大傾角長距離下運帶式輸送機的應用研究

李 猛

（山西潞安集團蒲縣隰東煤業有限公司，山西 臨汾 041208）

1 工程概況

珙泉煤礦礦井設計生產能力45萬t/a，可采及局部可采煤層共3層，即2號、3號、4號煤層，煤層可采總厚度平均4.43m，煤層傾角平均20°。主采煤層為2號、3號煤層合并煤層，該煤礦14采區運輸斜巷，由于受地質條件的限制，整體輸送傾角達-21°，整機斜長480m，輸送傾角超出了普通皮帶機的極限范圍，屬于典型的大傾角長距離下運大功率帶式輸送機輸送條件，運輸系統如圖1所示。

2 總體技術方案設計

整個14采區改造皮帶下山設計1臺皮帶機，整機采用深槽固定式大傾角皮帶機結構型式，物料由煤倉從機尾給料，通過皮帶機斜坡向上運輸后從機頭滾筒卸料，傳動裝置布置在14采區斜坡與水平大巷交叉處的上部區段，驅動方式采用雙滾筒2電機驅動，皮帶機上部槽形托輥，必須設計成先進的深槽托輥組，增加皮帶對物料的摩擦力，保證物料在運行過程中不下滑，滿足使用要求。整機配置要求技術先進、性能可靠。在皮帶機啟動時要求不能對機械、電氣零部件造成沖擊，能夠實現重載軟啟動，并能實現多機功率平衡；為了使皮帶在運行過程中保持恒定的張力，保證皮帶不打滑，皮帶張緊方式采用能夠適時張緊的液壓自動張緊裝置；由于是大傾角下運皮帶，必須配置先進可靠的制動裝置；為了避免皮帶在長期運行后突然斷帶對皮帶機造成重大機電事故，皮帶機配置斷帶抓捕器；在電氣控制及綜合保護上，要求配置先進完善的PLC電控保護裝置，并能與該礦井自動化系統配套，實現運輸系統自動化綜合控制。

我礦設計生產能力60萬t/a，主斜井膠帶運輸，傾角為21°，斜長637m，故而去珙泉煤礦調研、學習，參與了大傾角下運帶式輸送機應用的效果分析。

圖1 24采區運輸系統示意圖（單位：mm）

3 皮帶機及輸送帶選型

3.1 皮帶機選型

根據現場14采區開采及運輸斜巷條件，皮帶輸送機運量為400t/h，運距480m，傾角為-21°，垂高為171.3m，運煤最大塊度300mm。對于水平安裝的輸送機，可選擇較高的帶速，輸送傾角越大帶速應偏低，向上輸送時帶速可適當高些，向下輸送時帶速應低些。目前DTⅡ系列帶式輸送機推薦的帶速為1.25～4m/s。對于下運帶式輸送機，考慮帶速過高，制動性差，控制困難，經綜合考慮確定帶速為2m/s。選擇YB2-315M-4型電動機2臺帶動，功率為2×132kW。

3.2 輸送帶選型及帶寬計算

根據現場實際輸送帶選擇ST1600/S鋼繩芯阻燃抗靜電膠帶，輸送帶質量26.1kg/m，輸送帶帶厚25mm。

（1）按輸送能力確定帶寬B1

帶式輸送機的輸送能力與帶寬和帶速的關系[1-2]是：

式中：

Q-帶式輸送機的輸送能力，t/h；

K-貨載斷面系數，K值與貨載在輸送帶上的堆積角有關；

B-輸送帶寬度，m；

v-輸送機速度，m/s；

γ-貨載運送的集散容重，t/m3；

c-傾角對輸送量的影響系數。

當輸送量為400t/h，K值取385，輸送機速度為2m/s，煤容重為0.9t/m3，輸送機傾角對輸送量的影響系數取0.95，帶入公式（1）計算可得出在保證運輸能力時所需皮帶寬度B1為780mm。

