雅店選煤廠運輸系統改造設計及應用

楊四軍

（彬縣煤炭有限責任公司， 陜西 彬州 713500）

引言

皮帶機是煤礦井下主運輸和地面選煤廠主運輸設備，也是礦井生產系統重要組成部分，由于礦井選煤廠擴能需要，需將原煤、矸石、精煤運輸系統進行相對應的改造。

1 雅店選煤廠及生產系統概況

雅店選煤廠隸屬于彬縣煤炭有限責任公司雅店煤礦，是礦井配套動力煤選煤廠。出井毛煤由主井井口房經101 皮帶機運至原煤倉儲存,然后經倉下給煤機和201 皮帶機給入篩分破碎車間，原煤先進入預先分級篩，篩孔Φ150 mm，篩上+150 mm 塊煤經檢查性手選后，給入破碎機破碎到-150 mm 后與分級篩選并經301 皮帶機運至主廠房進行分選。主廠房分選出的塊精煤、末精煤經三條精煤皮帶701、702、703 運至精煤倉儲存銷售，分選的矸石經901 矸石皮帶機運至矸石倉儲存外運；副產品煤泥經煤泥壓濾機系統壓制成煤餅在晾干場銷售。原選煤廠主要運輸系統如圖1所示。

圖1 選煤廠運輸系統示意圖

2 擴能后存在問題

雅店選煤廠擴能技能后，煤炭洗選能力由1 000 t/h 擴大到1 500 t/h，目前運輸系統運行主要存在問題有：201 原煤皮帶機運輸能力不足，原設計為1 350 t/h，達不到本次擴能要求；301 入廠皮帶機運輸能力不足，原設計為1 350 t/h，達不到本次擴能要求；901矸石皮帶機運輸能力不足，原設計為250 t/h，達不到本次擴能要求[1-2]；701、702、703 三條產品皮帶機運輸能力需要校核后確定，根據實際需要延長703 皮帶機尾至新系統處，延長后需要驗算；篩分車間手選矸崗位因矸石量大，每班次需4 人進行手工撿矸，勞動強度大。

3 運輸系統改造設計方案

根據雅店選煤廠擴能后的要求以及廠區原有運輸系統能力和設備布置，擬定運輸系統改造方案。101原煤皮帶機由于原設計能力1 515 t/h，且后續有3×15 000 t 的緩沖原煤倉，故不需要進行改造；201 皮帶機和301 入廠皮帶機由于運輸能力不夠，必須進行提升能力改造，鑒于皮帶棧橋尺寸無法變更等因素，可為皮帶提速擴能；考慮到篩分車間手選矸崗位勞動強度大，存在安全隱患等因素，方案中將大塊矸石全部破碎后進入主洗系統，可節省手工撿矸崗位人員，并停運801 大塊矸皮帶機；由于901 矸石皮帶運量的增加，必須對其進行擴能，根據系統要求需增至800 t/h的運量；701、702、703 三條產品皮帶機由于可以調節分配運量，校核三臺皮帶機的總運輸能力即可[3-4]。

4 設備改造選型計算及校核

4.1 201 皮帶機改造選型

4.1.1 帶速確定

選煤廠入洗能力改造后為1 500 t/h，據此皮帶機運輸能力應大于1 500 t/h，由于僅對設備進行改造，富裕系數不宜取過大，可取1.1 倍的富裕系數，改造后201 皮帶機運輸能力達1 515 t/h 即可。201 皮帶機原參數為帶寬B=1 200 mm，皮帶機長度L=146 m，其中平段長度71 m、斜長度75 m，運量Q=1 350 t/h，帶速v=3.15 m/s，皮帶機傾角β=0°~16.5°，入料粒度為0~300 mm，驅動布置形式為機頭驅動，中間拉緊，減速機采用M3RSF60+N+壓力潤滑，減速比i=25，電機高速軸連接YOXII560 型液力偶合器，驅動電機選用YB2-355M1-4 型185 kW，660 V 防爆電機。依據皮帶機的運輸能力計算公式Q=3.6 qv 可知，運量與速度成正比關系，為了簡化計算過程，根據比例關系則擴能后的帶速公式為：

