選煤廠帶式輸送機輸煤裝置的優化設計*

尹學輝

(晉能控股煤業集團大地選煤工程有限責任公司，山西 大同 037001)

0 引 言

管狀帶式輸送機廣泛應用于國內鋼鐵、煤炭、水泥等行業的散料輸送，取得了較好的經濟效益和社會效益，具有長距離、連續化、大型化、系統化和成套化等特點。管狀帶式輸送機的O型圓管狀結構確保了物料輸送的封閉性，相比傳統帶式輸送機，提高了傳輸效率[1]。但是，傳統帶式輸送機傳輸效率較低，運輸成本較高。因此，筆者從工作傳輸效率、綠色節能、結構布置等方向對帶式輸送機的輸送裝置系統進行優化設計，通過應用優化后的輸送系統，發現相比原輸送結構，傳輸成本降低了20%，為選煤廠輸煤設備高效化發展提供了一定的參考建議。

1 輸煤裝置系統概況

大地選煤廠的帶式輸送機安裝在礦井出煤口，地處山溝的半山腰上，其出煤口與溝底的距離大約30 m。為提高長距離輸煤效率，并且保證輸送裝置平穩安全工作，采用了管狀帶式輸送機，它既可適應復雜的地質形式，也可以減少對生態環境的破壞和污染，其通過空中架設輸送帶，有效地調整了廠區內交通擁堵問題，最重要的是提高了運輸效率，極大地節約了時間成本。帶式輸送機的輸煤裝置系統根據該廠地形進行布置，高架輸送帶通道按照廠區自然地形架設支撐架[2]，此外，由于遠距離傳輸，該輸煤裝置需布置四套驅動裝置，形式采用液壓拉緊原理，保證輸煤系統的平穩高效運行，同時在輸煤裝置兩端需設置轉載運輸站，方便煤炭物流的持續運輸。帶式輸送機輸煤路線如圖1所示。

圖1 帶式輸送機輸煤路線圖

2 帶式輸送機輸煤裝置的優化設計

2.1 輸送結構優化

常見帶式輸送機的輸送帶結構為敞口平鋪式設計，如圖2所示，物料的運輸過程中常常會受限于氣象變化，并且很容易出現物料撒落和揚塵問題，不僅危害生命安全、造成環境破壞，同時也影響物流的傳送量，影響經濟效益。現將傳統的敞口式輸送裝置改造設計成封閉式輸送裝置，其承載端和非承載端都設計為管狀形式，如圖3所示，管狀結構的設計可以使物料在管道內傳輸，不會出現物料撒落和揚塵現象，在保證物料純凈度的同時，還能避免了物料受氣象環境的影響，此設計符合環保節能的要求，節省了傳統帶式輸送機的走廊通道建設費用。此外，為了防止煤塊落入輸送帶與滾筒的結合處，需要在輸送帶尾部安裝防卷煤保護裝置，該裝置可以提前預警異物或者尖銳物料對輸送帶的損傷，使用紅外線傳感器、接近開關、超聲波傳感器等設備裝置可以有效保護輸送帶，保證輸送帶正常高效運行，如圖4所示為輸送帶防卷邊裝置示意圖。

圖2 管狀輸送機傳統帶 圖3 優化后管狀輸煤結構示意圖

圖4 輸送帶防卷邊裝置示意圖

2.2 輸煤裝置布局優化

在地形高差不可以避開的情況下，管狀帶式輸送機不需要重新設立轉載站，也無需在輸送機上增設轉彎裝置，這是由于該輸送機的輸送帶為圓管結構形式，這樣的布置可以在水平和垂直面內實現轉彎。此結構布置可降低橫向剛度，在空間做任意方向的轉彎時可使用小曲率半徑實現，根據地形的起伏架設支架可直接繞開廠區內的障礙以及建筑廠房，完成三維空間布置，減少了輸送機裝備的數量，只需要一條輸送帶配備驅動裝置則可以完成物料向選煤廠的輸送，降低企業的基礎成本和維修成本，同時提高輸煤效率。