（2）按輸送物料的塊度確定帶寬B2

因為該皮帶運輸機運輸的材料為原煤，且運煤最大塊度為300mm，故有[1-2]：

式中：

ɑmax-運煤最大塊度，取300mm。

綜上分析，現場14采區運輸斜巷實際合理帶寬設計為max｛B1，B2｝，所以設計選用800mm寬的輸送帶。

4 主要零部件設計及防跑偏措施

4.1 深槽托輥

為了增加皮帶對物料的包裹和摩擦力，保證物料在運行過程中不下滑，根據我國煤礦皮帶運輸機的托輥技術[3-4]，結合該煤礦現場生產實際特定條件開發設計了“雙排深槽形托輥組”，中心應60°對稱，選用Ф108mm的沖壓焊接標準滾子的托輥，如下圖2所示。

圖2 雙排深槽形托輥組

“雙排深槽形托輥組”中心60°對稱的優點在于：（1）為了增加皮帶的側向壓力，中間2個下托輥按V形安裝，物料不易下滑；（2）為了方便皮帶機的維修和制造，設計2個上托輥和2個下托輥形成深槽托輥；（3）4個托輥以中心對稱雙排形式安裝，有效防止輸送皮帶跑偏，使得輸送皮帶對中穩定運行，輸送皮帶與托輥兩端尖角不接觸，大大提高了皮帶的壽命；（4）為加大運輸皮帶對物料的摩擦系數，增加了兩側托輥槽的形角，使得大傾角下運物料時不下滑。

4.2 托輥及中間架

下托輥與普通皮帶機一樣，采用Ф108平行下托輥，托輥隔距為3m。在機尾受料段導料槽的下方，安裝35°、45°、50°、60°槽形橡膠圈式緩沖托輥，可吸收輸送物料下落時對膠帶的沖擊動能，延長輸送帶和托輥的使用壽命。

為了便于維護檢修，本機中部區段皮帶理論高度設計為1.2m。為了便于運輸和安裝以及平帶圓滑過渡，直段中間架每節長度設計為6m；曲段中間架每節長度設計為3m，通過調整中間支腿高度，形成半徑50m的凸圓弧，利于皮帶平滑過渡，減少震動。此設計還減少了中間架的彎曲工作量，使用效果良好。過中間架縱梁采用12號重型槽鋼，支腿為可拆分結構，與中間架采用螺栓連接，非標支腿布置在機頭驅動部附近，其上可安裝平托輥，中部區段支腿與基礎之間采用與預埋鋼板焊接。

4.3 皮帶機驅動系統及防跑偏措施

根據現場實際條件，皮帶機驅動系統布置在14區斜坡與水平東交叉處的前部區段，驅動方式采用雙滾筒2電機驅動，傳動滾筒一端連接減速器，另一端連接盤式制動器的制動盤。

由于本臺皮帶機上部運料托輥大部分采用專門設計的60°雙排深槽形承載托輥，布置間距為1.2m，為降低輸送帶邊緣因成槽延伸而產生的附加應力，同時也防止輸送帶展平時出現撒料現象，在過渡區段布置了20°、35°、45°、50° 過渡托輥組。考慮安裝等原因可能帶來的皮帶跑偏，而深槽托輥又不能安裝調心托輥，為此我們又專門設計了深槽擋偏托輥作為特殊情況的補救措施，通過擋偏輥限制皮帶的跑偏，通過皮帶機的運行，效果良好，解決了皮帶跑偏。

5 結論

（1）設計開發的皮帶機，實現了-21°下運條件的正常物料輸送，結合該煤礦成功設計運行的大傾角上運皮帶機，此種光面深槽型帶式輸送機結構適用于上運25°，下運21°的皮帶機。

（2）設計開發的中心對稱式60°“雙排深槽形托輥組”，設計新穎，結構合理，托輥通用性好，制造和維修方便，使用效果好。