將Q后=1 515 t/h，Q=1 350 t/h，v=3.15 m/s 代入式（1）可得：改造后201 皮帶機帶速為v后=3.53 m/s。并據此驗算皮帶機各主要部件是否符合要求。

4.1.2 基本參數的計算

1）所選膠帶為帶寬1 200 mm 的鋼絲繩芯膠帶，所選膠帶的單位長度輸送帶質量qd=43.92 kg/m。

3）皮帶機配套上托輥通常為沖壓槽型托輥，間距1.5 m，下托輥為沖壓平行托輥，間距3 m，則上托輥和下托輥的轉動線質量分別為q1=13.33 kg/m；q2=18/3=6 kg/m。

4）托輥運行阻力系數為重載段系數ω=0.03；空載段系數ω'=0.03。滾動軸承處于正常溫度，一般塵埃的環境。

4.1.3 運行阻力計算

阻力計算公式為：

1）傾斜段重載運行阻力Wzh1=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=36 787.40 N。

2）水平段重載運行阻力Wzh2=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=3 683.84 N。

3）傾斜段空載運行阻力Wk1= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=-7 682.98 N。

4）水平段空載運行阻力Wk2= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=1 195.15 N。

4.1.4 皮帶機各點受力分析及計算

根據201 皮帶機布置及膠帶的纏繞方式，繪制皮帶機分段受力圖如圖2 所示。

圖2 201 皮帶機膠帶纏繞及受力點分析圖

為了分析計算系統受力情況，把上述系統中分為8 個受力點，分別標記為1、2、3、4、5、6、7、8。其中輸送帶在滾筒上受到的阻力段為3-4 段、6-7 段、8-1 段，阻力分別用W3-4、W6-7、W8-1表示，阻力大小由經驗公式計算：

式中：S1、S2、S6、S8分別為輸送帶在各點上的張力，N。

用逐點計算法找出S1與S8的關系：

按照摩擦傳動的條件可得，S1與S8應該滿足下列關系：

式中：e 為自然對數的底數；f 為滾筒與輸送帶之間的摩擦系數，與滾筒的表面材料及空氣的干濕程度有關系，滾筒采用的是包膠處理，取0.4；α 為滾筒與膠帶之間的包圍角，用弧度表示，由于輸送帶傾斜段運輸長度較長，取180°，換算成弧度制為3.14；n 為摩擦力備用系數，取1.15。

則將各參數數值帶入式（7）得：

將式（3）—（6）聯立后，并帶入數值得：

聯立式（8）和（9）計算得：S1=48984.61N；S8=13955.73N。

4.1.5 其他阻力

清掃器、導料槽等其附屬阻力，為了簡化計算，按摩擦系數0.1 倍的S1計算。即：WN=0.1×48 984.61=4 898.46 N。

4.1.6 驗算電機功率

當皮帶機滿載運行時，運行總阻力為：Ff=S1-S8+0.04×S1+WN=41 886.72 N。

皮帶機的電機軸功率為：

式中：v 是輸送帶的運行速度，取3.53 m/s；η 為驅動系統的機械效率，取0.85。

將相關數據代入式（10）得：N0=173.95 kW。

電動機選型時，要考慮到15%的功率備用系數，則所需電機功率N=1.15×173.95=200.05 kW。

原201 皮帶機配套電機功率為185 kW 不能滿足要求，改造后可將電機功率增大至220 kW。為了保持與原有安裝尺寸和電壓等級一致，選擇電機型號為YB2-355M1-4 型220 kW、660 V 防爆電機。

