臧明

（安徽馬鞍山馬鋼（集團(tuán)）南山礦業(yè)公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

半連續(xù)開采工藝既有連續(xù)開采工藝的特點(diǎn)又具有間斷開采工藝的優(yōu)勢，可以兼顧礦巖的破碎和連續(xù)性運(yùn)輸。同時(shí)具有：易于實(shí)現(xiàn)自動控制，利于環(huán)保，消耗低，符合國家節(jié)能減排政策，被稱為“最有生命力”的露天開采工藝。國家級鐵礦石綜合利用示范基地-馬鋼南山礦業(yè)公司高村采場圍巖半連續(xù)系統(tǒng)于2015 年建成投產(chǎn)。受露天礦開采環(huán)境特定條件的約束，出現(xiàn)了一些影響系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的問題，制約了系統(tǒng)效能發(fā)揮。

1 問題背景

高村半連續(xù)系統(tǒng)主要有始端—原料倉+美卓VF661 棒條振動給料機(jī)+C160 顎式破碎機(jī)、分選主機(jī)—CTDG1525 型永磁干式磁選機(jī)、終端主機(jī)—PLK1700.50+40型排土機(jī)及11條運(yùn)輸膠帶運(yùn)輸機(jī)組成。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)高村采場的圍巖運(yùn)輸，先用礦用自卸汽車運(yùn)至采場-30 m 粗破碎站原料倉，經(jīng)過棒條給料機(jī)至顎式破碎機(jī)碎成300 mm 以下粒度，通過膠帶運(yùn)輸至分選主機(jī)分選，分選出的粗精礦作為下道干選工序的原料再利用，圍巖經(jīng)膠帶運(yùn)輸至終端——排巖機(jī)（位于+175 m 排土場）堆排至排土場，見圖1。

圖1 高村半連續(xù)系統(tǒng)流程示意圖

高村半連續(xù)系統(tǒng)11 條皮帶總長度近3000 m，2#和6#皮帶機(jī)為排巖工藝段中長距離、大提升高度的高陡坡皮帶，其中2#皮帶水平長度為727.25m，提升高度103.312 m，最大爬坡傾角14.016°；6#皮帶水平輸送距離為526.824 m，提升高度109.725 m 最大爬坡角度13.766°。由于這兩條皮帶為露天作業(yè)，在雨天生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)打滑、跑偏現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)重負(fù)荷停車時(shí)“倒溜”的事故。6#皮帶還先后發(fā)生了三起減速機(jī)高速軸斷軸事故，分別發(fā)生于2016 年2 月28 日、3 月12 日和2017 年1 月9日。在雨天突發(fā)情況下，重負(fù)荷停車時(shí)，皮帶出現(xiàn)“倒溜”現(xiàn)象，皮帶打滑冒煙，存在很大安全隱患。該系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障即造成全線停產(chǎn)，同時(shí)嚴(yán)重影響整個(gè)露天采場的剝巖生產(chǎn)，造成的損失巨大。

2 事故評估分析

為保證6#皮帶機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需對斷軸事故及“倒溜”事故作出評估。以下為對6#皮帶機(jī)驅(qū)動部分的運(yùn)行評估分析和解決實(shí)施方案。

2.1 運(yùn)行情況分析

截至2017年1月9日，6#皮帶機(jī)共運(yùn)行3420 h，輸送含鐵圍巖219.64 萬t。表1 為根據(jù)斷軸節(jié)點(diǎn)分析的6#皮帶生產(chǎn)運(yùn)行情況（根據(jù)現(xiàn)場分析，結(jié)合時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將2016 年2 月28 日、3 月12 日斷軸事件歸為一次系列事件）。

表1 斷軸節(jié)點(diǎn)分析

根據(jù)表1 分析，6#皮帶機(jī)分別運(yùn)行1367 h 和2053 h 后發(fā)生斷軸故障，臺時(shí)能力兩區(qū)間時(shí)間段保持穩(wěn)定，均在640 t/h 左右。無論是運(yùn)輸量，或是運(yùn)行臺時(shí)，區(qū)間2和區(qū)間1數(shù)值的比值均在1.5左右。

