大傾角帶式輸送機防飄帶裝置的優化設計研究

曹 宇

（晉能控股煤業集團機電管理部，山西 大同 037003）

1 工程概況

晉能控股煤業集團劉家梁礦核定生產能力為240 萬t/a，8115 工作面位于301 采區，主要開采4號煤層，煤層厚度為1.31～5.43 m，平均厚度3.21 m，煤層傾角為1°～25°，平均傾角12°。8115 工作面底抽巷大傾斜帶式輸送機在設計時，會出現變坡點突然抬升20°以上的狀況。變坡點中間位置抬高，帶式輸送機設備易發生飄帶現象。為保障8115 底抽巷帶式輸送機的運行安全，防止飄帶現象的發生，保證人員和設備安全，對其進行防飄帶優化設計。

2 大傾角帶式輸送機設計初始方案分析

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設計參數見表1。

表1 8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機設計參數

2.1 初始設計“方案一”分析

初始設計“方案一”：8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機整機設計為DTII 帶式輸送機，平巷段設計為35°上槽型托輥組，間距1.5 m；采用平行下托輥組。變坡點抬升角度20°，承載托輥采用60°深槽雙排四聯V 形托輥組裝置，采用頭部集中驅動。

帶式輸送機在通過凹弧段時，容易出現飄帶現象，通過凹弧段時張力較大，輸送帶易向上抬起，從而造成帶式輸送機發生飄帶現象，輸送帶脫離托輥引起撒料、跑偏等安全事故。選擇在空載工況下最容易發生飄帶現象的情況下對輸送帶凹弧段曲率半徑進行計算校核。凹弧段曲率半徑經驗計算公式為：

式中：R2為凹弧段曲率半徑，m；Fx為凹弧段起點處輸送帶張力，N；qb為輸送帶質量，kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

經計算可得凹弧段曲率半徑R2≥4.91 m，即凹弧段最小曲率半徑為4.91 m。經計算在保障不發生飄帶的情況下抬升高度至少為7.8 m，而8115 工作面底抽巷道高度僅為3.6 m，因此在8115 工作面底抽巷變坡點位置帶式輸送機輸送帶與巷道頂板兩者間會發生干涉問題。

設計采用減小凹弧段曲率半徑、安設壓帶輪的技術措施來降低帶式輸送機輸送帶在變坡點的抬升高度，如圖1 所示。設計壓帶輪尺寸大小為Φ400 mm×70 mm，兩側倒角5×45°，在凹弧起始段和中間位置安裝2～4 組壓帶輪，壓帶輪通過U 形螺栓固定在帶式輸送機中間架上，安裝位置任意可調。安裝情況如圖2。

圖1 壓帶輪結構示意圖

圖2 帶式輸送機壓帶輪安裝示意圖

該設計方案不足之處：設計的壓帶輪阻礙大塊煤料和矸石的順利通過，運輸過程中因壓帶輪的阻礙導致輸送帶局部受力變大，進而發生輸送帶跑偏現象；壓帶輪與輸送帶的頻繁摩擦會導致輸送帶產生安全隱患，發生輸送帶撕裂事故。

2.2 初始設計“方案二”分析

8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設計“方案二”：根據該大傾角帶式輸送機的主要技術參數，設計采用兩條帶式輸送機分段運輸方案。在巷道的平巷段1340 m 設計安裝第一條帶式輸送機，在變坡點20°設計安裝第二條帶式輸送機，兩條輸送機采用頭尾搭接方案，如圖3 所示。從圖中可知，可將第一條帶式輸送機機頭抬高，直接卸煤至第二條帶式輸送機機尾。

圖3 兩條帶式輸送機頭尾搭接方案示意圖

該設計方案不足之處：方案中需要采用2 條帶式輸送機及2 套配套的驅動裝置，設備的采購和運行成本大幅度增長，另外崗位人數及設備維護量增加。

3 大傾角帶式輸送機防飄帶優化設計方案

從8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設計方案可知，初始方案一和初始方案二都存在一定的問題。為有效防止大傾角帶式輸送機飄帶現象的發生，設計轉載式防飄帶方案。

