趙艷軍

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)官地礦職教中心，山西 太原 030022）

引言

帶式輸送機(jī)為綜采工作面主要運(yùn)輸設(shè)備之一，承擔(dān)著工作面的主要運(yùn)輸任務(wù)，較提升機(jī)、絞車(chē)、膠輪車(chē)等具有更高效的運(yùn)輸能力。但是，帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率在很大程度上決定于其是否與工作面的生產(chǎn)能力和實(shí)際情況相符。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需綜合考慮礦井生產(chǎn)能力具體確定帶式輸送機(jī)的皮帶、托輥、滾筒的具體形式，確定張緊、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)以及清掃裝置的結(jié)構(gòu)，并針對(duì)性地完成帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1]。本文重點(diǎn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)完成帶式輸送機(jī)的選型設(shè)計(jì)。

1 王家山礦工程概況

王家山礦井為目前正在開(kāi)采的礦井，可供開(kāi)采的煤層較多。本文主要以其中2 號(hào)煤層所述工作面帶式輸送機(jī)的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

2 號(hào)煤層所屬工作面煤層的最大厚度為31.33 m，煤層最小厚度為3.22 m，平均煤層厚度為14.1 m；工作面煤層的最大間距為31.7 m，最小煤層間距為2.92 m，平均煤層間距為15 m。工作面煤層的頂板主要成分包括有粗礫石、細(xì)礫石、砂礫巖等；工作面煤層底板的主要成分包括有砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細(xì)砂巖?？偟膩?lái)講，2 號(hào)煤層所屬工作面的傾角范圍為25°～60°，平均容重為1.35 t/m3。目前，2 號(hào)煤層采用急傾斜厚煤層走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤開(kāi)采方式，并在工作面布置了兩個(gè)回采工作面[2]。涉及到該工程的帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)如表1 所示。

表1 帶式輸送機(jī)選型設(shè)計(jì)主要依據(jù)

結(jié)合上述具體選型設(shè)計(jì)依據(jù)，并基于式（1）初步確定帶式輸送機(jī)的輸送能力：

式中：Q 為礦井的小時(shí)生產(chǎn)能力；C 為礦井的生產(chǎn)富裕系數(shù)，取1.2；Af為礦井的不均衡系數(shù)，取Af=1.15；A為礦井的年產(chǎn)量，取3 Mt；M 為年工作日，取330 d；N為帶式輸送機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)，取16 h。

將上述數(shù)值代入式（1）中得出，2 號(hào)煤層所屬工作面的運(yùn)輸量為784.1 t/h?？紤]到綜采工作面的采掘峰值及膠帶型號(hào)，最終確定所需帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為900 t/h。

鑒于2 號(hào)煤層所屬工作面要求帶式輸送機(jī)滿足大運(yùn)量、長(zhǎng)運(yùn)輸距離的要求，因其所選型的帶式輸送機(jī)為非整機(jī)定型帶式輸送機(jī)[3]。最終確定所選型帶式輸送機(jī)的主機(jī)型號(hào)為DTL140/90/2×1400。

2 帶式輸送機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的具體選型設(shè)計(jì)

在上述綜合工作面生產(chǎn)能力和實(shí)際情況下確定帶式輸送機(jī)初步選型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本節(jié)重點(diǎn)對(duì)輸送帶、滾筒、電機(jī)以及張緊裝置等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

2.1 帶式輸送機(jī)輸送帶的選型

輸送帶的選型包括對(duì)輸送帶類(lèi)型、帶寬、托輥的選型設(shè)計(jì)。

針對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶類(lèi)型選擇，主要結(jié)合阻燃特性、分層帶、抗拉強(qiáng)度以及覆蓋角度厚度等具體確定[4]。最終確定選擇鋼繩芯帶的，鋼絲繩芯直徑為8.1 mm，對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度為ST4500 N/mm。

輸送帶寬度的確定：輸送帶寬度需綜合設(shè)備的運(yùn)輸能力和物料塊度條件確定。

1）基于運(yùn)輸能力確定輸送帶寬度計(jì)算公式，如式（2）所示：

式中：B1為基于運(yùn)輸能力確定的輸送帶寬度；Q 為帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)輸送能力，Q=900 t/h；K 為煤礦斷面系數(shù)，取236；v 為帶速，取4 m/s；γ 為煤炭物料的散狀密度，取0.9 t/m3；c 為傾斜系數(shù)，取0.7。將上述參數(shù)代入式（2）得出：基于運(yùn)輸能力確定輸送帶寬度為1 221.5 mm。

