陳洪亮

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

陳洪亮

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

結(jié)合元南支線長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)中遇到的問題，從線路選擇、工藝流程、長距離帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)、長距離帶式輸送機(jī)急停防溢煤措施、輸送系統(tǒng)與既有建構(gòu)筑物的銜接、穿越采空區(qū)設(shè)計(jì)方案、同時(shí)穿越高壓線和公路的方案等方面詳細(xì)介紹了長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)理念。

長距離帶式輸送機(jī)；輸送系統(tǒng)；工程設(shè)計(jì)

0 引言

近年來，長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)以其自動(dòng)化程度高、運(yùn)輸成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)在煤炭輸送領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。與以往的帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)相比，長距離帶式輸送系統(tǒng)線路長度上的增加帶來的不僅僅是帶式輸送機(jī)長度的變化，而是帶來了輸送系統(tǒng)線路選擇、帶式輸送機(jī)參數(shù)選擇、克服復(fù)雜地質(zhì)地形條件、躲避穿越各類地面設(shè)施、與煤礦建筑物的銜接等諸多問題，這些問題相互獨(dú)立又彼此制約，共同影響著長距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合元南支線長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)（以下簡稱元南支線）的工程設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)中遇到的問題，介紹長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)理念。

1 線路選擇

元南支線起點(diǎn)分別為元寶灣煤礦和南陽坡煤礦，終點(diǎn)為五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)。元寶灣煤礦、南陽坡煤礦、五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)呈三角狀分布，元寶灣煤礦與南陽坡煤礦相距約2.9 km，元寶灣煤礦和南陽坡煤礦距五家溝煤礦分別為5.0 km和5.2 km。結(jié)合元寶灣煤礦與南陽坡煤礦之間相距較近且距五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)相對(duì)較遠(yuǎn)的地理位置分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)提出2個(gè)線路方案，方案示意圖如圖1。

方案1建設(shè)元寶灣煤礦至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)（“”線所示）和南陽坡煤礦至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)（“——”所示）兩條帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)，元寶灣煤礦和南陽坡煤礦的煤炭分別經(jīng)各自的輸送系統(tǒng)輸送至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)；方案2為建設(shè)1條起于元寶灣煤礦途經(jīng)南陽坡煤礦終到五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)的帶式輸送機(jī)輸送機(jī)系統(tǒng)（“——”和“——”所示），元寶灣煤礦的煤炭先輸送至南陽坡煤礦再與南陽坡煤礦的煤炭一起分時(shí)段輸送至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)。方案1與方案2南陽坡煤礦至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)部分的帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)線路基本相同，區(qū)別僅為元寶灣煤礦的煤炭是經(jīng)過南陽坡煤礦再輸送至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)還是直接輸送至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)。2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

圖1 方案示意圖

表1 輸送系統(tǒng)線路方案對(duì)比表

與方案1相比，方案2線路長度較短，帶式輸送機(jī)數(shù)量少，沿線采空區(qū)少，壓煤量小，沿線村莊、工廠等地物相對(duì)稀疏，征地難度小，設(shè)計(jì)施工難度小，運(yùn)行維護(hù)成本低，工程總投資低。綜合考慮，元南支線采用方案2進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 工藝流程及設(shè)備配置

元南支線主要工藝流程為：元寶灣煤礦圓筒倉內(nèi)煤炭通過倉下1101帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)載，由1102帶式輸送機(jī)長距離輸送至南陽坡煤礦東北側(cè)，進(jìn)入主運(yùn)輸系統(tǒng)1301帶式輸送機(jī)；南陽坡煤礦圓筒倉內(nèi)煤炭通過倉下1201帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入主運(yùn)輸系統(tǒng)1301帶式輸送機(jī)；主運(yùn)輸系統(tǒng)由1301、1302、1303和703（利用既有）4部帶式輸送機(jī)串聯(lián)搭接組成，其中1302帶式輸送機(jī)為長距離越野帶式輸送機(jī)；元寶灣煤礦和南陽坡煤礦的煤質(zhì)不同，主運(yùn)輸系統(tǒng)帶式輸送機(jī)分時(shí)段將元寶灣煤礦或南陽坡煤礦來煤運(yùn)往五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)，通過卸煤棧橋703帶式輸送機(jī)的卸料小車卸載至五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)，兩礦煤炭在五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)分區(qū)儲(chǔ)存。元南支線工藝流程如圖2。

