裝，省去原鋼絲繩牽引皮的絞車機(jī)房，既節(jié)約了空間也免去了專門的設(shè)備守護(hù)工人。

（4）制動(dòng)逆止設(shè)置周全，兩個(gè)傳動(dòng)滾筒雙出軸，一端電機(jī)驅(qū)動(dòng)另一端裝逆止器，對于大角度帶式輸送機(jī)而言，防止制動(dòng)失效皮帶逆向運(yùn)行造成事故非常重要，雙逆止器且每一臺逆止器都能滿足整臺皮帶機(jī)的逆止力矩；制動(dòng)器采用盤式制動(dòng)器，安裝于傳動(dòng)機(jī)架的從動(dòng)滾筒軸端，盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩大，制動(dòng)效果安全可靠。

（5）整機(jī)采用機(jī)尾重錘車式拉緊裝置，利用巷道角度大的天然優(yōu)勢，通過重錘箱重力提供拉緊力，相對于普通液壓拉緊節(jié)約了購置設(shè)備的費(fèi)用，對巷道高度沒有特殊要求節(jié)省了巷道高度開鑿費(fèi)用，張緊裝置設(shè)在機(jī)尾所需張緊力低，降低了張緊滾筒型號。

（6）機(jī)身設(shè)計(jì)以辛安礦主井原有巷道地形及井口走廊為基礎(chǔ)，在不大動(dòng)原地基的情況下對機(jī)頭卸載架、支腿等進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)；機(jī)頭卸載架采用直立側(cè)面固定安裝，整個(gè)機(jī)架呈現(xiàn)懸臂形式，同時(shí)機(jī)架為可拆分設(shè)計(jì)，以避讓現(xiàn)場建筑障礙物，支腿地腳板相對于標(biāo)準(zhǔn)支腿向外側(cè)加寬，固定孔加大，適于直接打錨桿安裝，免于混凝土澆筑地腳螺栓，施工簡單易行，省時(shí)省力。

（7）整機(jī)長1 000 m，皮帶易跑偏，因而對調(diào)心托輥組進(jìn)行了特別改進(jìn)，將原有軸與座的間隙配合旋轉(zhuǎn)升級為軸承配合旋轉(zhuǎn)，提高軸系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)靈敏度，在皮帶出現(xiàn)跑偏情況時(shí)，調(diào)心托輥組可迅速做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)回調(diào)，避免皮帶跑偏造成撒煤、皮帶撕裂等安全隱患。

（8）辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，引進(jìn)永磁同步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)效率提高，能耗降低；在保證使用原有主井巷道地基的基礎(chǔ)上對皮帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)身進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)：機(jī)頭懸空可拆分卸載架、支腿底腳錨桿安裝，調(diào)心托輥組轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化。辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)所達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：解決原主井鋼絲繩牽引皮帶機(jī)主要部件老化、膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費(fèi)用高昂的問題，免去每年皮帶磨損更換費(fèi)用；解決在成本預(yù)算有限的情況下，實(shí)現(xiàn)精確選型，降低皮帶改造成本；合理有效的引進(jìn)永磁同步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)新，節(jié)約每年用電費(fèi)用；對皮帶機(jī)身設(shè)計(jì)升級改造，運(yùn)行平穩(wěn)，降低人工成本，高效節(jié)能，安全生產(chǎn)。

1.3 梧桐莊礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)技術(shù)內(nèi)容

（1）主要技術(shù)參數(shù)。帶寬：1 200 mm；帶速：3.15 m/s ；運(yùn)量：800 t/h ；功率：2×250 kW。

（2） 角度及長度：自機(jī)尾起第1 段16.05°，55 m ；第2 段21.34°，58 m ；第3 段21.57°，53 m ；第4 段25° ～29°，140 m，總長約310 m。

（3）設(shè)計(jì)選型。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，選用PVG1400S阻燃花紋膠帶650 m， 選用永磁隔爆電動(dòng)滾筒φ1 250 mm（2 個(gè)）， 主要滾筒φ1 000 mm（3 個(gè)），同時(shí)根據(jù)計(jì)算參數(shù)配備盤式制動(dòng)器、變頻器、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、液壓拉緊、電動(dòng)清掃器、花紋膠帶、斷帶抓捕器等。

