美國成本更低運力更強的煤礦帶式輸送設備

斯蒂夫·費思科

對井下采礦作業來說，帶式輸送機是最重要的系統之一，它們不僅將原煤從井下輸送到地面，還負責將煤從工作面運走，從而保證了采區的達產。成功的煤礦運營商都知道得當的膠帶輸送系統結構設計的重要性及其中暗藏的風險。因為帶式輸送機的運營存在很多問題，任何有過拼接膠帶或更換膠帶刮片經歷的人員都深知盡快完成這些工作并恢復生產，往往是一項壓力巨大且吃力不討好的工作。因此，先進高效的帶式輸送機是降低成本、保證礦井利潤的關鍵。

設計一條能長距離運輸的膠帶以替換多段傳送膠帶是降低成本的思路之一，但這通常需要一些投資來購買更好的膠帶、鋼結構、驅動裝置和控制系統。前期科學合理的工程設計可以消除這種投資風險，以獲得較好的投資回報。通過近期2個應用案例，可以了解美國伊利諾斯盆地(Illinois Basin)煤炭運營商是如何應用這些知識和經驗去發揮他們的優勢的。

1 美國騎士霍克公司(Knight Hawk)新型長距離帶式輸送機

美國騎士霍克公司的普雷益而高(Prairie Eagle)煤礦近期調試了一條約6437 m的長距離帶式輸送機，如圖1所示。與其他長距離輸送膠帶輸送系統相比，這套系統的獨特之處在于其有5個水平轉彎設計。

隨著普雷益而高煤礦開采的不斷推進，需要新建一個工作面。老采區距離選煤廠較近，但距離新采區較遠，所以騎士霍克公司決定采用地面長距離膠帶輸送系統，以省去數千米的地下帶式輸送機。

圖1 普雷益而高(Prairie Eagle)煤礦新型跨越式膠帶輸送系統

1.1 項目背景

騎士霍克公司為了開展這項工程，進行了充分的調研。他們最終選擇了比優默公司(Beumer)提供的可轉彎的膠帶輸送系統。比優默公司輸送裝載事業部銷售和業務發展副總裁布拉德·威廉姆斯(Brad Williams)介紹道，騎士霍克公司最開始向他們詢價的方案由4個獨立的膠帶輸送系統以及它們之間的3個轉運點組成。最后比優默公司建議其采用一個長距離并帶有水平轉彎設計的新型跨越式膠帶輸送系統。并且由比優默公司負責機械和電控設計，同時負責系統安裝和調試。

輸送的具體過程如下：一條采區膠帶先把原煤送到堆放管路，從而形成采區地面堆場；另一條設在采區堆場下方的取料膠帶再把原煤轉送至跨越式膠帶輸送設備。

這條跨越式膠帶輸送設備除了要經受約6437 m的輸送距離和約27 m的高差外，去往選煤廠的路徑還蜿蜒曲折，所以設計難度非常大。但比優默公司在北美已經鋪設過多條長距離帶有轉彎設計的新型跨越式膠帶輸送系統，經驗十分豐富。

此次給普雷益而高煤礦設計的帶有5個水平轉彎的長距離輸送設備，可減少3個轉運點及其揚塵，其中一個水平轉彎如圖2所示。此外還避免了潛在的堵塞，節省了相關清理工作，大大降低了系統的運營和維護成本。這套系統在普雷益而高煤礦運行后取得巨大成功。“最初騎士霍克公司對改變傳統直線短距離膠帶運輸還是有點擔心的。”威廉姆斯稱，“我們需要讓他們相信系統的能力，令人欣喜的是，他們思維開放并理解這套系統的優越性，實施這樣的系統是一個大的挑戰，因為這是一項巨大的投資，同時也是煤礦的命脈，如果這套系統失敗，那么整個煤礦的運營將被摧毀”。