圖2 輸煤系統(tǒng)工藝流程圖

元南支線年輸送能力6 Mt/a，帶式輸送機(jī)主要參數(shù)確定為運(yùn)量1 200 t/h[1]，帶寬1 200 mm，帶速3.55 m/s[2]。元南支線有1102和1302兩部長距離越野帶式輸送機(jī)，機(jī)長分別為2.9 km和4.7 km，其余均為機(jī)長不大于1 km的普通帶式輸送機(jī)。除陡坡險(xiǎn)溝處及轉(zhuǎn)載站附近設(shè)置棧橋以外，長距離越野帶式輸送機(jī)中間段采用機(jī)道形式，中間架依地勢(shì)敷設(shè)，既經(jīng)濟(jì)實(shí)用又可縮短施工周期。

1102和1302帶式輸送機(jī)線路依地勢(shì)而行，蜿蜒起伏，多次翻越陡坡險(xiǎn)溝，線路均呈先上運(yùn)后下運(yùn)、總體趨勢(shì)下運(yùn)的特點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算[2-3]，1102帶式輸送機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行軸功率為305 kW，最大軸功率為488 kW，卸載過程中存在短時(shí)發(fā)電工況，最大發(fā)電軸功率為155 kW，持續(xù)時(shí)間約450 s；1302帶式輸送機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行軸功率為653 kW，最大軸功率為739 kW，卸載過程中存在短時(shí)發(fā)電工況，最大發(fā)電軸功率為22 kW，持續(xù)時(shí)間約150 s。

考慮到啟動(dòng)、停機(jī)、制動(dòng)過程的可控性以及卸載過程中短時(shí)發(fā)電工況電能的消耗問題，1102和1302帶式輸送機(jī)采用多機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)方案[4]，變頻器配有電阻單元用以消耗短時(shí)發(fā)電工況下所產(chǎn)生的電能，同時(shí)變頻電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、正常運(yùn)行和停機(jī)過程的有效控制，合理降低啟停過程對(duì)帶式輸送機(jī)的沖擊[5]。多機(jī)驅(qū)動(dòng)計(jì)算分析結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，1102帶式輸送機(jī)采用頭一尾一、1302帶式輸送機(jī)采用頭二尾一的驅(qū)動(dòng)布置方案有效地降低了輸送帶的最大張力，提高了輸送帶的安全系數(shù)。尾部驅(qū)動(dòng)單元不僅能起到拖動(dòng)下帶面運(yùn)行的作用，在卸載和電氣制動(dòng)工況下尾部驅(qū)動(dòng)單元的制動(dòng)更為直接有效，并且能夠有效避免產(chǎn)生疊帶事故。因此1102和1302帶式輸送機(jī)分別采用頭一尾一和頭二尾一的驅(qū)動(dòng)布置方式，其輸送帶安全系數(shù)分別為6.86和5.96符合相關(guān)規(guī)范要求[6]。此外，1102和1302帶式輸送機(jī)尾部采用液壓盤式柔性制動(dòng)器作為停機(jī)輔助制動(dòng)，制動(dòng)器配有蓄能器和UPS電源，以防止系統(tǒng)斷電時(shí)制動(dòng)器緊急制動(dòng)造成事故。

1102和1302兩部長距離帶式輸送機(jī)托輥、輸送帶、物料等運(yùn)動(dòng)部分的總質(zhì)量大，在慣性的作用下其停機(jī)時(shí)間較長。以1302帶式輸送機(jī)為例，1302帶式輸送機(jī)停機(jī)時(shí)間約為250 s，而其下游1303帶式輸送機(jī)的停機(jī)時(shí)間僅為10 s。輸送系統(tǒng)急停時(shí)，1303帶式輸送機(jī)僅僅經(jīng)過10 s的時(shí)間就完全停止運(yùn)行，然而1302帶式輸送機(jī)在1303帶式輸送機(jī)停止運(yùn)行后還將緩慢減速運(yùn)行240 s，如不采取措施，在240 s時(shí)間差內(nèi)1302帶式輸送機(jī)運(yùn)來40 t的煤炭將很快堵滿溜槽，甚至堵滿轉(zhuǎn)載站，造成嚴(yán)重的轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆料事故。1102和1302帶式輸送機(jī)的機(jī)頭溜槽采用防堵塞自動(dòng)溢流溜槽[7]疏導(dǎo)急停時(shí)涌入機(jī)頭溜槽的煤炭。防堵塞自動(dòng)溢流溜槽是在溜槽中段側(cè)板設(shè)一個(gè)溢流門，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，溢流門在自重作用下緊閉；急停時(shí)，煤炭在溜槽中堆積至溢流門處后在重力作用下推開溢流門，經(jīng)溢流段溜槽疏導(dǎo)到轉(zhuǎn)載站外的地面上。防堵塞自動(dòng)溢流溜槽為機(jī)械式無源自動(dòng)溢流裝置，在系統(tǒng)失電急停時(shí)，仍然可以發(fā)揮作用。防堵塞自動(dòng)溢流溜槽解決了帶式輸送機(jī)停機(jī)時(shí)間差內(nèi)煤炭的去向問題，而且還能夠有效防止其他原因?qū)е碌牧锊鄱氯鹿?。與常規(guī)設(shè)計(jì)所采用的緩沖倉的方案相比，防堵塞自動(dòng)溢流溜槽取代了緩沖倉和給料機(jī)，使工藝流程簡單。

