廢石膠帶系統BC01固定膠帶更換方案優化

王雪峰

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興　334224）

1 引言

廢石運輸是德興銅礦礦山開采中的重要環節，廢石膠帶系統于2011年11月建成投產，承擔德銅采礦場銅廠采區大部分廢石運輸任務，該系統改變了單一的電動輪汽車運輸排料方式，現已運行6年多，運輸量超1.1億t［1］。廢石膠帶系統采用“電動輪汽車運輸—廢石粗破碎—膠帶運輸機—排土機”排料方式［2］，流程圖如圖1所示：旋回破碎機破碎→鐵板給料機給料→BC01固定膠帶運輸機運輸→BC02固定膠帶運輸機轉載→BC03移動膠帶運輸機運輸→排土機受料帶受料→排土機卸料帶排料。系統全長4.1km，其中BC01固定膠帶運輸機全長2430m，提升高度277.3m，坡度12°，膠帶強度為ST5400，長5000m，寬1.8m。

現BC01固定膠帶運輸機膠帶已到使用年限需要更換，長距離膠帶更換通常采用舊帶帶新帶的方式，通過慢驅裝置拖動膠帶。由于尾部硐室檢修場地空間狹小，原有的卷帶機、放帶機只能卷200m膠帶，如采用現有裝置來更換膠帶則需膠帶25卷，施工工期約為56天，同時BC01固定膠帶運輸機無獨立的慢驅裝置，只能使用現有驅動系統，由4臺驅動系統來實現慢驅。

圖1 廢石膠帶系統流程圖

2 換帶設施改造

BC01固定膠帶運輸機大部分布置在地下斜井內，頭部露出地面,尾部位于廢石粗碎站底部。更換膠帶的設施主要布置在膠帶尾部硐室內。膠帶和換帶設施可通過粗碎站吊裝孔下放至膠帶尾部硐室。尾部硐室設有電動葫蘆雙梁橋式起重機1臺，起重量Q=40t，跨度Lk=8.5m，總功率18.5kW；電動平板車1臺，載重Q=50t，電機功率5kW。

2.1 膠帶卷尺寸確定

現有膠帶規格為ST5400-1800 mm (10/10/8)，每米膠帶重量100.08kg/m，為減少硫化接頭以降低膠接頭的硫化質量及安全運行風險，并節省膠帶硫化膠接的檢修時間，現場訂購的單卷膠帶應盡量長。結合現場實際情況，膠帶的合適長度確定為340m至380m范圍，考慮到行車起升高度為6m，電動平板車高度為0.7m，同時受交通、運輸因素限制膠帶卷高度應≤3.7m。而尾部硐室尺寸為17.6 m×10m,所以最終訂貨采用橢圓卷膠帶，綜上因素計算確定膠帶卷長度為360m，尺寸為高3.7m×長4m。

2.2 卷帶機選型

BC01固定膠帶運輸機隧道經過德銅采礦場銅廠采區，采區內隧道為水平輸送，其余為大角度提升，其中采區水平輸送段長965m。根據換帶方案，膠帶輸送機頭部滾筒驅動電機作為主驅動來驅動膠帶運行完成換帶過程。尾部卷帶機起輔助拖動作用，只需滿足拖動尾部回程水平段965m的舊膠帶纏繞到卷帶機上。水平段的回程膠帶的總阻力Fr為水平段的回程膠帶與托輥間的摩擦阻力［3］。

式中：f為托輥阻力系數，f=0.03；L1為膠帶運輸機水平段長度，L=965(m)；qB為每米膠帶重量，qB=55.6×1.8=100.08（kg/m）。

卷帶機驅動單元采用電機配減速器形式，電機轉速n1=750 r/min，減速器速比i=400，卷帶機卷筒轉速n2=750/400=1.875 r/min。卷帶機工作時的轉速保持恒定，纏繞的膠帶卷直徑逐漸增加，膠帶卷表面的線速度是時刻變化的。當纏繞的膠帶卷直徑達到最大D=φ4m時，此時膠帶卷表面的線速度達到最大，Vmax=n2πD/60=0.39 m/s。拖動膠帶所需牽引力Fr=28.4 kN，Vmax=0.39 m/s，所需軸功率P=1.3Frv=14.4kW，考慮電機與減速器的傳動效率為0.75，則電機功率為14.4/0.75=19.2kW。