2）基于物料塊度確定輸送帶寬度計(jì)算公式，如式（3）所示：

式中：ap為物料的最大跨度，取500 mm。將參數(shù)代入式（3）得出，基于物料塊度確定輸送帶寬度為1 200 mm。

綜上所述，并結(jié)合帶式輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)帶寬確定本工程帶式輸送機(jī)輸送帶寬度為1 400 mm。結(jié)合本工程的運(yùn)輸能力和運(yùn)行速度得出，帶式輸送機(jī)的物料線質(zhì)量為652.5 kg/m。

3）托輥的確定。托輥?zhàn)鳛橹苯映休d輸送帶的部件，其性能直接決定其使用時(shí)間。一套完整的帶式輸送機(jī)需配套上托輥、下托輥、緩沖托輥以及調(diào)心托輥。托輥間距為托輥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，設(shè)計(jì)依據(jù)為物料的堆積密度（0.9 t/m3）和輸送帶寬度（1 400 mm），確定托輥間距為1.2 m，對(duì)應(yīng)的回程托輥間距為3 m。本工程選用托輥直徑為108 mm，軸承型號(hào)為305。

2.2 帶式輸送機(jī)滾筒的選型

滾筒直徑為選擇滾筒的重要依據(jù)。從理論上講，較大直徑的滾筒能夠提高設(shè)備本身的適用性；但是，一味地增加滾筒直徑會(huì)直接增加滾筒的重量和傳動(dòng)，降低傳輸效率[5]。

1）為了避免滾筒傳動(dòng)時(shí)造成較大的附加彎曲力，滾筒直徑應(yīng)首先滿足式（4）要求：

式中：D 為滾筒直徑；d 為輸送帶鋼絲繩芯直徑，取8.1 mm。經(jīng)計(jì)算得，滾筒直徑為1 215 mm。

2）為保證滾筒與膠帶之間具有足夠比壓，同時(shí)避免輸送帶膠脫落，要求滾筒直徑應(yīng)滿足式（5）所示：

式中：D 為滾筒直徑；S 為輸送帶張力，取572 727.2 N；a為鋼絲繩間距，取15 mm；B 為輸送帶寬度，取1 400 mm；d 為鋼絲繩直徑，取8.1 mm；[p]為輸送帶比壓，取1 MPa。

將上述參數(shù)代入式（5）得出，滾筒直徑≥1520mm。

綜上所述，確定傳動(dòng)滾筒直徑為1 800 mm；對(duì)應(yīng)的尾部及張緊裝置改向滾筒直徑為1 440 mm；頭部改向滾筒直徑為1 080 mm。

2.3 帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的匹配

為提高安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障定位準(zhǔn)確度和全面性，采用傳感器和移動(dòng)巡檢的方式對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的故障信息進(jìn)行采集。對(duì)于固定傳感器而言，根據(jù)安裝位置的不同在機(jī)頭位置布置跑偏傳感器、托輥溫度傳感器、煙霧傳感器以及堆煤傳感器等；在機(jī)尾位置主要安裝張力檢測(cè)傳感器、物料遺漏傳感器、輸送帶跑偏傳感器以及堆煤傳感器；在輸送帶的中間位置主要布置張力傳感器和輸送帶跑偏傳感器[3]。對(duì)于移動(dòng)巡檢而言，主要是對(duì)托輥溫度傳感器和危險(xiǎn)氣體檢測(cè)傳感器。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及到的傳感器參數(shù)如表2 所示。

表2 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器選型結(jié)果

各種傳感器在帶式輸送機(jī)的安裝位置如圖1所示。

圖1 各類(lèi)傳感器安裝位置示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，其與工作面生產(chǎn)能力和實(shí)際情況的匹配程度直接決定工作面的運(yùn)輸能力和安全性。本文從實(shí)際出發(fā)針對(duì)2 號(hào)煤層所屬工作面的開(kāi)采完成了帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)選型，最終選型結(jié)果如下：帶式輸送機(jī)輸送帶寬度為1 400 mm，采用雙電機(jī)雙滾筒進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；配置輸送帶采用鋼絲繩芯；配置減速器為H3SH23-35.85；制動(dòng)器為SHI251；配置電機(jī)的型號(hào)為YB2-5602-4，功率為1 400 kW。除此之外，為其配置了各類(lèi)傳感器以保證能夠準(zhǔn)確地對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。