魯葉云

(晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán) 成莊煤礦， 山西 晉城 048021)

0 引言

成莊煤礦是晉煤集團(tuán)的主力礦井之一，在綜采工作面順槽帶式輸送機(jī)的選型與配套方面，一直秉承著先進(jìn)高效的原則，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)在該礦得到了廣泛應(yīng)用。大采高工作面順槽帶式輸送機(jī)配置基本按一部化的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，直接與盤區(qū)輸送帶搭接，輸送機(jī)帶寬為1 400 mm，運(yùn)行速度約為3.5 m/s，運(yùn)輸能力為2 500 t/h。但當(dāng)工作面地質(zhì)條件特殊時(shí)，煤流必須經(jīng)過轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)才能運(yùn)輸至盤區(qū)帶式輸送機(jī)上。轉(zhuǎn)載設(shè)備在設(shè)計(jì)與選型時(shí)，必須考慮運(yùn)輸速度、運(yùn)輸能力、運(yùn)輸距離等因素。簡(jiǎn)要分析幾種配套方式存在的問題：

1) 當(dāng)運(yùn)輸距離在100 m以下時(shí)，可以采用刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載，但當(dāng)運(yùn)輸距離超過100 m時(shí)，超過了刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，則滿足不了大采高面的出煤要求。

2) 如果采用1.2 m帶式輸送機(jī)，雖然可以解決運(yùn)輸距離的問題，但由于其運(yùn)行速度為3.15 m/s，遠(yuǎn)低于順槽1.4 m帶式輸送機(jī)的速度，且?guī)挷蛔?，?huì)在轉(zhuǎn)載點(diǎn)處造成堆煤現(xiàn)象，影響輸送機(jī)的安全運(yùn)行。

3) 如果直接采用現(xiàn)成的1.4 m帶式輸送機(jī)，則會(huì)造成裝備投入上的巨大浪費(fèi)，因?yàn)?.4 m輸送機(jī)采用CST控制，配置較高，適用于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量運(yùn)輸要求的地點(diǎn)。

通過分析研究，決定研制一種短距離、高效率轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)，適應(yīng)距離在100～500 m范圍內(nèi)，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度必須達(dá)到3.5 m/s以上，運(yùn)輸能力達(dá)到2 500 t/h，輸送帶帶寬不得小于1.4 m，以滿足大采高工作面生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)載的目的。在裝備選型上，要充分利用礦井現(xiàn)有裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度地降低投入，以低投入換取高收益。

1 帶式輸送機(jī)參數(shù)確定

1.1 速度

由于順槽1.4 m帶式輸送機(jī)最高速度為3.5 m/s，故要求轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)速度不小于3.5 m/s，初步設(shè)計(jì)中按最低3.5 m/s考慮。

1.2 驅(qū)動(dòng)滾筒直徑

考慮到新增驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)加大資金投入，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，利用成莊煤礦現(xiàn)有1.2 m帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)，配套方式為電動(dòng)機(jī)+液力偶合器，其中單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為200 kW，電動(dòng)機(jī)異步轉(zhuǎn)速為1 485 r/min，偶合器減速比為18。

根據(jù)以上參數(shù)確定驅(qū)動(dòng)滾筒的最小直徑為：

(1)

式中：D為滾筒直徑；v為帶式輸送機(jī)速度。

計(jì)算可得，D=0.81 m。

考慮實(shí)際加工制造的要求，確定滾筒直徑為850 mm，對(duì)應(yīng)的帶式輸送機(jī)實(shí)際速度為3.67 m/s。

1.3 驅(qū)動(dòng)功率

根據(jù)礦井大采高工作面巷道的實(shí)際條件，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)的運(yùn)輸距離基本在500 m以內(nèi),最大落差不超過30 m，上運(yùn)，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力為2 500 t/h，利用以上參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。

1.3.1 驅(qū)動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力

驅(qū)動(dòng)滾筒上所需圓周驅(qū)動(dòng)力Fu為帶式輸送機(jī)所有阻力之和，一般包括主要阻力、附加阻力、特種主要阻力、特種附加阻力、傾斜阻力。對(duì)于機(jī)長(zhǎng)大于80 m的帶式輸送機(jī)，附加阻力小于主要阻力，可以引入一個(gè)系數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，如下式：

Fu=C×Fh+Fs1+Fs2+Fst

(2)

式中：Fu為圓周驅(qū)動(dòng)力；C為系數(shù)，不小于1.02；Fh為主要阻力；Fs1為特種主要阻力；Fs2為特種附加阻力；Fst為傾斜阻力。

帶式輸送機(jī)的整機(jī)布置方式如圖1所示，通過對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行受力分析可得，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力Fu為114 kN。