圖2 長距離膠帶輸送系統中的水平轉彎

1.2 先進的數據采集和3D運輸路線展示

威廉姆斯介紹道，為了獲得項目所有的地理信息資料，比優默公司使用了一架無人機在空中進行數據采集，計算出項目所需挖掘和回填的精確的土方工程量，并及時告訴業主。隨著項目的不斷推進，比優默公司還通過3D可視化的方式將運輸系統的路線以及如何跨越公路和濕地等信息展現給業主方。騎士霍克公司通過對比優默公司提供的各種選項進行全面評估和衡量，了解了其潛在優勢，最終決定實施這一方案。

1.3 設計施工水平轉彎膠帶輸送設備的豐富經驗

帶有水平轉彎的膠帶輸送系統的工程設計量很大，但比優默公司在這個領域具有數十年的經驗積累，早在1971年就完成了第一套帶有轉彎設計的膠帶輸送系統項目。這類工程設計的關鍵在于托輥的角度設計。比優默公司工程師團隊花費了大量時間去研究轉彎處的膠帶張緊和托輥角度，從而使膠帶平穩地傾斜運行。

在安裝普雷益而高煤礦這套系統后，比優默公司的工程技術人員非常清楚轉彎處每一個托輥的安裝角度。在調試整套系統時，這個輸送系統就可以開始運轉了。而如果業主方采用其他膠帶輸送系統，可能需要花費數周時間去培訓和調試。

1.4 變頻驅動器(VFDs)更好地控制膠帶的運行速度

普雷益而高煤礦這條長距離輸送膠帶寬約106 cm并帶有轉彎設計，對粒度200 mm以下的原煤設計運輸能力為1500 t/h，輸送速度約為271 m/min。

這套膠帶輸送系統中的耐磨鋼絲繩芯膠帶由德國瑞馬蒂普拓普公司(REMA Tip Top)提供。系統中使用的4組400馬力螺旋傘齒輪驅動裝置由西門子公司和弗蘭德公司提供，其中3組驅動放置在帶式輸送機頭，另1組在帶式輸送機尾，并在膠帶輸送系統的出料端設置了1個液壓絞車張緊裝置。其中，變頻驅動器(VFDs)確保了系統的平穩啟動和帶速調節，使得騎士霍克公司可以更好地控制膠帶的運行速度和運輸能力。

1.5 滿意的應用效果

威廉姆斯稱，普雷益而高煤礦原來使用推土機和裝載機在膠帶給料和出料端進行物料的裝卸和堆放，而現在即省去了兩端的設備，還通過這個跨越式膠帶輸送系統把煤很好地從礦井送到跨越式帶式輸送機上，然后輸送至約6437 m以外的選煤廠。

由于這種新型的長距離膠帶輸送系統的張緊力很大，比優默公司選擇了鋼絲繩芯膠帶，并使用膠帶翻轉裝置來確保膠帶凈面和托輥始終保持接觸，同時他們在輸送系統末端安裝了翻轉裝置，這樣物料在通過托輥時就不會落下來。

另一項讓騎士霍克公司放心的舉措是其中的數據收集系統，可以讓他們和比優默公司能實時監控跨越式膠帶輸送系統。威廉姆斯表示，了解到比優默公司也可以遠程監控整個輸送系統的運行情況后，他們感到非常安心。

該項目從收到訂單到整套系統的移交前后用了不到12個月。同時作為一個免維護系統，這套系統自2018年夏天交付使用后，沒有出現任何問題。普雷益而高煤礦只要每天啟動一次帶式輸送機，確保運轉正常就可以了，因為僅有的轉運點在帶式輸送機頭和機尾。

2 北美一條強度最高的輸煤膠帶

2018年春天，芬納鄧祿普公司(Fenner Dunlop)花費了4周左右的時間成功完成了一項最具挑戰的項目——Dynaflight ST7000膠帶項目，包括設計、生產、供貨和安裝。這是一個位于伊利諾斯州的煤礦運營商對膠帶輸送系統的獨特需求，是北美強度最高的鋼絲繩芯加固膠帶項目之一，如圖3所示。