3 膠帶運輸機慢驅實現

在實際生產之中,一般采用雙滾筒驅動裝置對帶式輸送機進行驅動,雙滾筒驅動帶式輸送機系統主要以頭部雙滾筒驅動為主［4］。BC01固定膠帶運輸機采用三滾筒四電機驅動，功率配比為1∶2∶1，驅動部由4個驅動單元組成，分2個驅動站布置，每套驅動單元電機功率1600kW。為了便于對BC01固定膠帶運輸機的整體更換，需要對其慢驅方式做進一步優化，最好的方式是由一個驅動單元實現慢驅，以消除多個驅動單元同時慢驅造成的卡頓問題，并減少電力消耗，同時也可以利用換帶間隙對其余3個驅動單元進行檢修保養。

3.1 BC01固定膠帶運輸機不打滑驗算

膠帶更換作業過程中，BC01固定膠帶運輸機膠帶從尾部斷開，均由接入膠帶與前部膠帶尾部搭接，通過1個驅動單元慢驅，由前部膠帶帶動后部膠帶到達硫化平臺位置。為確保主驅動電機能夠驅動膠帶運行，需保證膠帶繞過傳動滾筒時不發生打滑現象。

承載段膠帶的總阻力Fs包括承載段膠帶提升阻力和承載段膠帶與托輥間的摩擦阻力［5］。

式中：f為托輥阻力系數，f=0.03；L1為膠帶運輸機水平段長度，L=965（m）；L2為膠帶運輸機提升段水平長度，L=1465（m）；H為膠帶運輸機提升高度，H=277.3（m）；qB為每米膠帶重量，qB=55.6×1.8=100.08（kg/m）；δ為提升段傾角，δ=12°。

回程段膠帶的總阻力Fc包括回程段膠帶提升阻力和傾斜段的回程膠帶與托輥間的摩擦阻力。

經過計算傳到頭部滾筒處承載面張力Fs為339.8kN；頭部滾筒處回程面張力Fc為233.1kN，所需圓周驅動力FU=106.7kN，傳動滾筒所需扭矩M=FU×D/2=213.4kN·m。 膠 帶 輸 送 機 單 臺驅動電機可輸出額定扭矩T=（9550×P/n×i）/K=（9550×1600/1480×25.8）/1.2=222kN·m，T=222.2kN·m＞M=213.4kN·m，滿足更換膠帶要求。膠帶運輸機傳動滾筒表面采用橡膠包膠，傳動滾筒與膠帶間的摩擦系數μ=0.25，膠帶所在傳動滾筒上的圍包角 α=195°，歐拉系數 eμα=2.342。由歐拉公式和逐點張力法有F1/F2=1.46 ＜ eμα，滿足膠帶不打滑條件。

3.2 BC01固定膠帶運輸機慢驅實現

BC01固定膠帶運輸機有201＃、202＃、203＃、204＃4個驅動單元，其中204＃為主驅動單元。使用單臺驅動可消除慢驅時的卡頓問題，并能將速度從0.48m/s降至0.3m/s以內。根據現場情況，選擇204＃驅動單元為慢驅單元，要實現單驅動系慢驅，首先需修改PLC程序及上位機控制界面，設定PLC程序標簽X204_DQ_XZ，上位機設置轉換開關，當需要204＃驅動單元單獨驅動時，首先將201＃、202＃、203＃的驅動單元減速箱與滾筒聯軸器解除，將轉換開關切換至單獨驅動模式，再按啟動系統。當轉換開關動作后切斷201、202、203的驅動單元啟動指令；再屏蔽204＃與其它變頻器準備信號的關聯點；再將201＃、202＃、203＃的所有輔助設備全部屏蔽。PLC程序如圖2所示。