（4）針對705 巷道變坡點(diǎn)多、起伏大、傾角大、地質(zhì)松軟的現(xiàn)象，正常需設(shè)計(jì)兩個(gè)凸弧、兩個(gè)凹弧段，凹弧段易造成漂帶、撒煤，凸弧段會使托輥載荷變大，降低其使用壽命。因此量身定制48 架非標(biāo)支腿布置在坡度變化較多的位置，通過非標(biāo)支腿的設(shè)計(jì)和排布，使整條帶式輸送機(jī)運(yùn)輸角度得到均勻、緩慢的減小，從最大29°降到25°。在支腿底部設(shè)計(jì)加長、加寬、打孔的底板，通過錨桿與地面直接固定，方便施工。

（5）機(jī)頭結(jié)構(gòu)采用了矩形組架安裝卸載滾筒，傳動(dòng)架為三角式組架結(jié)構(gòu)，一側(cè)永磁滾筒安裝制動(dòng)盤，一側(cè)安裝φ1 000 mm 普通包膠傳動(dòng)滾筒，傳動(dòng)滾筒軸一端伸出安裝逆止器，解決永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒軸上無法安裝逆止器的缺陷。設(shè)計(jì)兩架傳動(dòng)架改變了花紋膠帶的纏繞方式，解決膠帶花紋面不能與永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒直接摩擦接觸問題；綜合考慮705 巷道與運(yùn)輸通道的位置，將傳動(dòng)系統(tǒng)布置在巷道的連接處，驅(qū)動(dòng)部件通過運(yùn)輸巷道運(yùn)到順槽巷道后可直接原地安裝，避免了在大角度巷道方向運(yùn)輸和安裝設(shè)備困難的問題，降低了施工的工作量。

（6）由于705巷道空間受限，皮帶機(jī)機(jī)頭空間不足，機(jī)尾處為盲巷，沒有空間安裝拉緊裝置，因此在皮帶機(jī)尾部兩側(cè)設(shè)計(jì)滑行軌道，采用多組滑輪，將拉緊裝置布置在機(jī)尾側(cè)面硐室內(nèi)，這種創(chuàng)新式重錘拉緊方式，既解決了安裝的空間問題。

（7）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動(dòng)滾筒，取代了減速機(jī)、耦合器和聯(lián)軸器等機(jī)械，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)最簡化，大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能。永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒的低速大轉(zhuǎn)矩特性，配合大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)使用，啟動(dòng)瞬間運(yùn)行平穩(wěn)緩慢，避免了帶面煤塊迅速下滑的現(xiàn)象。

（8）由于運(yùn)輸角度大，皮帶機(jī)承載部分使用60°深槽托輥組，4 個(gè)托輥的布置以中心為對稱雙排布置，有利于膠帶的對中運(yùn)行。托棍之間有相互重疊部分，使得托棍兩端的棱角不與膠帶接觸有利于提高膠帶的使用壽命。在此基礎(chǔ)上，將調(diào)心組安裝軸承，實(shí)現(xiàn)軸承潤滑轉(zhuǎn)動(dòng)，提高輥架靈活轉(zhuǎn)動(dòng)性能。

（9）順應(yīng)深槽托輥組角度，設(shè)計(jì)專用擋煤裝置，接觸面使用膠板，實(shí)現(xiàn)擋煤功能，有效防止煤塊滾落。

（10）設(shè)計(jì)震動(dòng)清掃器配合兩級滾動(dòng)毛刷清掃器使用，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對膠帶進(jìn)行拍打，清除藏煤，解決了花紋膠帶凹槽存煤問題。

（11）永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)，成功解決了梧桐莊礦705巷道運(yùn)輸?shù)貏輳?fù)雜，傾角最大29°，運(yùn)輸難度大，地質(zhì)松軟，無法穩(wěn)固安裝設(shè)備，巷道高度、長度受限，維護(hù)人員多，能耗高等問題。梧桐莊永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)運(yùn)輸角度的平均降低和對松軟地質(zhì)進(jìn)行設(shè)備加固；深槽托輥組和擋煤裝置解決輸送穩(wěn)定和滾落問題；機(jī)尾重錘拉緊裝置設(shè)計(jì)解決空間受限的安裝問題；震動(dòng)清掃器設(shè)計(jì)解決花紋膠帶夾煤問題；永磁直驅(qū)電動(dòng)滾筒傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，替代電機(jī)的傳統(tǒng)傳動(dòng)方式。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）主井強(qiáng)力皮帶機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，解決了原鋼絲繩牽引皮帶機(jī)制動(dòng)裝置不符合新修訂煤礦安全規(guī)程的問題。

（2）通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將皮帶運(yùn)輸速度由2 m/s 提高到3.15 m/s，降低了膠帶及滾筒規(guī)格，減少了資金投入。

