礦用大傾角帶式輸送機的設計探析

王育豐

（山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦，山西長治 046000）

煤礦作業過程中主要的運輸方式為帶式輸送機，基于煤礦中煤層賦存的條件、地形和巷道布置的方式等各不相同，導致帶式輸送機也有著各種各樣的布置方式。山西某礦在開采作業過程中包括兩種形式，分別是平硐形式和斜井形式。其中，斜井形式具體而言是在主斜井中放入皮帶輸送機，并且斜井的皮帶輸送機在配置要求方面將依據掘井的深度與過煤量的升高而提高。在本文的研究當中，選取斜井皮帶輸送機的布置設計為研究對象，充分討論分析大傾角皮帶輸送機有關的關鍵技術、部件選型和相關設計的計算，通過研究分析的結果得出具體的距離設計方案，希望能為礦井作業過程中的生產運輸提供理論和實踐性指導。

1 皮帶輸送機的參數介紹

山西某礦計劃通過皮帶運輸的方式，其中計劃年產量400×104t，主斜井的長度是1485m，井口和井底車場之間的高差是600m，斜井的平均傾角為24°。通過皮帶輸送機輸送的原煤質量為900kg/m3，靜和動堆積角的取值是40°和15°，顆粒度在0～300mm之間。除此之外，在皮帶輸送機的工作環境中具有空氣潮濕和多粉塵的特點，逆風提升且風速大概在2m/s左右。

2 皮帶輸送機托輥布置和運量計算

2.1 托輥布置

大傾角帶式輸送機的類型主要包括波紋擋邊式類型、花紋帶式類型和壓帶式類型等等。其中，花紋帶式的結構比較簡單，但不足之處在于清理較為困難、傳輸功率較低。然而，其它兩種方式的結構比較復雜，且不足的地方在于較大的能耗和磨損量，同時輸送能力不夠強。出于大傾角的輸送機要借助膠帶產生的摩擦力進而來減少運輸煤炭出現滑料和滾料等不利影響，因此，可以借助輸送機槽角的增加來加大皮帶具有的摩擦力。基于以上分析，輸送機將通過深槽的方式來運輸煤炭以減少運輸過程中不利因素的發生概率。

在進行托輥布置設計時，往往不采用三托輥的方式，而是進行深槽四托輥布置方式，來最大化皮帶的側向壓力的增加。V形是2個托輥的布置形式，這個托輥布置處在深槽四托輥布置當中，該方式可以很好地左右兩旁托輥槽角的提升水平。為了使得設備安裝更加便捷，深槽四托輥的布置形式可以幫助對中性在膠帶運轉中加以顯現，同時也有利于解決后期維護過程中可能出現的故障和問題。

2.2 運量計算

基于上文介紹的有關托輥布置的形式，下面進行計算膠帶運輸煤炭截面積S，計算過程如下所示：

式中：l1——中間托輥間的長度，為375mm；

b——輸送機的帶寬，為1300mm；

λ1——托輥的內側角，為25°；

λ2——托輥的側槽角，為60°；

b——煤炭的堆積角，為15°。

基于這些數據代入公式當中求得運輸煤炭截面積S為0.492m2。

皮帶輸送機的輸送能力口的計算公式如下：

式中：S——運輸煤炭的截面積，0.492m2；

ρ——煤炭的堆積密度，900kg/m3；

v——輸送機的運行速度，3m/s；

K——折減系數，0.72。

計算結果如下所示：

計算結果顯示皮帶輸送機輸送能力（3443t/h）能夠充分達到礦井運輸的要求（3000t/h），因此帶寬與帶速適合。

3 輸送機的布置方式和傳動方式的選擇分析

3.1 輸送機的布置方式

一般而言，皮帶輸送機的布置方式通常情況下分為兩排并行、單臺和兩臺前后搭接布置的方式。其中，膠帶選擇具有較強張力的鋼絲繩芯膠帶。

單臺布置的方式，膠帶的厚度需要更厚，導致過厚的膠帶與深槽四托輥布置的方式無法相適應，安全系數不高，較難達到礦井作業的有關要求。故該布置方法不適合。同時，兩排并行的布置方式，也有膠帶過厚的問題，與深槽四托輥布置的方式無法相適應。

兩臺前后搭接布置的方式，投入較小，安裝簡便，其較小的膠帶厚度符合深槽四托輥布置的要求，故確定采用兩臺前后搭接布置的方式。然而，該種方式也有空間占用過大的缺點，因此需要通過直接搭接的方式來降低硐室的施工量。

3.2 輸送機的傳動參數

帶式的輸送機驅動滾筒所需的驅動力F計算過程如下所示:

式中：F

H——主阻力；

FSl——特種阻力；

FS2——特種附加阻力；

FST——傾斜阻力；

FN——附加阻力。

驅動滾筒軸功率的計算過程如下：

式中：PA——驅動滾筒的轉動效率；

η1、η2、η3——傳動效率、電壓降系數與功率的不平衡系數。

基于以上公式計算得出，所需功率為4689kW，皮帶輸送機驅動的驅動電機將使用3臺，其中每臺驅動電機的功率為1600kW。

4 電機拖動方式和具體設備分析確定

4.1 電機拖動方式

主斜井中大傾角帶式輸送機在作業過程中可能會產生一些不利影響因素，諸如運輸量超標、輸送機的慣性過大等等，存在一系列問題，比如輸送機慣性較大、運輸量超過標準負載等。假設通過軟啟動的方式，其具體為中、高壓變頻驅動的方式和機頭雙滾筒多電機驅動，確保驅動電機對膠帶產生的作用力正常，并且驅動電機不會在啟動過程中攻擊供電網絡。假設通過直接啟動的方式來驅動電機拖動，則會導致對輸送機膠帶產生的沖擊力過于大，不利于運行的安全，而且也將導致對供電網絡的攻擊。

4.2 設備的選擇分析

基于以上的分析，其主要的設備如表1所示。

表1 大傾角帶式輸送機中主要的設備型號和參數

5 研究結論

本文基于探究輸送機膠帶的橫截面受力，經分析研究后指出應將傳統的三托輥方式替代為深槽四托輥方式以提高效率。并且，通過輸送機膠帶中彎曲半徑的增加，其產生的摩擦阻力較大，能更好地滿足大傾角帶式輸送機的使用需求。除此之外，本文還對電機運行功率、輸送機的橫截面面積、輸送煤炭量、輸送速度以及電機功率等數值詳細地進行分析和計算，并得出相應的結果。在本文的具體研究過程中，選取斜井皮帶輸送機的布置設計為特定的研究對象，充分討論分析大傾角皮帶輸送機有關的關鍵技術、部件選型和相關設計的計算。研究結果實踐表明，主斜井現場的應用中，大傾角帶式輸送機數據輸送的過程相對穩定，其構造較為穩固，能夠有效促進礦井作業過程中運輸生產的效率。