慢驅前，安排專人檢查膠帶是否存在損傷及異物，確認拉繩緊急停車開關和膠帶跑偏開關是否動作可靠。慢驅開始前確認各重要觀察點均有人看守，一驅、二驅各有1人檢查，卷帶機處及硫化點各有1人檢查，固定膠帶運輸機中部上坡段2人檢查，其余無關人員遠離膠帶運輸機。一旦在慢驅過程中發現膠帶撕裂、損傷、堆積嚴重、電機等設備異響等特殊情況，可以直接拉動拉繩開關緊急停車。在慢驅過程中，膠帶堆積點1人用流程廣播與卷帶機操作人員保持聯系，在膠帶繃緊前及時聯系卷帶機停止卷帶，膠帶堆積后及時聯系啟動卷帶機。慢驅結束后，放帶機及硫化點處必須拉下拉繩保護開關，掛牌后通知中控室，中控室人員匯報后，確認現場報警，由電氣技術人員在操作界面將204單啟旋鈕調回到204聯動，防止誤啟動操作。

圖2 切斷其余驅動系統PLC程序

4 換帶檢修過程控制

4.1 檢修方案制定

在換帶前結合施工單位的人員配置，制定了檢修方案，將檢修計劃精確到了小時，全天候24h作業，工段管理人員及技術骨干采用12h倒班制在現場蹲守，指定電氣技術人員負責慢驅操作、硫化器材檢查，機械技術人員負責硫化質量把關，要求施工人員做到清潔、有序，邀請膠帶生產廠方人員到現場進行指導，硫化完成后進行接頭檢查，確保檢修質量、進度，單個膠接頭膠接時間從原來的48h縮短至30h。

制定了安全預案，操作工到現場進行安全巡查監護，BC01固定膠帶運輸機隧道內嚴禁煙火，在破碎站最底層至隧道入口處設有火柴、打火機等火種收集處，開始更換膠帶后嚴禁火種帶入換帶作業區域。

4.2 檢修過程控制

在尾部硐室增加了慢驅操作臺、視頻監控、急?？刂啤⒘鞒虖V播及電話通訊，慢驅時間精確控制在25min。采用視頻監控系統監控放帶機、驅動站、膠帶運輸機上坡段兩點運行情況，實現慢驅過程全程監控。慢驅時統一由電話、流程廣播聯系，慢驅前所有信息全部集中到到慢驅控制點。慢驅控制點電氣技術人員負責膠帶運輸機啟動，做到統一指揮，統一行動，確保運行安全，消除了慢驅過程的安全隱患。吊裝膠帶和其他材料時，破碎站最底層吊裝孔設立警戒線。在收、放帶過程中卷帶機、放帶機前后不允許站人，采用卷揚拖動膠帶過程中，無關人員撤離。

膠帶慢驅到位后開始制作接頭。為達到膠帶的中心度要求，膠接平臺長為18m，膠接頭按4級搭接工藝膠接。剝鋼絲繩時采用4臺剝皮機剝鋼絲以提高效率，打磨鋼絲前按4級搭接工藝標識鋼絲繩長度，以減少打磨工作量，最后再修剪鋼絲繩。打毛膠帶接口處的橡膠，用清洗劑清洗鋼絲繩及接口打毛過的橡膠。在鋼絲繩上及膠帶接口處涂膠漿，至少二遍，用玻璃薄膜把鋼絲包扎好，以防粉塵粘入。在硫化平臺的下層硫化板上鋪玻璃膜及白布。確保兩膠帶的中心線對中后，鋪上厚7.3mm的下層覆蓋膠及預成型膠，覆蓋膠與膠帶接口處也倒角，使之與膠帶接合處倒角相吻合。上層覆蓋膠鋪好后，用皮帶刀均勻打出許多洞，深至鋼絲繩但不能刺傷鋼絲繩 。這樣做好目的是為了在硫化時，讓鋼絲繩空間的氣體排出，使鋼絲與橡膠膠合好。最后進行硫化作業。在打磨、清洗刷膠漿開始時要求穿干凈衣服及拖鞋，以確保檢修質量。

5 結束語

換帶方案優化后，膠帶卷從25卷減至14卷，膠接頭減少了11個，換帶計劃工期預計為36天，但由于加強了換帶檢修的過程控制，檢修工期比計劃提前了9天［6］。由于膠接頭減少，減少了接頭膠料的消耗及施工費用，同時也減少了膠帶的維護工作量，提高了膠帶的安全系數。廢石膠帶提前完成檢修投入生產，減少了電動輪運輸距離，進一步實現了降本增效和節能減排的目標。