3.1 上運凹弧段優化設計

根據8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設計方案，基于設備凹弧段半徑計算結果可知，需要采用設置多組壓帶輪的方案來防止帶式輸送機飄帶事故的發生，但是對輸送帶的磨損較大，會造成重大安全事故。

根據8115 工作面底抽巷走勢和高度等情況，設計大傾角帶式輸送機轉載式防飄帶優化方案。具體內容：設計一組H 型組合鋼架，讓H 型組合鋼架與改向滾筒進行彼此配合，實現原料的2 次卸載，如圖4 所示。

圖4 變坡點優化設計示意圖

在H 形組合鋼架上安裝改向滾筒，調整輸送帶繞帶方式。從圖4 可知，從煤料運行方向來看，輸送帶繞過第1 改向滾筒后保持原運行方向，經P 形清掃器和H 形清掃器后，繞過第2 改向滾筒仍保持原來運行方向。P 形清掃器安裝在第1 改向滾筒下方位置，對輸送帶煤泥進行清掃；H 形清掃器安裝在第1、第2 改向滾筒輸送帶中部下方位置，對輸送帶煤泥進一步進行清掃，保障第2 改向滾筒輸送帶上不粘結煤泥，防止輸送帶跑偏事故的發生。煤料轉載落入輸送帶上，在第1 改向滾筒正前方設置有緩沖床裝置，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。變坡后輸送機傾角高達20°，設計安裝有60°深槽四聯托輥組，增加煤料堆積角度和堆積深度，可大幅度提高煤料、輸送帶及其相互之間的摩擦力，防止煤料滑落。設計第3 改向滾筒即防飄帶的壓帶滾筒，當通過凹弧段張力較大時，起到防飄帶發生的作用。

3.2 下運大傾角帶式輸送機優化設計

下運大傾角帶式輸送機在大變坡角度位置也會發生飄帶現象，同樣將上運凹弧段優化設計應用于下運大傾角帶式輸送機，其優化設計情況如圖5 所示。60°深槽雙排四聯V 形托輥組、擋偏裝置、擋滾煤裝置、H 形鋼架、第1+第2+第3 改向滾筒、P 形清掃器、H 形清掃器等部件與上運凹弧段大傾角帶式輸送機變坡點優化設計基本一致；另外經過第2 改向滾筒后，在轉載落料區域設置有緩沖床，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。

圖5 下運大傾角帶式輸送機優化設計

4 主要運行參數和應用效果

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機采用2 臺TYBVFT-1000L-60（1000/1140）型礦用隔爆型永磁同步變頻調速一體機進行驅動，采用2 臺BPQJ-3×1000/1140 型礦用隔爆兼本質安全型組合變頻起動器，KZP-1000 型帶式輸送機用盤式制動裝置，NJZ280 逆止器。

2021 年5 月，對8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機上運、下運凹弧段進行了優化改造設計并投入到實踐應用。當前該工作面底抽巷大傾角帶式輸送機已安全穩定運行10 個月時間，運行期間未出現一起大傾角帶式輸送機的飄帶和跑偏事故，防飄帶裝置的應用效果理想，大傾角帶式輸送機防飄帶裝置的優化設計合理。

5 結語

針對劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設計方案當中存在的問題，對大傾角帶式輸送機防飄帶設計方案進行了優化，設計采用轉載式防飄帶設計方案。該優化改造方案從2021 年5月進行了實踐應用，已安全穩定運行10 個月時間，期間未出現一起大傾角帶式輸送機的飄帶和跑偏事故，有效地解決了8115 工作面底抽巷帶式輸送機平巷或小角度直接抬升至大角度時造成的飄帶現象。