楊 勇，王宏都

(1.昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.玉溪大紅山礦業(yè)有限公司，云南 新平 653405)

0 引 言

大紅山鐵礦地下400 萬t/a工程采用膠帶系統(tǒng)提升原礦，項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，生產(chǎn)系統(tǒng)正常，流程順暢。后期為確保精礦產(chǎn)量的持續(xù)穩(wěn)定和低品位礦石的綜合利用，對(duì)原有主膠帶系統(tǒng)提出了改造擴(kuò)能的要求。經(jīng)過對(duì)礦山后期采礦生產(chǎn)的研究，最后確定原膠帶系統(tǒng)的運(yùn)輸能力從1 000 t/h，提升至1 200 t/h(年運(yùn)量>630萬 t/a)。

改造原則：①滿足現(xiàn)行膠帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范；②盡量不對(duì)原基礎(chǔ)進(jìn)行大的改動(dòng)；③在年終檢修的時(shí)間內(nèi)完成提速改造工作；④最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備。

1 原膠帶系統(tǒng)參數(shù)

原有主膠帶系統(tǒng)是坑內(nèi)上坡膠帶，井口標(biāo)高728.5 m，井底標(biāo)高320 m，膠帶提升高度421.4 m，上坡傾角14°，機(jī)長1 858.558 m；膠帶選用鋼芯膠帶運(yùn)輸機(jī)，帶寬1 200 mm，帶強(qiáng)ST 4 000；膠帶系統(tǒng)運(yùn)行速度4 m/s；驅(qū)動(dòng)裝置采用進(jìn)口CST軟驅(qū)動(dòng)可控起動(dòng)的傳動(dòng)方式，初期由3套CST傳動(dòng)(雙滾筒3電機(jī)驅(qū)動(dòng))，單臺(tái)電機(jī)功率710 kW(電機(jī)型號(hào)：Ykk450-4；轉(zhuǎn)速：1 485 r/min；電壓6 000 V)；生產(chǎn)中為提高系統(tǒng)可靠性，在第2傳動(dòng)滾筒增加第4臺(tái)CST作系統(tǒng)熱備份，形成了雙滾筒4電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式。

原主膠帶頭部驅(qū)動(dòng)布置示意圖，見圖1。

1.卸料機(jī)架組件；2.改向滾筒φ1 600 mm；3.前部驅(qū)動(dòng)機(jī)架組件；4.后部驅(qū)動(dòng)機(jī)架組件；5.改向滾筒φ800 mm圖1 原主膠帶頭部驅(qū)動(dòng)布置示意圖Fig.1 Arrangement of the original main belt conveyors

2 改造方案選擇

遵循業(yè)主方膠帶系統(tǒng)的改造原則，從2個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)將膠帶的提升能力由1 000 t/h增加到1 200 t/h：①加大膠帶每米輸送物料的重量：即讓輸送帶上的物料橫截面積加大，從而加大膠帶的小時(shí)運(yùn)量；②提高膠帶的運(yùn)行速度：即在現(xiàn)有膠帶強(qiáng)度允許的條件下，少量增加帶面料層厚度，再通過提高膠帶運(yùn)行速度來提高膠帶的小時(shí)運(yùn)量。

2.1 加大膠帶每米輸送物料的重量

通過對(duì)加大帶面物料的系統(tǒng)計(jì)算后可知(計(jì)算過程略)：如果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將原來的熱備份系統(tǒng)一起計(jì)算，即將原來2單元3驅(qū)動(dòng)，改為2單元4驅(qū)動(dòng)，可滿足系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)要求；膠帶的安全系數(shù)也滿足安全規(guī)程關(guān)于“鋼繩芯帶式輸送機(jī)靜荷載的5～8的要求”；但對(duì)比頭部滾筒的受力情況的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的受力情況變化較大。經(jīng)原設(shè)備供貨商對(duì)支架、滾筒以及驅(qū)動(dòng)單元的受力分析，得出按此方案改造存在一定的安全隱患，同時(shí)考慮到采2#膠帶在該礦山的重要性，所以不建議采用此方案改造該系統(tǒng)。

