試述煤礦井下帶式輸送機設計

周曉中

（唐山開灤鐵拓重型機械制造有限公司，河北 唐山 063103）

概述

煤炭，因其特有的經濟價格和豐富的儲藏量，越發受到大眾的喜愛。作為運輸煤炭的重要工具——帶式運輸機也隨著備受煤礦人的重視。目前，帶式運輸機作為水平運輸或傾斜運輸工具目前已廣泛應用于煤炭行業中。

所謂煤礦帶式輸送機，實際上它是一個非常簡便的輸送設備，它的速度非常快,容量也較大,高度節省能源,可以輸送大量的物料或原料,而且輸送能量可大可小,信賴度高,安全可靠。在煤礦運送中，煤礦人正確的選擇和配置運輸設備，合理的組織運輸工作對礦床的開采具有重要的意義。文章結合筆者所從事的工作，淺談下煤礦井下帶式輸送機的設計及個人對其淺顯的認識。供同行參考。

1.目前煤礦采用帶式輸送機的情況及特點

1.1 帶式輸送機使用情況。目前,煤礦使用量最多的一種機型是固定帶式輸送機,其主要用于水平或傾角小于18°的場合。運量1000～4500t/h,運距 1000～8000m,帶速 2.5至5.6m/s,帶寬2200mm,驅動總功率750～5550kW。在實際使用中為了降低膠帶強度要求和減小驅動裝置尺寸,我們通常采用中間直線摩擦驅動或中間卸載式驅動,并采用軟啟動技術。

1.2 帶式輸送機特點。一般地，帶式輸送機的運動部件和磨損件僅為托輥和滾筒,輸送帶耐磨,壽命較為長,自動化程度高,在使用中平均每公里不到1人,機油和電力也較少。現在的帶式輸送機，輸送坡度一般可在20°以上,如用圓管式可達90°,可實現水平轉彎,可節省基建投資。另外,通過合理設計也可大量節約基建投資。但在實際運輸過程中，由于運動部件自重輕,無效運量少,在所有連續式和非連續式運輸中,帶式輸送機耗能最低、效率最高。

2.帶式輸送機的設計

上世紀60年代，我們國家煤礦主斜井提升開始使用帶式輸送機,井筒傾角一般小于18°,運輸距離和運輸能力均比較差,隨著相關技術的突破和發展,帶式輸送機逐漸發展成熟并在斜井提升得到了良好的應用。

據筆者所知，目前,我國煤礦將近九成的主斜井提升應用帶式輸送機,輸送機方案確定的合理性直接關系到煤礦投資和運營狀況,設計人員要科學計算、合理優化。

2.1 帶式輸送機的選型。在煤礦運輸中，合理選擇輸送帶對于減少設備和井巷投資,提高安全性以及縮短工期具有重要作用。輸送帶帶寬選取涉及到物料塊度與運量兩個參數。帶寬首先要滿足塊度要求,即2X 0.2m≤B,(B為帶寬,X為煤的最大塊度),其次要滿足運能的要求。在滿足運能的情況下,選擇較小帶寬,同時在滿足帶強安全系數的前提下,盡可能提高帶速。

2.2 帶式輸送機的帶速選擇和計算。在這里需要特別說明的是，提高帶速是提高帶式輸送機的運輸能力，同時減小帶寬及帶強,節省投資的有效方法。但存在的問題是,提高帶速會降低托輥的壽命,增加托輥的成本。目前國內生產的阻燃鋼絲繩芯膠帶的現狀說明,提高帶速以降低對帶強的要求具有重大現實意義。筆者查閱資料表明,大運量、長運距帶式輸送機帶速保持在5～9m/s時綜合運行技術指標最優。托輥等高質量、高可靠性的部件是保證高帶速輸送機穩定可靠運行的前提。