2.2 設(shè)備情況及故障原因分析

根據(jù)設(shè)計(jì)方提供資料，6#皮帶設(shè)計(jì)處理能力為1778 t/h，輸送帶最大張力為430 kN。根據(jù)6#皮帶所處地形情況，運(yùn)輸距離，爬坡仰角，設(shè)計(jì)方所選用的電機(jī)及液力耦合器在理論上是完全能滿足輸送功率的需求的。4#分選回收粗精礦皮帶做延長改造工作期間，對永磁干式磁選機(jī)的磁滑輪磁系調(diào)整為不參與分選位置生產(chǎn)了一個(gè)月左右，臺時(shí)能力為1000～1200 t/h。

根據(jù)三次斷軸的實(shí)際故障點(diǎn)情況的判斷，斷軸點(diǎn)都處于同一位置，處于高速軸軸承的端面處垂直斷裂，且斷面比較平齊（見圖2）。

根據(jù)斷口圖片可看出斷口表面有較明顯的貝殼狀花樣，屬于典型的疲勞斷裂。斷口由疲勞裂源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬間斷裂區(qū)三個(gè)區(qū)域組成。就高速軸疲勞斷裂分析原因：(1)此型號的減速機(jī)為硬齒面減速機(jī)，減速機(jī)輸入軸直徑較細(xì)，雖然計(jì)算強(qiáng)度時(shí)可以通過，但因軸本身很細(xì)，因此在軸的直徑變化處應(yīng)力集中嚴(yán)重并發(fā)生疲勞破壞；(2)設(shè)備部件規(guī)格并非是越大越有利，尤其是液力耦合器的規(guī)格常參考電機(jī)功率，大多數(shù)設(shè)計(jì)部門計(jì)算膠帶機(jī)功率時(shí)的系數(shù)選擇很保守，導(dǎo)致液力耦合器的規(guī)格偏大；(3)電機(jī)軸可以承受徑向載荷，減速機(jī)高速軸一般不承擔(dān)徑向載荷，規(guī)格偏大的液力耦合器及其配套的制動輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的徑向載荷，對高速軸的傷害很大。(4)一般高速軸的自振頻率都是很高的，但是液力耦合器的重量作用在高速軸上引起整個(gè)軸系自振頻率下降，當(dāng)頻率下降接近1500 r/min時(shí)，就會產(chǎn)生斷軸的危險(xiǎn)。

圖2 斷口照片

第一次斷軸時(shí)間跨度明顯小于后期的分析：（1）半連續(xù)運(yùn)行前期，因系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備細(xì)節(jié)尚不完善加之操作工技能程度不夠，造成重負(fù)荷停機(jī)次數(shù)較后期頻繁；（2）前期有較長一段時(shí)間的全負(fù)荷排巖生產(chǎn)，大塊永磁干選機(jī)不參與分選，所有物料全上尾礦皮帶。

3 解決方案

（1）據(jù)設(shè)備故障原因分析，將原設(shè)計(jì)的6#雙驅(qū)動改造為三驅(qū)：①利用現(xiàn)有驅(qū)動的2 臺450KW 電機(jī)配750 液耦，加1 臺315 kW 電機(jī)配600 液耦，配3 臺M3PSF90 型SEW 減速機(jī)，改善高速軸的承載能力，避免斷軸故障；②在改造后的315 kW 的單驅(qū)動滾筒改為雙出軸，一端聯(lián)結(jié)驅(qū)動減速機(jī)，一端安裝逆止器，即，將6#皮帶機(jī)變?yōu)殡p逆止器，充分利用驅(qū)動滾筒的大包角有效摩擦面，消除“倒溜”故障。③應(yīng)對上述情況進(jìn)行電氣改造，增加一套控制操作箱和高壓控制柜，PLC程序新增部分程序段，按照技術(shù)要求電機(jī)有序啟停，為3 個(gè)電機(jī)運(yùn)行設(shè)計(jì)安全聯(lián)鎖和保護(hù)，1#和2#驅(qū)動電機(jī)同時(shí)啟動，3#驅(qū)動電機(jī)延遲0.5 s 啟動，在PLC 程序中對3 臺電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)加以聯(lián)鎖保護(hù)，確保3臺電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)保持一致，保障6#皮帶的電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全 可靠（見圖3）。

