宋戰(zhàn)來

(山西晉煤集團 金鼎煤機礦業(yè)有限責任公司，山西 晉城 048006)

0 引言

帶式輸送機作為一種連續(xù)運輸設備，因具有輸送線路、輸送距離靈活多變，安裝便捷，裝卸料自由，輸送效率高，能夠滿足井下各種復雜工況等優(yōu)點，廣泛應用于煤礦井下綜采工作面及大巷，承擔著井下煤和矸石的運輸任務。帶式輸送機標準機身布置在兩巷道交叉點，受機身帶面高度的制約，工人檢修時無法到達非行人側(cè)。鑒于此，本文結(jié)合某礦井下實際情況，通過對巷道交叉處機身進行受力分析計算，設計了一種可橫跨輔助進風石門的拱橋式機身，在確保帶式輸送機正常運行的前提下，解決日常生產(chǎn)及檢修作業(yè)時無法從輔助進風石門橫穿到輔進巷道另外一側(cè)的問題。

1 巷道布置

某礦井輔進巷道寬4 500 mm，在距巷道中心680 mm處布置了一部出矸帶式輸送機，承擔著巷道掘進過程中矸石的運輸任務。帶式輸送機主要技術參數(shù)如下：整機設計長度為700 m，帶寬為1 000 mm，運量為350 t/h，電機功率為90 kW，傾斜角度為0°。圖1為巷道布置，在距帶式輸送機機頭400 m處有一條輔助進風石門巷道，其與輔進巷道呈90°夾角，兩巷道在交匯處形成了牛鼻子交岔點，此段帶式輸送機上帶面高度選用《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》中推薦的帶面高，支腿采用標準支腿，工人無法從輔助進風石門巷道橫穿輔進巷道到達帶式輸送機非行人側(cè)進行檢修及作業(yè)。

2 帶式輸送機機身的設計

對于目前礦方輔進巷道生產(chǎn)中存在的問題，經(jīng)過計算分析，提出通過對輔助進風石門巷與輔進巷道交岔處帶式輸送機機身進行創(chuàng)新設計解決上述難題，即該段帶式輸送機機身采用“拱橋式”結(jié)構(gòu)，不僅受力合理，跨越能力強，而且最大限度地保證了機身下方運輸空間。

圖1 巷道布置

帶式輸送機拱橋式機身主要包括標準支腿、標準中間架、槽型上托輥組、可調(diào)支腿、平行下托輥組、高式支腿、擋煤板、防護網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。拱橋式機所有零部件均由鋼結(jié)構(gòu)組成，其設計及材料均按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》中相關規(guī)定選型，強度和剛度能夠滿足帶式輸送機啟動、正常運行以及制動不同工況的要求。

3 上帶面的設計

3.1 確定上帶面高度

根據(jù)礦方的使用需求，同時確保今后運輸及其他施工作業(yè)能夠順利進行，在輔助進風石門巷與輔進巷道交岔處，帶式輸送機機身下方凈空間至少需要2 m，而輔助進風石門巷為拱形巷道，巷高為4.9 m，巷寬為4.5 m(見圖2)。為了最大限度地降低帶式輸送機機身高度，同時滿足礦方使用需求，經(jīng)過計算分析，輔助進風石門巷處上帶面高度設計為2 750 mm，并以輔助進風石門巷道中心線為基準，通過設計凸凹弧段過渡，使上帶面逐漸過渡成標準高度，在不影響機身下方使用空間的情況下，降低了整機高度。

3.2 確定凸凹弧段曲率半徑

為確保輸送機空載啟動時輸送帶不會從托輥上跳起，同時減少非標機身的長度，經(jīng)過綜合計算分析，確定兩側(cè)起弧點位置距輔助進風石門巷道中心約44 m(見圖2)，此距離為最優(yōu)起弧點位置。

1-標準中間架；2-標準支腿；3-可調(diào)支腿；4-槽型上托輥組；5-平行下托輥組；6-高式支腿；7-擋煤板；8-護網(wǎng)；Ⅰ-凹弧段；Ⅱ-凸弧段

3.2.1 凹弧段曲率半徑計算

凹弧段最小曲率半徑R1計算公式為：

其中：Fx為凹弧段起點處輸送帶張力，F(xiàn)x=44 245 N；qB為每米長度輸送帶重量，qB=20.5 kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》中相關規(guī)定，經(jīng)過計算，凹弧段最小曲率半徑值介于286 m～330 m之間，本項目機身凹弧段的曲率半徑取值為300 m。

3.2.2 凸弧段曲率半徑計算

鋼絲繩芯輸送帶凸弧段最小曲率半徑R2計算公式為：

R2≥(100～167)B·sinλ.

