試述煤礦井下帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)

周曉中

（唐山開(kāi)灤鐵拓重型機(jī)械制造有限公司，河北 唐山 063103）

概述

煤炭，因其特有的經(jīng)濟(jì)價(jià)格和豐富的儲(chǔ)藏量，越發(fā)受到大眾的喜愛(ài)。作為運(yùn)輸煤炭的重要工具——帶式運(yùn)輸機(jī)也隨著備受煤礦人的重視。目前，帶式運(yùn)輸機(jī)作為水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸工具目前已廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)中。

所謂煤礦帶式輸送機(jī)，實(shí)際上它是一個(gè)非常簡(jiǎn)便的輸送設(shè)備，它的速度非?？?容量也較大,高度節(jié)省能源,可以輸送大量的物料或原料,而且輸送能量可大可小,信賴(lài)度高,安全可靠。在煤礦運(yùn)送中，煤礦人正確的選擇和配置運(yùn)輸設(shè)備，合理的組織運(yùn)輸工作對(duì)礦床的開(kāi)采具有重要的意義。文章結(jié)合筆者所從事的工作，淺談下煤礦井下帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)及個(gè)人對(duì)其淺顯的認(rèn)識(shí)。供同行參考。

1.目前煤礦采用帶式輸送機(jī)的情況及特點(diǎn)

1.1 帶式輸送機(jī)使用情況。目前,煤礦使用量最多的一種機(jī)型是固定帶式輸送機(jī),其主要用于水平或傾角小于18°的場(chǎng)合。運(yùn)量1000～4500t/h,運(yùn)距 1000～8000m,帶速 2.5至5.6m/s,帶寬2200mm,驅(qū)動(dòng)總功率750～5550kW。在實(shí)際使用中為了降低膠帶強(qiáng)度要求和減小驅(qū)動(dòng)裝置尺寸,我們通常采用中間直線(xiàn)摩擦驅(qū)動(dòng)或中間卸載式驅(qū)動(dòng),并采用軟啟動(dòng)技術(shù)。

1.2 帶式輸送機(jī)特點(diǎn)。一般地，帶式輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件和磨損件僅為托輥和滾筒,輸送帶耐磨,壽命較為長(zhǎng),自動(dòng)化程度高,在使用中平均每公里不到1人,機(jī)油和電力也較少?，F(xiàn)在的帶式輸送機(jī)，輸送坡度一般可在20°以上,如用圓管式可達(dá)90°,可實(shí)現(xiàn)水平轉(zhuǎn)彎,可節(jié)省基建投資。另外,通過(guò)合理設(shè)計(jì)也可大量節(jié)約基建投資。但在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，由于運(yùn)動(dòng)部件自重輕,無(wú)效運(yùn)量少,在所有連續(xù)式和非連續(xù)式運(yùn)輸中,帶式輸送機(jī)耗能最低、效率最高。

2.帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

上世紀(jì)60年代，我們國(guó)家煤礦主斜井提升開(kāi)始使用帶式輸送機(jī),井筒傾角一般小于18°,運(yùn)輸距離和運(yùn)輸能力均比較差,隨著相關(guān)技術(shù)的突破和發(fā)展,帶式輸送機(jī)逐漸發(fā)展成熟并在斜井提升得到了良好的應(yīng)用。

據(jù)筆者所知，目前,我國(guó)煤礦將近九成的主斜井提升應(yīng)用帶式輸送機(jī),輸送機(jī)方案確定的合理性直接關(guān)系到煤礦投資和運(yùn)營(yíng)狀況,設(shè)計(jì)人員要科學(xué)計(jì)算、合理優(yōu)化。

2.1 帶式輸送機(jī)的選型。在煤礦運(yùn)輸中，合理選擇輸送帶對(duì)于減少設(shè)備和井巷投資,提高安全性以及縮短工期具有重要作用。輸送帶帶寬選取涉及到物料塊度與運(yùn)量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。帶寬首先要滿(mǎn)足塊度要求,即2X 0.2m≤B,(B為帶寬,X為煤的最大塊度),其次要滿(mǎn)足運(yùn)能的要求。在滿(mǎn)足運(yùn)能的情況下,選擇較小帶寬,同時(shí)在滿(mǎn)足帶強(qiáng)安全系數(shù)的前提下,盡可能提高帶速。

2.2 帶式輸送機(jī)的帶速選擇和計(jì)算。在這里需要特別說(shuō)明的是，提高帶速是提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，同時(shí)減小帶寬及帶強(qiáng),節(jié)省投資的有效方法。但存在的問(wèn)題是,提高帶速會(huì)降低托輥的壽命,增加托輥的成本。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的阻燃鋼絲繩芯膠帶的現(xiàn)狀說(shuō)明,提高帶速以降低對(duì)帶強(qiáng)的要求具有重大現(xiàn)實(shí)意義。筆者查閱資料表明,大運(yùn)量、長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)帶速保持在5～9m/s時(shí)綜合運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)。托輥等高質(zhì)量、高可靠性的部件是保證高帶速輸送機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的前提。