表2 1102和1302帶式輸送機(jī)最大張力及安全系數(shù)

3 輸送系統(tǒng)與既有建構(gòu)筑物的銜接

元寶灣煤礦圓筒倉、南陽坡煤礦圓筒倉以及五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)均為既有建構(gòu)筑物，建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮給元南支線預(yù)留接口，元南支線與之銜接需對(duì)其進(jìn)行改造。

1）元寶灣煤礦圓筒倉改造。元寶灣煤礦的圓筒倉由2個(gè)直徑18m的5 000 t圓筒倉組成，每個(gè)圓筒倉下對(duì)稱布置4個(gè)倉口，倉下預(yù)留洞口開口方向與兩筒倉中心連線方向一致。因此，1101帶式輸送機(jī)可布置在兩倉中心連線上，每個(gè)倉口布置1臺(tái)甲帶給料機(jī)，使甲帶給料機(jī)兩兩相對(duì)給至1101帶式輸送機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)元南支線與元寶灣煤礦的圓筒倉銜接。

2）南陽坡煤礦圓筒倉改造。南陽坡煤礦的圓筒倉原設(shè)計(jì)為2個(gè)直徑22 m的10 000 t汽車裝車倉，每個(gè)圓筒倉下對(duì)稱布置4個(gè)倉口，通過帶式給料機(jī)兩兩對(duì)給進(jìn)行裝車。每個(gè)圓筒倉下設(shè)有2個(gè)裝車位，進(jìn)出車方向與兩圓筒倉中心連線方向垂直。圓筒倉下部采用剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體軸線與兩倉中心連線垂直。如果采用一條帶式輸送機(jī)貫穿兩倉的中心，必然破壞剪力墻結(jié)構(gòu)，危及圓筒倉的結(jié)構(gòu)安全；如果采用4條倉下帶式輸送機(jī)受煤，又使得系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量增多，系統(tǒng)變得復(fù)雜。綜合考慮后，將1201帶式輸送機(jī)平行于兩倉中心連線布置在圓筒倉一側(cè)，將倉下原有的8臺(tái)帶式給料機(jī)更換成4臺(tái)加長型帶式給料機(jī)，從圓筒倉填充墻側(cè)墻壁伸出倉外轉(zhuǎn)載給1201帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)元南支線與南陽坡煤礦圓筒倉的銜接。南陽坡煤礦圓筒倉改造方案如圖3。

圖3 南陽坡煤礦圓筒倉改造方案

3）五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)改造。為節(jié)省建設(shè)投資，元南支線利用閑置的五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)南側(cè)部分儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)來煤，在儲(chǔ)煤場(chǎng)南側(cè)703帶式輸送機(jī)卸煤棧橋和金龍帶式輸送機(jī)輸煤專線交叉點(diǎn)處設(shè)置轉(zhuǎn)載站，通過分岔溜槽實(shí)現(xiàn)向卸煤棧橋703帶式輸送機(jī)和金龍輸煤專線帶式輸送機(jī)分別轉(zhuǎn)載。轉(zhuǎn)載給703帶式輸送機(jī)的煤炭通過卸料小車向五家溝儲(chǔ)煤場(chǎng)南側(cè)部分卸煤，轉(zhuǎn)載給金龍輸煤專線帶式輸送機(jī)的煤炭，不經(jīng)儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)存環(huán)節(jié)便經(jīng)由金龍輸煤專線進(jìn)行輸送，減少了煤炭的落地儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，使輸送系統(tǒng)更為高效節(jié)能。