圖1 帶式輸送機(jī)整機(jī)布置方式

1.3.2 傳動(dòng)功率及驅(qū)動(dòng)選型

驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率為：

P=Fu×V=114×3.67=418.38 kW

(3)

電動(dòng)機(jī)功率為:

Pm=P/(η1η2η′η″)

(4)

式中:P為驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率；Pm為電動(dòng)機(jī)功率；η1為聯(lián)軸器效率,η1=0.96；η2為減速器效率,η2=1；η′為電壓降系數(shù),η′=1；η″為不平衡系數(shù),η″=0.95。

計(jì)算可得，Pm=458.75 kW。

根據(jù)所需驅(qū)動(dòng)功率，轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)在實(shí)際配套時(shí)，可視情況設(shè)置為2×200 kW或3×200 kW。

2 帶式輸送機(jī)整體設(shè)計(jì)與配套

1) 主驅(qū)動(dòng)選型。通過技術(shù)分析，整機(jī)采用多驅(qū)方式，最低配置兩驅(qū)，最高配置三驅(qū)。為了充分利用現(xiàn)有資源，降低投入，選用成莊礦原有1.2 m帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其工作模式為“電動(dòng)機(jī)+液力偶合器”。該類型驅(qū)動(dòng)裝置價(jià)格低廉，一套驅(qū)動(dòng)不超過30萬元。在成莊煤礦井下綜采工作面應(yīng)用廣泛，驅(qū)動(dòng)布置如圖2所示。

圖2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)布置

2) 帶式輸送機(jī)滾筒選型。驅(qū)動(dòng)滾筒直徑為850 mm，雙出軸結(jié)構(gòu)，便于安裝驅(qū)動(dòng)，滾筒表面鑄菱形阻燃膠，委托重新加工制作。卸載滾筒直徑為630 mm，根據(jù)成莊礦井下巷道條件及落煤要求，設(shè)計(jì)中心高度為2 170 mm，以保證與前方設(shè)備的搭接高度。考慮設(shè)備互換性，卸載滾筒、機(jī)尾滾筒、張緊滾筒等主要部件與順槽1.4 m帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)互換。

3) 帶式輸送機(jī)架制作與選型。帶式輸送機(jī)卸載架、驅(qū)動(dòng)架、大架全部重新設(shè)計(jì)制作；中間架采用順槽1.4 m帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)完全互換。

4) 帶式輸送機(jī)張緊部分選型。張緊裝置選用ZY-400(DYL-02-7/80)型液壓張緊裝置，額定張力根據(jù)實(shí)際確定,張緊行程為7 m。張緊力能夠在輸送機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，并具有啟、制動(dòng)時(shí)張緊力比正常運(yùn)行時(shí)大1.5倍的能力。

5) 帶式輸送機(jī)其余部分選型。上、下托輥均采用順槽1.4 m帶式輸送機(jī)托輥，阻燃輸送帶與順槽1.4 m阻燃輸送帶一致。

3 運(yùn)行效果分析

1) 轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，突破了裝備上的限制，為礦井大煤量轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)提供了一種全新的解決方法。

2) 轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)巧妙，將礦井富余的1.2 m帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)與1.4 m帶式輸送機(jī)成功組合，節(jié)省了資金投入，一部帶式輸送機(jī)投入資金不足100萬元，可以提升礦井經(jīng)濟(jì)效益。

3) 轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)應(yīng)用靈活，可以配置兩驅(qū)、三驅(qū)或者四驅(qū)，在礦井現(xiàn)有巷道條件下，可以實(shí)現(xiàn)100～500 m距離內(nèi)的大煤量轉(zhuǎn)載運(yùn)輸。

4) 轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率高，在設(shè)計(jì)時(shí)加大了驅(qū)動(dòng)滾筒直徑，帶速最高可以達(dá)到3.67 m/s，解決了速度不能與順槽帶式輸送機(jī)匹配造成堆煤而引發(fā)事故的問題。

4 結(jié)論

由成莊礦自行設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)已成功在5312、4322、5314等大采高工作面應(yīng)用，其中5312面作為中間環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)載使用，配套兩驅(qū)，運(yùn)輸長(zhǎng)度300 m，目前已成功回采完畢，過煤量達(dá)到了600萬t；4322面作為入倉(cāng)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)載使用，配套兩驅(qū)，一用一備，運(yùn)輸長(zhǎng)度150 m，過煤量大約200萬t；5314面作為中間環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)載使用，配套三驅(qū)，運(yùn)輸長(zhǎng)度350 m，過煤量大約500萬t。