2.2 提高膠帶的運(yùn)行速度

提高膠帶的運(yùn)行速度，在目前的條件下有3種方式可以實(shí)現(xiàn)：①更換電機(jī)；②變更CST速比；③加大驅(qū)動(dòng)滾筒直徑。

2.2.1 更換電機(jī)(提高電機(jī)轉(zhuǎn)速)

膠帶系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)輪直徑和CST速比不變的前提下，可以通過提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)提高膠帶系統(tǒng)運(yùn)行速度的目的。該膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)要達(dá)到1 200 t/h時(shí)運(yùn)量需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：

式中：

V2——改造后膠帶系統(tǒng)的運(yùn)行速度；

Q2——改造后膠帶系統(tǒng)的運(yùn)量1 200 t/h；

Q1——改造前膠帶系統(tǒng)的運(yùn)量1 000 t/h；

V1——改造前膠帶系統(tǒng)運(yùn)行速度4 m/s。

式中：

V2——改造后膠帶運(yùn)行速度4.8 m/s；

I——改造前CST減速比31.5；

π——圓周率3.14；

d——原驅(qū)動(dòng)輪直徑1 600 mm。

通過上面的計(jì)算可知，采用提高電機(jī)轉(zhuǎn)速來提高膠帶運(yùn)輸速度的方案，原Ykk 450-4電機(jī)(轉(zhuǎn)速：1 485 r/min)不能滿足使用要求；同時(shí)常規(guī)樣本中也沒有滿足使用要求的型號(hào)，所以采用該方案的電機(jī)需要單獨(dú)設(shè)計(jì)和采購，考慮到非標(biāo)設(shè)備的采購費(fèi)用以及后續(xù)的設(shè)備備用、設(shè)備維修都非常不便，所以不推薦這個(gè)改造方案。

2.2.2 變更CST速比

膠帶系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)輪直徑和電機(jī)參數(shù)不變的前提下，該膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)能力提高到1 200 t/h時(shí)，需要CST速比的計(jì)算如下：

式中：

V2——改造后膠帶系統(tǒng)的運(yùn)行速度4.8 m/s；(V2的結(jié)果，見更換電機(jī)方案的計(jì)算)

i2——改造后CST的速比；

V1——改造前膠帶系統(tǒng)的運(yùn)行速度4 m/s；

i1——改造前CST的速比31.5；

計(jì)算結(jié)果顯示，膠帶系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)輪直徑和電機(jī)參數(shù)不變的前提下，將CST的速比由31.5變更為26.25，可將膠帶的運(yùn)行速度提高到4.8 m/s，從而達(dá)到1 200 t/h的運(yùn)輸能力。經(jīng)過對(duì)CST軟驅(qū)動(dòng)可控起動(dòng)設(shè)備的進(jìn)一步深入了解以及與設(shè)備供貨商的咨詢，現(xiàn)場(chǎng)不可能對(duì)CST的速比進(jìn)行調(diào)整，而礦山的生產(chǎn)實(shí)際情況也不可能提供設(shè)備返廠調(diào)整的時(shí)間。如果要新購CST調(diào)速裝置，不僅其造價(jià)非常高(4套CST裝置，設(shè)備報(bào)價(jià)是840萬元)，而且設(shè)備的進(jìn)口周期也非常長?；谠O(shè)備造價(jià)、改造工期的因素，設(shè)計(jì)也不推薦這個(gè)改造方案。

2.2.3 加大驅(qū)動(dòng)滾筒直徑

運(yùn)輸帶面料層厚度不變，膠帶系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元的CST速比不變以及電機(jī)參數(shù)不變的前提下，達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能需要的膠帶運(yùn)行速度和改造要求的驅(qū)動(dòng)滾筒直徑計(jì)算如下：

