大傾角帶式輸送機的設計

趙利鋒

（山西焦煤汾西礦業兩渡煤業公司，山西晉中 031302）

0 引言

帶式輸送機是煤礦的主要運輸方式，由于受到煤層賦存條件、巷道布置方式以及地形的影響，帶式輸送機的布置方式各種各樣[1]。山西某礦采用平硐+斜井開拓方式，需要在主斜井內布置皮帶輸送機，隨著礦井采掘深度以及開采量的不斷增加，對斜井皮帶輸送機提出了更高的要求。文中以斜井皮帶輸送機布置為具體研究對象，對大傾角皮帶輸送機的部件選型、關鍵技術及相關設計計算進行分析討論，并根據分析結果給出距離設計應用方案，以期能更好地促進礦井生產運輸工作開展。

1 皮帶輸送機基本參數

山西某礦設計年產量為300萬t，采用皮帶運輸方式，主斜井長度在1 485 m，斜井平均傾角在24°，井口與井底車場間高差為600 m。皮帶輸送機每立方米輸送的原煤質量在900 kg，顆粒度介于0～300 mm，動、靜堆積角取值分別為15°、40°，需要的輸送量3 000 t/h，皮帶輸送機工作環境多粉塵、空氣潮濕，逆風提升，風速約為2 m/s。給料以及卸料方式為尾部給煤機連續給煤、頭部滾筒卸煤。

2 皮帶輸送機托輥布置及運量計算

2.1 托輥布置

常見的大傾角帶式輸送機類型可以分為花紋帶式、波紋擋邊式以及壓帶式等類型。花紋帶式結構相對簡單，但是也存在傳輸功率低、清理困難等問題；后2種方式結構較為復雜，能耗以及磨損量較大，輸送能力也較弱[2-4]。同時大傾角輸送機需要通過膠帶提供的摩擦力來減少運輸煤炭的滾料、滑料情況[5]。為了增加皮帶的摩擦力，可以通過增加輸送機槽角來實現，因此，輸送機采用深槽方式運輸煤炭。

為了最大限度的增加皮帶側向壓力，托輥布置時摒棄常用的三托輥方式，選擇采用深槽四托輥布置方式，具體如圖1所示。深槽四托輥布置方式中間的2個托輥布置方式呈現V形，增大兩側托輥槽角[6-7]。選用這種深槽四托輥布置方式不僅提高了膠帶運行時的對中性，而且也便于設備的安裝及后期維護。

2.2 運量計算

根據托輥布置形式，可以對膠帶運輸的煤炭截面積S進行計算，具體計算公式[8～9]如下：

圖1 托輥布置方式

式中：b為輸送機帶寬，取值為1 300 mm；l1為中間托輥間長度，取值為375 mm；λ1、λ2為托輥內、外側槽角，取值分別為25°、60°；θ為煤炭堆積角，取值為15°。

將上述參數分別代如式（1）～（4）中，即可求出運輸煤炭的截面積S=0.492 m2。

皮帶輸送機輸送能力Q計算可以采用式（5）進行計算：

式中：S為運輸煤炭的截面積，取值為0.492 m2；v為輸送機運行速度，取值為3.0 m/s；K為折減系數，取值為0.72；ρ為煤炭堆積密度，取值900 kg/m3。

計算得：

Q=3.6×0.492×3.0×0.72×900=3 443(t/h)＞3 000 t/h

可以滿足礦井運輸需要。因此，選擇的帶寬以及帶速可以滿足礦井生產需要。

3 輸送機布置方式以及傳動方式選擇

3.1 輸送機布置方式

由于該礦斜井的總提升高度達到600 m，運送環境中粉塵、濕度較大，運行條件較為苛刻。常規的皮帶輸送機布置方式有單臺布置、兩排并行布置以及兩臺前后搭接布置方式3種形式[10]。膠帶采用鋼絲繩芯膠帶，具有較強的張力[11]。

采用單臺輸送機布置形式，在膠帶帶強滿足要求情況下，輸送機的安全系數較低，難以滿足礦井有關規范要求；同時單臺輸送機布置需要膠帶厚度較厚，厚度太大膠帶不能很好的適應深槽四托輥布置方式，因此，單臺輸送機布置方式不合理。

2臺輸送機并行布置方式，同樣在滿足帶強前提下，膠帶厚度較大，不能很好的適應深槽四托輥布置方式。

2臺輸送機前后混搭布置方式，在保證足夠帶強情況下，膠帶厚度較小，滿足深槽四托輥布置要求；同時設備投入小，便于安裝，因此最終的大傾角帶式輸送機布置方式確定為2臺前后混搭布置方式[12-13]。但采用這種布置方式也存在驅動電機占用空間過大問題，可以通過采用直接搭接方式來降低硐室施工量，解決上述問題。

3.2 輸送機傳動參數

帶式輸送機驅動滾筒需要的驅動力F計算公式如下：

式中：FH為主阻力；FN為附加阻力；FS1為特種阻力；FS2為特種附加阻力；FST為傾斜阻力。

驅動滾筒軸功率PM可以采用計算公式如下：

式中：PA表示驅動滾筒轉動效率；η1～η3分別表示傳動效率、電壓降系數以及功率不平衡系數。

將相關數據代入式（5）～（6）后，求得需要的功率為4 689 kW，皮帶輸送機驅動采用3臺驅動電機，每臺驅動電機功率為1 600 kW。

4 電機拖動方式以及具體設備確定

4.1 電機拖動方式

由于主斜井大傾角帶式輸送機的運載負荷、慣性等都比較大，若驅動電機拖動采用直接啟動方會給輸送機膠帶過大的沖擊力，不僅影響自身的運行安全，也會給供電電網造成較大沖擊。因此，為了避免驅動電機直接啟動對供電電網造成沖擊以及較大沖擊力對膠帶影響，采用軟啟動方式具體的拖動方案為機頭雙滾筒多電機驅動以及中、高壓變頻驅動方式。

4.2 主要設備選擇

通過上述分析，確定的主要設備如表1所示。

表1 大傾角帶式輸送機主要設備型號及參數

5 結束語

本文通過對輸送機膠帶橫截面的受力分析，提出采用深槽四滾筒方式來代替傳統的三托輥方式；增加輸送機膠帶的彎曲半徑，提高較大的摩擦阻力，以便更好地適應大傾角帶式輸送機使用需要；并具體對輸送機橫截面面積進行了計算，確定了輸送機運送速度、帶寬、電機功率等。

在主斜井斜現場應用實踐表明，設計的大傾角帶式輸送機結構穩定、運行平穩，可以滿足礦井生產運輸需要。