圖3 Dynaflight ST7000膠帶

2.1 膠帶設計特點及其材質

經驗豐富的芬納鄧祿普公司礦業銷售經理杰瑞·洛維茲(Jerry Lovitz)直面難題，組織團隊完成了寬約1.82 m的Dynaflight ST7000膠帶的4級拼接和安裝工程。其中包含1個約13 mm×9 mm的芬納鄧祿普公司的Fire Boss SAR 保護層，即Dynabreaker骨架和撕裂檢測回路，總重量約為363 t。

Dynaflight膠帶采用單平面精心設計的預張緊鋼絲繩芯加固膠帶，可承受最苛刻應用的最大拉力考驗；Dynabreaker技術是芬納鄧祿普公司擁有專利的骨架技術，該技術使得這個項目和其他項目技術不同，具有獨特編織結構。這種結構是從芬納鄧祿普公司偉創力(UsFlex)技術發展而來的，具有極好的抗撕裂和抗沖擊能力。這種結構的組合創造了一種鋼加固的偉創力復合材料膠帶，在采礦應用領域顯現出非常優異的耐久性。

Fire Boss SAR高性能耐磨保護層材質和一級物理性質材料的結合制造出了當今采礦行業中最安全、最堅固和最耐用的總長約為6.1 m的傳送帶。這種4級拼接的膠帶設計是由應用工程和膠帶標準部的高級經理明子若月(Akiko Wakatsuki)帶領芬納鄧祿普輸送帶環球公司的技術團隊創造的。

2.2 項目實施

在該項目實施前的幾個月，芬納鄧祿普公司將一些新型鋼絲膠帶運到項目現場，由芬納鄧祿普公司負責北阿巴拉契亞的高級運營經理泰德·特尼(Ted Trenney)負責安裝工作。特尼曾經負責過無數安裝工程，他和客戶以及即將執行這個項目的技術和主管團隊一起制定了一個十分周詳的計劃。

項目前期準備工作包括對這個大型而復雜的膠帶安裝設備的協調工作，包括2臺芬納鄧祿普公司扭矩超過13.86 N·m的卷帶機和2臺用于完成約6.1 m膠帶拼接工作的框架式硫化壓力機。

該項目的膠帶部分需要來自芬納鄧祿普公司4個服務部門的工程師合作完成才能達到安全按時完成的要求。該團隊有6個全方位服務小組負責芬納鄧祿普公司北美地區的安裝和拼接工程。

芬納鄧祿普輸送帶環球公司在北美地區有個可進行操作培訓的工廠，并擁有膠帶工程師認證的內部網絡，因此公司可完成諸多極高標準的膠帶安裝和拼接項目，在業界享譽頗高；但這個項目對他們仍極具挑戰性。這條膠帶是拼接而成的，總連續長度約為2895.6 m。整個團隊夜以繼日地施工了10多天才完成了這項膠帶拼接工程。芬納鄧祿普輸送帶環球公司富有經驗的團隊技術人員承接了這項由專家獨特設計的4級拼接設計的重大膠帶拼搭工作。

這項膠帶更換工程的不同之處在于安裝新的膠帶之前，需要把3個工段現有的膠帶先拆走。因此，芬納鄧祿普輸送帶環球公司的高扭矩卷帶機發揮了重要作用，如圖4所示。這種卷帶機與多組氣動制動器一起協作，將新膠帶拖拽至機架下方，以便在機尾接收最終的膠帶拼接。

圖4 高扭矩卷帶機將膠帶拖拽至機架下方

正是由于整個芬納鄧祿普公司團隊的努力、專注以及對細節的關注，這個項目才得以安全和成功完成。“我們的客戶要求一個解決方案，芬納鄧祿普公司就給他們提供了一個從舊膠帶到新膠帶的無縫轉換，而且運輸系統的正常運轉并沒有被中斷。” 洛維茲指出，“在極其嚴苛的訴求和復雜的應用環境下，芬納鄧祿普輸送帶環球公司完成了北美地區強度最高膠帶的設計、制造、交付和安裝工作。而這條約2895.6 m長的膠帶由多條膠帶拼接和折疊而成。

(Coal Age, 2019, No.11, 15～19;劉德健編譯)