式中：

V2——改造后膠帶運(yùn)行速度；

Q2——改造后膠帶系統(tǒng)的運(yùn)量1 200 t/h；

Q1——改造前膠帶系統(tǒng)的運(yùn)量1 000 t/h；

V1——改造前膠帶運(yùn)行速度4 m/s。

式中：

V1——改造前的膠帶速度4 m/s；

V2——改造后的膠帶速度4.8 m/s；

D1——改造前，主驅(qū)動(dòng)輪直徑1 600 mm；

D2——改造后，主驅(qū)動(dòng)輪直徑。

通過上述計(jì)算可知，改變滾筒直徑提高膠帶運(yùn)行速度，在帶面料層厚度不變的情況下，需要將驅(qū)動(dòng)輪的直徑由1 600 mm改動(dòng)到1 920 mm，即可滿足改造的目的。

設(shè)計(jì)本著盡量減少系統(tǒng)改造的投資、減少對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)的影響以及安全、可靠的原則，充分挖掘主膠帶系統(tǒng)的運(yùn)輸能力。設(shè)計(jì)選擇通過增大驅(qū)動(dòng)裝置提高膠帶運(yùn)行速度來達(dá)到提高產(chǎn)能的方法，同時(shí)考慮到驅(qū)動(dòng)滾筒直徑1 920 mm不是常規(guī)的滾筒直徑，通用性較差。

綜合上述各種因素，設(shè)計(jì)推薦采用的方案是：加大2個(gè)主驅(qū)動(dòng)滾筒直徑，由原來的1 600 mm增大到1 800 mm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和CST系統(tǒng)都不更換，由于加大了滾筒直徑，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和CST的速比不變，所以系統(tǒng)的運(yùn)行速度增加到4.5 m/s，同時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由雙滾筒3機(jī)驅(qū)動(dòng)1驅(qū)動(dòng)備份，更改為雙滾筒4機(jī)驅(qū)動(dòng)，在現(xiàn)有膠帶支架、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向支架和相關(guān)基礎(chǔ)均不變的情況下，每米膠帶負(fù)荷由69.45 kg增加至74.07 kg(計(jì)算略)，膠帶的安全系數(shù)由7.86減少到7.38(滿足安全規(guī)程安全系數(shù)的要求，計(jì)算略)，從而達(dá)到將膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的小時(shí)提升能力提升至1 200 t。

3 提速后需注意的問題

膠帶系統(tǒng)提速改造后，頭部卸料滾筒拋物點(diǎn)發(fā)生變動(dòng)，且對(duì)頭部漏斗沖擊變大，通過對(duì)卸料點(diǎn)的計(jì)算后，對(duì)卸料漏斗進(jìn)行后移改造、并在物料拋物落點(diǎn)形成分礦平臺(tái)并加固，通過對(duì)影響部位的調(diào)整，確保膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)提速后正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 應(yīng)用效果

項(xiàng)目2018年2月由礦山提升項(xiàng)目部利用年終檢修的時(shí)間完成，歷時(shí)6天。改造內(nèi)容包括滾筒支架底部的改造，更換2個(gè)新的主驅(qū)動(dòng)滾筒、頭部卸料漏斗改造；空、重負(fù)荷試車一次性成功，改造直接費(fèi)用200 萬元(含160 萬元的主滾筒采購費(fèi)用，未包括安裝費(fèi)以及其它2項(xiàng)費(fèi)用)。系統(tǒng)改造后，平穩(wěn)運(yùn)行至今。

改造后膠帶系統(tǒng)的3年運(yùn)量統(tǒng)計(jì)：2019年完成運(yùn)輸量是646 萬t，2020年完成運(yùn)輸量是696 萬t，2021年1—8月完成運(yùn)輸量是520 萬t。

5 結(jié) 語

大紅山鐵礦地下400 萬 t/a一期工程主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，通過改變驅(qū)動(dòng)滾筒直徑的方法，提高膠帶系統(tǒng)運(yùn)行速度。此次改造耗時(shí)短，且最大化的利用了現(xiàn)有設(shè)施，并一次性試車成功，圓滿完成改造任務(wù)，達(dá)到了礦山改造前運(yùn)輸630 萬t/a的目標(biāo)，為礦山運(yùn)輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。