空間彎曲的布置格局既適應了該選煤廠地形設置，也提升了輸送效率，并且減少了多帶式輸送機的搭接轉載環節，極大地降低了工程施工難度，節約了成本。如果依照傳統的設計方法進行規劃，該地形需要設置配備四條槽型帶式輸送機，且需要進行搭接轉載才可以完成煤塊的輸送轉運。相反使用管狀帶式輸送機進行運煤，只用一條皮帶就可以完成礦井篩分樓到電廠轉載站之間的輸送，同時還可以降低土建工程量和設備故障失效率，極大程度地降低了運營成本和后期的維修成本。

2.3 大傾角輸送物料

常用敞開型帶式輸送機的輸送帶與托輥之間的傾角一般小于等于18°，與其相比，管狀帶式輸送機為大傾角，設計大于等于18°，如圖5所示。所運輸的物料則封閉在輸送帶內，這種結構設計可以增加輸送帶內表面與物流之間的接觸面積，同時增加了兩者之間的側壓力和摩擦力，進一步增大輸送帶傾角的同時，這也縮短了輸送帶的水平方向的寬度，經過測試發現，在同工況下，相比傳統型結構，管狀帶式輸送機的輸送效率提升了48%。

圖5 大傾角托輥組

3 優化后輸煤裝置的特性分析

3.1 輸送特性

管狀帶式輸送機的回程管道也可以進行物料傳輸，這實現了雙向傳輸物料的功能，同時該裝備的輸送帶結構架設在空中，可大幅減少占地面積，從經濟和工作效率方面都得到有效改善。礦井中開采出的煤炭可以通過輸送機運輸到洗煤、篩煤、壓濾等設備中，同時經過分類篩選，壓濾過的煤炭也能通過輸送機反向傳輸到洗煤裝備中進行二次洗煤，整個工藝流程為閉環，不需要轉運物料，物料在空中的輸煤裝置中就可以完成洗煤到選煤的完整工藝流程。

3.2 物料粒度

優化后的輸送帶結構為O型，可以將物料緊緊的包覆在輸送帶中，由于輸送膠帶的結構為O型，因此在原煤的傳輸過程中會對物料的塊徑有一定的限制和要求，規定管狀輸送帶的直徑比例應大約為物料塊徑的三倍。針對大地選煤廠，從礦井開采出的原煤，提升到轉運站，到達轉運站經過篩分再進行傳輸，要求篩分破碎后的原煤塊徑小于28 mm，根據此規格，配置管狀帶式輸送機，要求輸煤管狀結構的直徑最小值為900 mm，進而計算得到輸送膠帶的寬度B為[3]：

(1)

式中：D為管狀結構的直徑。

4 優化方案驗證

大地洗煤廠的實例驗證主要從環保節能、工作運轉、后期維護等三方面著手，分別對比了優化前后的管狀輸煤裝置和傳統敞口型的輸煤裝置的應用情況，統計結果如表1所列。

表1 優化前后輸煤裝置成本計算對比 萬元/a

從表1可以發現，管狀帶式輸送機的設備單價采購成本要高于傳統帶式輸送機，但綜合比較洗煤廠的整個輸煤系統，傳統帶式輸送機還需要配置全封閉走廊、除塵裝置以及轉載站，而管狀帶式輸送機不需要上述搭配裝置即可獨立完成輸煤工作，相比之下，優化后的輸煤裝置可減少38%的投資成本，經過長期的調研和數據統計分析(生產運營、維護成本)，優化后的輸煤裝置占總投資和運營成本的15%，而傳統的輸煤裝置占總投資比重的35%，大幅度節約了經濟成本，提高了經濟收益。

5 結 語

對傳統帶式輸送機的輸煤裝置進行了優化設計，將其改造為管狀帶式結構，該結構不受傾角約束，可彎曲布置，可實現封閉式雙向運輸，同時減少廊橋段基礎投資，提高經濟效益。通過與傳統帶式輸煤裝置系統進行了應用對比，優化后的管狀輸煤裝置運輸條件簡單，不受地形限制，并且無需配置過多的轉載站和連接廊橋，可為洗煤廠節約38%的基礎投資。管狀輸煤裝置可雙向輸送物料，并且維護運營成本低，遠距離輸送原煤或者篩分好的煤塊時，無需再連接帶式輸送機，輸送效率高，相比優化前的生產運營成本，優化后提高了20%。此項優化設計改造具有一定的借鑒推廣價值。