4 沿線復(fù)雜地質(zhì)、地形及地面設(shè)施的解決方案

元寶灣工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)道路縱橫交錯(cuò)地下管網(wǎng)密布，元南支線1101帶式輸送機(jī)從圓筒倉倉下受料之后立即爬升進(jìn)入棧橋段，以避免影響工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的道路交通和地下管網(wǎng)。元寶灣煤礦工業(yè)場(chǎng)地的圍墻外便是偏玉路，路另一側(cè)（西側(cè)）平行公路是并列著七排高壓輸電線路，1101帶式輸送機(jī)雖然可以以凈空高度5～6 m的棧橋從路面上架空通過，但為了保證與高壓線之間留有足夠的安全距離[8]，1101帶式輸送機(jī)的棧橋距地面高度需達(dá)到20多m，如此高的棧橋段將大大增加了建設(shè)投資。因此，設(shè)計(jì)中果斷放棄了1101帶式輸送機(jī)高架跨越偏玉路和高壓線的常規(guī)設(shè)計(jì)方案，將1101帶式輸送機(jī)提前轉(zhuǎn)載，在偏玉路東側(cè)設(shè)置1101帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)載站，轉(zhuǎn)載給1102帶式輸送機(jī)后，1102帶式輸送機(jī)采用暗道形式從地下鉆過偏玉路后再返回地面。

元南支線途徑元寶灣、芍藥花、安平、南陽坡、昌平、馬營、五家溝等煤礦，沿線有采空區(qū)分布。為避免采空區(qū)地表沉降給元南支線的建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)造成破壞，輸送系統(tǒng)全線盡量沿井田邊界布置，避開采空區(qū)，全部轉(zhuǎn)載站和棧橋遠(yuǎn)離采空區(qū)建設(shè)，沿線在采空區(qū)處全部修建“機(jī)道+軌枕”形式的“浮動(dòng)基礎(chǔ)”，在軌枕上安裝帶式輸送機(jī)?！皺C(jī)道+軌枕”形式的“浮動(dòng)基礎(chǔ)”對(duì)采空區(qū)具有極好的沉降適應(yīng)性，采空區(qū)輕微沉降不會(huì)影響基礎(chǔ)穩(wěn)定性和帶式輸送機(jī)的運(yùn)行，當(dāng)沉降較大影響帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行時(shí)，只需在沉降處進(jìn)行填土處理將機(jī)道和軌枕恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高即可，系統(tǒng)維護(hù)成本低。

5 結(jié)語

長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)輸送系統(tǒng)的起、終點(diǎn)及沿線的地物、地形、地質(zhì)等的分布情況提出多個(gè)可行的線路方案，解決各線路方案中存在的問題（輸送系統(tǒng)與既有系統(tǒng)的接口問題、沿線復(fù)雜地質(zhì)地形的處理方法、躲避穿越各類地面設(shè)施的方法）；然后，針對(duì)不同的線路方案設(shè)計(jì)工藝流程和選擇帶式輸送機(jī)參數(shù)；最后，形成各個(gè)線路方案的長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和投資報(bào)告并進(jìn)行比選，確定最終方案。

［1］中國煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).GB 50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2005：42.

［2］北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所，武漢豐凡科技開發(fā)有限責(zé)任公司.DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003：17-34.

［3］The Engineering Conference of the Conveyor Equipment ManufacturersAssociation.BELTCONVEYORSfor BULK MATERIALS［M］.6th Ed..Florida：the Conveyor Equipment Manufacturers Association，2007.

［4］金豐民，王瑀，張榮建，等.帶式輸送機(jī)實(shí)用技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2012：200-201.

［5］張振文，宋偉剛.帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2015：103-104.

［6］中國煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).GB 50431—2008帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2008：37.

［7］柴四平，謝小京，姜衛(wèi)東.防堵塞自動(dòng)溢流溜槽：中國，CN200820015265.9［P］.2009-06-10.

［8］中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50061—2010 66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2010：32-36.

【責(zé)任編輯：張東旭】

Engineering design of conveying system of long distance belt conveyor

CHEN Hongliang
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the engineering design and the problems of Yuannan branch long distance belt conveyor conveying system, the article introduced the design concept of long distance belt conveyor conveying system from the aspects of route selection, process flow,long distance belt conveyor design,coal overflow from chute when the long distance belt conveyor emergency shuts down,the join of the handling system and the existing constructions,the design of handling system on goaf,the method of going across road and high-voltage power lines and so on.

long distance belt conveyor;conveying system;engineering design

TD528+.1

B

1671－9816（2017）01－0004－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.002

陳洪亮.長距離帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：4-8.

2016-07-29

陳洪亮（1984—），男，遼寧遼陽人，工程師，工學(xué)碩士，畢業(yè)于東北大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，主要從事散料輸送工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)工作。