2.3 帶式輸送機(jī)的安全系數(shù)確定。輸送帶的安全系數(shù)，對(duì)帶式輸送機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性影響很大?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)以輸送帶的額定破斷強(qiáng)度為基礎(chǔ)，綜合考慮疲勞強(qiáng)度的大幅降低、由彎曲和伸長(zhǎng)導(dǎo)致的強(qiáng)度下降、接頭強(qiáng)度損失、起制動(dòng)工況下動(dòng)態(tài)張力的增加等因素，給出輸送帶的安全系數(shù)。

例如，DIN 22101—1982標(biāo)準(zhǔn)建議，鋼繩芯輸送帶的動(dòng)態(tài)安全系數(shù)為4.8～6.0，穩(wěn)態(tài)安全系數(shù)為6.7～9.5。其實(shí)，這種以輸送帶額定破斷強(qiáng)度為基礎(chǔ)的安全系數(shù)表示法很不直觀，且在概念上容易引起誤導(dǎo)。實(shí)際工程要求輸送帶的疲勞強(qiáng)度，在滿(mǎn)足工況最大張力的基礎(chǔ)上，具有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。最近的一項(xiàng)研究認(rèn)為，鋼繩芯輸送帶在脈動(dòng)循環(huán)10 000次以后的疲勞強(qiáng)度，是其額定破斷強(qiáng)度的36%，在此基礎(chǔ)上，標(biāo)準(zhǔn)給出了上述安全系數(shù)值。

2.4 注意事項(xiàng)

上面闡述了帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，但要注意，如果我們采用高精度托輥和高性能輸送帶會(huì)大大減小運(yùn)行阻力。我們知道，帶式輸送機(jī)的主要阻力是由托輥旋轉(zhuǎn)阻力和輸送帶前進(jìn)阻力組成的。隨著近年來(lái)托輥的結(jié)構(gòu)形式推陳出新，特別是采用高性能的專(zhuān)用軸承和高精度的密封圈，有效地降低了托輥的旋轉(zhuǎn)阻力。與此同時(shí)，輸送帶的面膠和芯膠材料也不斷更新，使輸送帶既有一定的成槽性，也有一定的膠面硬度和耐磨性。按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，主要阻力采用模擬摩擦系數(shù)，廠(chǎng)值進(jìn)行估算。DIN標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)建議，在通常工況下，f取0.017～0.020；按國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，f通常取0.020～0.025。

根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)可知，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦的模擬摩擦系數(shù)f值計(jì)算的主要阻力，在多數(shù)情況下偏大，較大程度地影響了輸送機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。

3.帶式輸送機(jī)操作要領(lǐng)

在實(shí)際煤礦生產(chǎn)中，如何有效操作帶式輸送機(jī)，是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。我們可以根據(jù)開(kāi)采工作面的需要，一般設(shè)置為首臺(tái)，由人工直接控制，當(dāng)采面出煤時(shí)，司機(jī)操縱工作面帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的“起車(chē)”按鈕，工作面帶式輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)煤流碰到安裝在機(jī)接近機(jī)頭位置的開(kāi)車(chē)傳感器時(shí)，給與工作面帶式輸送機(jī)搭接的轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)的控制單元發(fā)送開(kāi)車(chē)信號(hào)，控制轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)開(kāi)車(chē)，煤流碰到安裝在轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)接近機(jī)頭位置的開(kāi)車(chē)傳感器時(shí)，順控下一臺(tái)搭接帶式輸送機(jī)起車(chē)，依次類(lèi)推，直到最后一臺(tái)帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，把采區(qū)工作面的煤運(yùn)到煤倉(cāng)。

此外，有些集控時(shí)的起車(chē)方式是根據(jù)運(yùn)輸系統(tǒng)中各條膠帶機(jī)的運(yùn)長(zhǎng)、帶速測(cè)算出每部膠帶的煤流時(shí)間，設(shè)定各臺(tái)帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置順控下臺(tái)帶式輸送機(jī)起車(chē)時(shí)間，由“首臺(tái)帶式輸送機(jī)→中間轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)→末臺(tái)帶式輸送機(jī)”之間的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.帶式輸送機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

目前，為了適應(yīng)煤礦高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要，帶式輸送機(jī)的輸送能力要求不斷要加大。長(zhǎng)距離、高帶速等是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。比如說(shuō)，10a內(nèi)輸送量要提高到3000～4000 t/h，還速提高至 4～6m/s，輸送長(zhǎng)度對(duì)于可伸縮帶式輸送機(jī)要達(dá)到3000m。對(duì)于鋼繩芯強(qiáng)力帶式輸送機(jī)需加長(zhǎng)至5000m以上，單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率要求達(dá)到1000～1500 kW，輸送帶抗拉強(qiáng)度達(dá)到6000N/mm（鋼繩芯）和2500 N/mm（鋼繩芯）。尤其是煤礦井下順槽可伸縮輸送技術(shù)的發(fā)展，隨著高產(chǎn)高效工作面的出現(xiàn)及煤炭科技的不斷發(fā)展，原有的可伸縮帶式輸送機(jī)，無(wú)論是主參數(shù)，還是運(yùn)行性能都難以適應(yīng)工作面的要求，煤礦現(xiàn)場(chǎng)急需主參數(shù)更大、技術(shù)更先進(jìn)、性能更可靠的長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率順槽可伸縮帶式輸送機(jī)。

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