圖3 改造前后的電氣流程圖

圖4 重負(fù)荷下的皮帶“倒溜”事故

(2)針對2#、6#皮帶雨天生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)打滑、跑偏，雨天生產(chǎn)多次出現(xiàn)重負(fù)荷停車“倒溜”的事故，每次事故都要花4～5 h處理皮帶后尾的積料，而且存在很大的安全隱患。結(jié)合現(xiàn)場情況綜合分析，造成重負(fù)荷皮帶倒溜的主要原因有：雨天生產(chǎn)，雨水進(jìn)入二層皮帶，因雨水的侵入，加之皮帶經(jīng)一年多的使用后，背面膠層硬化，摩擦系數(shù)降低，造成皮帶倒溜（見圖4）。運(yùn)行造成很大的影響。為解決這一問題，觀察膠帶在帶料時(shí)的跑偏情況及跑偏點(diǎn)，測量跑偏量并做出記號；取普通吊掛式托輥一只，配置角鋼托架（可拆卸式連接，方便更換托輥）制成糾偏裝置；在膠帶處于吊掛托輥正中位置時(shí)，將糾偏托輥側(cè)母線與膠帶邊緣垂直，并留出80 mm 距離后，取槽鋼將糾偏裝置與托輥支架焊接牢固即可；且此種糾偏輥應(yīng)在膠帶兩側(cè)對稱分布（見圖5），通過實(shí)際使用驗(yàn)證，效果良好。

找出主要原因后，首先對2#、6#皮帶在二層皮帶上方加裝多道清掃器，最大限度降低因露天運(yùn)輸雨水的侵入；同時(shí)對皮帶的配重進(jìn)行適當(dāng)增加，以提高皮帶與止動滾筒接觸面之間的正壓力，從而加大摩擦力；并對驅(qū)動抱閘進(jìn)行合適調(diào)整，多管齊下，解決了這一問題。

(3)雨天運(yùn)行皮帶跑偏撒料（尤其是塊狀物料偏多時(shí)，爬坡皮帶撒料情況尤其嚴(yán)重）的問題，造成灑落的塊狀物料掉入二層皮帶隨皮帶一起進(jìn)入尾部滾筒，會造成皮帶被杠通洞或撕裂，對皮帶的安全

圖5 皮帶的糾偏裝置

（4）針對目前市場常用的接觸式皮帶打滑報(bào)警裝置運(yùn)行狀況不佳的情況，對2#和6#皮帶加裝了自行設(shè)計(jì)制作的非接觸式打滑保護(hù)電氣裝置，在皮帶打滑時(shí)自動報(bào)警停機(jī)，消除因打滑造成摩擦起火的安全隱患（見圖6）。

圖6 打滑保護(hù)電氣裝置

4 方案成效

4.1 驅(qū)動優(yōu)化改造

①每次斷軸處理所需備件費(fèi)用為2 萬元，電機(jī)修理費(fèi)用5萬元；汽車運(yùn)輸、吊車臺班及維修人員費(fèi)用為1萬元。

②每次斷軸處理耽誤生產(chǎn)5天，影響廢石外銷，每天約1.5萬t，每噸約5元。

③根據(jù)實(shí)際運(yùn)行發(fā)生故障的周期計(jì)算每年出現(xiàn)2次斷軸故障。

④效益估算：2×（2+5+1+5×1.5×5）=91萬元

4.2 安全保護(hù)系統(tǒng)改造

每次耽誤生產(chǎn)4 h，每小時(shí)1000 t，5 元/t；每次清理需10 人左右，100 元/人；按未處理之前的頻次計(jì)，每條皮帶每年3次左右。

效益估算：2×3×（4×1000×5+10×100）÷10000=12.6萬元

合計(jì)：91萬元+12.6萬元=103.6萬元

5 總結(jié)

通過一系列創(chuàng)新方案的設(shè)計(jì)實(shí)施，對露天采場高陡坡皮帶各項(xiàng)性能進(jìn)行優(yōu)化改造，獲得了良好的效果。確保了此類長距離、大提升高度的皮帶的安全穩(wěn)定運(yùn)行。