4.1.7 減速機型號驗算

根據電機轉速、帶速、驅動滾筒直徑可計算出配套減速機的傳動比22.2。其中n 為轉速；D 為驅動滾筒直徑。

改造后，需將原減速機速比進行降低低于22.2即可，更換為M3RSF60+N+壓力潤滑，減速比i=20。

4.1.8 膠帶型號驗算

由于皮帶機為有一定傾角、大運量固定帶式輸送機，對接頭安裝不頻繁，但對輸送帶的強度要求較高。在選擇時，首先考慮高強度的采用硫化接頭的鋼絲繩芯輸送帶。

式中：B 為輸送帶的寬度，取1.2 m；Gx為輸送帶的破斷強度，N/m；Smax為輸送帶的最大張力，前節已計算出輸送帶的最大張力點在1 點，最大值為48 984.61 N；安全系數取9。

將數值代入式（11）得：GX=367.38 kN/mm。

原皮帶機配套膠帶型號為ST1600 型的鋼絲繩芯膠帶，帶強為1 600 kN/mm，滿足要求，無需更換。

4.2 301 皮帶機改造

301 入廠皮帶機原帶寬為1 200 mm，機長85.75 m，運輸能力為1 350 t/h，帶速為3.15 m/s。按計算后可得：運輸能力由1 350 t/h 提升至1 515 t/h 后，在帶寬不變的前提下，需將帶速提升至3.53 m/s 以上。更換原有185 kW 電機為220 kW 電機，配套的減速機更換為M3RSF60+N+FAN，減速比i=20，其他不變[5]。

4.3 901 皮帶機改造

主廠房至矸石倉的矸石皮帶機，由于矸石量大幅增加，按系統要求約為800 t/h。原皮帶機運量僅為250 t/h，需要整臺更換。根據矸石棧橋坡度和長度，經計算最終確定901 矸石皮帶機各參數選型如下：帶寬為1 000 mm，皮帶機長93 m，運輸平均坡度為15°，帶速為2.5 m/s，電機功率選132 kW，電壓等級660 V；皮帶機運輸能力為820 t/h。

4.4 701、702、703 皮帶機驗算

產品皮帶機701 皮帶運量為450 t，主要擔負塊精煤的運輸工作，本次系統改造由于塊煤量不變，能滿足要求，無需改造；702 和703 皮帶機主要擔負末精煤的運輸工作，系統改造后，末精煤產量由500 t/h增加至1 000 t/h，701 原運輸能力為300 t/h，703 運輸能力為710 t/h，合計末精煤運輸能力為1 010 t/h，總能力滿足要求，由于選煤廠系統對產品可以進行分配調整，只要總能力滿足要求即可，不需進行改造。根據新增末煤洗洗系統安裝位置，需要將703 皮帶機機尾延伸30 m 與系統搭接，經驗算，703 皮帶機延伸30 m驅動裝置及膠帶無需改造。

4.5 篩分車間破碎機改造

系統改造后，選煤廠的整個洗選能力增大，篩分車間的原有的大塊矸石破碎機也無法滿足要求，原破碎能力為50~100 t/h，改造后根據系統工藝要求，需撤除人工撿矸環節，即全部大矸石進入破碎機破碎。需將破碎能力增至280 t/h 以上。由于車間空間限制和入料塊型較大（300 mm）等因素，選用外形尺寸緊湊，入料粒度大的雙齒輥式破碎機。經計算破碎機選擇參數如下：TCCH800PMV 型雙齒輥矸石破碎機，處理量Q=300 t/h，入料粒度300 mm，配套電機型號為YB3-315S-4 110 kW 的隔爆型異步電動機，電壓等級380 V[6]。

5 結語

雅店選煤廠運輸系統的改造與選煤廠末煤洗洗系統改造同步進行，改造后，經選煤廠所有系統至2019 年運行至今，原煤運輸能力、矸石運輸能力以及精煤運輸能力均滿足整個系統要求，使選煤廠入洗能力達到1 500 t/h 的設計要求。同時，在篩分車間更換了破碎能力較大的雙齒輥破碎機后，將原手選矸崗位的每班次4 人，降為每班次1 人，三個班次總減員9人，符合煤炭行業的“少人則安、無人則安”的管理理念，也降低了選煤廠的人工成本。本次改造完全滿足雅店選煤廠擴能需求，達到了預期目標，保障了選煤廠的安全生產，也為其他類似選煤廠或煤礦運輸系統的擴能、改造提供了經驗和參考。