其中：B為輸送帶帶寬；λ為托輥槽角，取λ=35°。

按照《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》中相關規(guī)定，經(jīng)過計算，凸弧段最小曲率半徑值介于57 m～96 m之間，本項目中輸送機凸弧段的曲率半徑取值為90 m。

4 機身結(jié)構(gòu)件的設計

4.1 支腿的設計

支腿主要用于支撐機身及物料重量，包括標準支腿、可調(diào)支腿和高式支腿。為了提高支腿及中間架的通用性與互換性，以輔助進風石門巷道中心線為基準，支腿在兩側(cè)對稱布置，靠近標準機身處采用可調(diào)支腿，減少非標支腿種類。

(1) 標準支腿：用于標準機身段，帶面高為1 200 mm。

(2) 可調(diào)支腿：主要由活柱、錐形楔、滑瓦和柱體組成?；钪?0×80×5方鋼與鎖體焊接而成，鎖體為鑄件與鋼板焊接加工件；錐形楔和滑瓦為精密鑄造成型件；柱體為60×60×5方鋼與板焊接的結(jié)構(gòu)件，裝配時柱體插入活柱內(nèi)，在活柱鎖緊部分的鎖體內(nèi)裝入滑瓦和錐形楔，調(diào)整活柱與柱體高度，待高度合適后，擊打錐形楔，利用滑瓦和錐形楔的雙錐形配合，擠壓活柱與柱體間隙，將活柱與柱體鎖緊，此調(diào)節(jié)方式簡單快捷。

(3) 高式支腿：主要由底板、槽鋼、連接板和橫梁組成。底板與槽鋼焊接在一起，通過地腳螺栓固定在基礎臺階上，連接板焊接在槽鋼背面，用于固定拉桿，橫梁將左右兩側(cè)槽鋼連接在一起，增加高式支腿的穩(wěn)定性及強度。

4.2 中間架的設計

中間架由10#槽鋼制作而成，主要包括標準中間架和非標中間架，其中標準中間架長度為6 m，主要用于標準機身處；非標中間架長度為3 m，主要用于凸凹弧段機身，通過螺栓與支腿連接在一起。

4.3 托輥組的選型

根據(jù)《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》中托輥選型規(guī)定，所有輥子轉(zhuǎn)速不超過600 r/min，帶式輸送機帶速為2.5 m/s，托輥直徑選用Ф108 mm即可;另外帶式輸送機傾角為0°，承載段選用35°槽型上托輥組，布置間距為1.2 m，凸弧段托輥組布置間距為0.6 m，下托輥采用平行下托輥組，間距為3 m。

4.4 防護裝置的設計

為防止物料落下傷人，在輔助進風石門巷處機身下方設有擋煤板和護網(wǎng)。其中擋煤板安裝在中間架上方，通過槽型托輥組中的螺栓固定在中間架上；護網(wǎng)安裝在平行下托輥組下方，固定在高式支腿上，可同時防止帶式輸送機運行時物料掉落傷人。

5 結(jié)語

本項目帶式輸送機機身設計為“拱橋式”，結(jié)構(gòu)簡單，便于井下安裝，減少了礦建施工量，目前已經(jīng)在煤礦井下成功應用，運行平穩(wěn)可靠，增加了巷道交岔口處有效空間。拱橋式機身的設計開發(fā)，解決了巷道交岔處行人及運輸作業(yè)困難的難題，確保了出矸系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益非?？捎^。該結(jié)構(gòu)機身在井下的成功應用，為類似工況條件巷道或使用需求礦井提供了很好的借鑒。