2.3 帶式輸送機的安全系數確定。輸送帶的安全系數，對帶式輸送機的經濟性和可靠性影響很大。現行標準以輸送帶的額定破斷強度為基礎，綜合考慮疲勞強度的大幅降低、由彎曲和伸長導致的強度下降、接頭強度損失、起制動工況下動態張力的增加等因素，給出輸送帶的安全系數。

例如，DIN 22101—1982標準建議，鋼繩芯輸送帶的動態安全系數為4.8～6.0，穩態安全系數為6.7～9.5。其實，這種以輸送帶額定破斷強度為基礎的安全系數表示法很不直觀，且在概念上容易引起誤導。實際工程要求輸送帶的疲勞強度，在滿足工況最大張力的基礎上，具有適當的安全系數。最近的一項研究認為，鋼繩芯輸送帶在脈動循環10 000次以后的疲勞強度，是其額定破斷強度的36%，在此基礎上，標準給出了上述安全系數值。

2.4 注意事項

上面闡述了帶式輸送機的設計，但要注意，如果我們采用高精度托輥和高性能輸送帶會大大減小運行阻力。我們知道，帶式輸送機的主要阻力是由托輥旋轉阻力和輸送帶前進阻力組成的。隨著近年來托輥的結構形式推陳出新，特別是采用高性能的專用軸承和高精度的密封圈，有效地降低了托輥的旋轉阻力。與此同時，輸送帶的面膠和芯膠材料也不斷更新，使輸送帶既有一定的成槽性，也有一定的膠面硬度和耐磨性。按照現行標準，主要阻力采用模擬摩擦系數，廠值進行估算。DIN標準和ISO標準建議，在通常工況下，f取0.017～0.020；按國內設計經驗，f通常取0.020～0.025。

根據筆者的工作經驗可知，按現行標準推薦的模擬摩擦系數f值計算的主要阻力，在多數情況下偏大，較大程度地影響了輸送機的經濟性。

3.帶式輸送機操作要領

在實際煤礦生產中，如何有效操作帶式輸送機，是很重要的一個環節。我們可以根據開采工作面的需要，一般設置為首臺，由人工直接控制，當采面出煤時，司機操縱工作面帶式輸送機綜合保護裝置的“起車”按鈕，工作面帶式輸送機開始運行。當煤流碰到安裝在機接近機頭位置的開車傳感器時，給與工作面帶式輸送機搭接的轉載帶式輸送機的控制單元發送開車信號，控制轉載帶式輸送機開車，煤流碰到安裝在轉載帶式輸送機接近機頭位置的開車傳感器時，順控下一臺搭接帶式輸送機起車，依次類推，直到最后一臺帶式輸送機運轉，把采區工作面的煤運到煤倉。

此外，有些集控時的起車方式是根據運輸系統中各條膠帶機的運長、帶速測算出每部膠帶的煤流時間，設定各臺帶式輸送機綜合保護裝置順控下臺帶式輸送機起車時間，由“首臺帶式輸送機→中間轉載帶式輸送機→末臺帶式輸送機”之間的時序實現運輸系統運轉。

4.帶式輸送機發展趨勢

目前，為了適應煤礦高產高效集約化生產的需要，帶式輸送機的輸送能力要求不斷要加大。長距離、高帶速等是今后發展的必然趨勢。比如說，10a內輸送量要提高到3000～4000 t/h，還速提高至 4～6m/s，輸送長度對于可伸縮帶式輸送機要達到3000m。對于鋼繩芯強力帶式輸送機需加長至5000m以上，單機驅動功率要求達到1000～1500 kW，輸送帶抗拉強度達到6000N/mm（鋼繩芯）和2500 N/mm（鋼繩芯）。尤其是煤礦井下順槽可伸縮輸送技術的發展，隨著高產高效工作面的出現及煤炭科技的不斷發展，原有的可伸縮帶式輸送機，無論是主參數，還是運行性能都難以適應工作面的要求，煤礦現場急需主參數更大、技術更先進、性能更可靠的長距離、大運量、大功率順槽可伸縮帶式輸送機。

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