（3）首次采用永磁直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒，高效節(jié)能，與原鋼絲繩牽引皮帶機(jī)同樣采用2×400 kW 功率，運(yùn)量由350 t/h 提高到500 t/h ；同時(shí)省去減速器、聯(lián)軸器等中間傳動(dòng)部件，大幅節(jié)省空間；采用永磁直驅(qū)滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，滿足大傾角輸送機(jī)低速啟動(dòng)要求，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠高效節(jié)能。

（4）支腿采用異形設(shè)計(jì)，可用地錨直接固定，無需澆注地基預(yù)埋螺栓，施工簡便，穩(wěn)定可靠。

（5）依據(jù)地形，定制設(shè)計(jì)48 架非標(biāo)支腿，將皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸傾角從29°降低到了平均25°，解決了該運(yùn)輸巷道變坡點(diǎn)多、起伏大、傾角大不利于運(yùn)輸?shù)膶?shí)際問題。

（6）采用多組滑輪導(dǎo)向，將重錘拉緊裝置布置在機(jī)尾側(cè)方硐室內(nèi)，解決了輸送機(jī)后方無張緊空間的問題。

（7）設(shè)計(jì)了深槽托輥組專用擋煤裝置，有效防止煤塊滾落。

（8）設(shè)計(jì)了震動(dòng)清掃器配合兩級滾動(dòng)毛刷清掃器使用，解決了花紋帶凹槽存煤的問題。

3 應(yīng)用效果

2019 年4 月該項(xiàng)目中永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦井進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，應(yīng)用試驗(yàn)證明，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。永磁電機(jī)和永磁電動(dòng)滾筒直驅(qū)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無齒輪傳動(dòng)，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對安裝空間尺寸要求不苛刻。冀中能源峰峰集團(tuán)各礦今后將對現(xiàn)有皮帶進(jìn)行逐漸替換，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝設(shè)置運(yùn)輸系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

2020 年8 月該項(xiàng)目中永磁電動(dòng)滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機(jī)在冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦井進(jìn)行安裝、調(diào)試，進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。應(yīng)用試驗(yàn)證明，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。實(shí)現(xiàn)了大傾角巷道穩(wěn)定、長效運(yùn)輸，同時(shí)精準(zhǔn)機(jī)身設(shè)計(jì)、節(jié)省空間，克服了空間尺寸要求苛刻的難題。為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦井大傾角復(fù)雜地勢提供可參考使用的成功案例，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝設(shè)置運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、長效、節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，對大傾角、強(qiáng)力運(yùn)輸煤礦礦井運(yùn)輸系統(tǒng)提供良好設(shè)計(jì)選擇，應(yīng)用前景廣闊，必將為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦以及其他煤炭生產(chǎn)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)的主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較如下。

（1）永磁同步電機(jī)與永磁電動(dòng)滾筒直驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了無齒輪傳動(dòng)，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，大幅減輕了日常維護(hù)工作量，避免了潤滑油污染。能夠低速、大扭矩啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)過程平穩(wěn)，可根據(jù)載荷自動(dòng)變速運(yùn)行，避免頻繁起停，延長使用壽命，降低了運(yùn)行功率損耗。

（2）強(qiáng)力皮帶運(yùn)輸解決了鋼絲繩牽引皮帶機(jī)鋼絲繩及膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費(fèi)用高昂的問題。

（3）創(chuàng)新使用皮帶機(jī)部件平緩降低角度、穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行，巧妙設(shè)計(jì)布置形式，減小設(shè)備尺寸，節(jié)省空間。解決巷道大角度、地形起伏大、空間受限等實(shí)際困難，實(shí)現(xiàn)了大傾角運(yùn)輸設(shè)備平穩(wěn)、有效、安全運(yùn)輸?shù)哪繕?biāo)。

第三方評價(jià)及應(yīng)用情況：2020 年12 月1 日，冀中能源峰峰集團(tuán)組織有關(guān)專家對河北天擇重型機(jī)械有限公司自主研發(fā)的《煤礦井下帶式輸送機(jī)定制化設(shè)計(jì)及應(yīng)用》項(xiàng)目進(jìn)行了會議鑒定。鑒定委員會專家聽取了課題組匯報(bào)，審查了相關(guān)鑒定資料，經(jīng)過質(zhì)詢、答辯和討論，鑒定委員會一致認(rèn)為，課題組完成了計(jì)劃書規(guī)定的內(nèi)容，提供的鑒定資料齊全可靠，同意通過鑒定。

4 結(jié)束語

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)和梧桐莊礦永磁電機(jī)直驅(qū)主井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)進(jìn)行的定制化設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果獲得了礦方的高度認(rèn)可，并榮獲河北省煤炭學(xué)會和冀中能源有限公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

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