［摘 要］煤礦井下帶式輸送機作為高效的運輸工具，由于使用地點的地質(zhì)、地形條件不同，需要針對每條帶式輸送機運行、安裝中遇到的問題進(jìn)行定制化設(shè)計。文章主要闡述了在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強力帶式輸送機和梧桐莊礦永磁電機直驅(qū)主井強力帶式輸送機進(jìn)行的定制化設(shè)計及應(yīng)用成果。

［關(guān)鍵詞］高效；異形設(shè)計；非標(biāo)；定制化

［中圖分類號］TD528.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0059–03

煤礦井下帶式輸送機作為高效的運輸工具，由于使用地點的地質(zhì)、地形條件不同，需要針對每條帶式輸送機運行、安裝中遇到的問題進(jìn)行定制化設(shè)計。

目前，冀中能源峰峰集團(tuán)井下礦井巷道地形復(fù)雜，開采條件越來越苛刻，一般普通輸送機設(shè)計難以滿足生產(chǎn)需求。

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦原主井帶式輸送機為鋼絲繩牽引帶式輸送機（鋼纜皮帶），該設(shè)備使用多年，主要部件老化，需要更新，制動設(shè)備安裝不符合新定煤礦安全規(guī)程，機頭、機尾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長度大，鋼絲繩壽命較短，膠帶磨損嚴(yán)重，需經(jīng)常更換，維修工作量較大，且很多參數(shù)已不適合礦上現(xiàn)有的生產(chǎn)需求，現(xiàn)針對制約生產(chǎn)及安全的因素，進(jìn)行優(yōu)化原煤運輸設(shè)備，故提出本次設(shè)計改造。

冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦新開一條705 運輸順槽巷道，該巷道總長約310 m，25°以上約150 m，其中最大角度29°，且變坡點多，起伏大，使用溜子或普通帶式輸送機無法實現(xiàn)大運量運輸，制約該礦煤炭產(chǎn)量。

1 技術(shù)方案與創(chuàng)新成果

1.1 總體思路

（1）根據(jù)辛安礦主井強力皮帶的具體運輸條件和有限資金投入情況，科學(xué)選型、創(chuàng)新設(shè)計、合理規(guī)劃方案，完成設(shè)計、生產(chǎn)、使用。

（2）根據(jù)梧桐莊705 巷道運輸系統(tǒng)具體條件和具體地勢、地形，創(chuàng)新設(shè)計大傾角運輸結(jié)構(gòu)、合理制訂方案，解決運輸難題，完成整體設(shè)計、生產(chǎn)、使用。

1.2 辛安礦主井強力帶式輸送機技術(shù)內(nèi)容

（1）基本參數(shù)。運量：500 t/h；長度：1 000 m；角度：17° ；帶寬：1 000 mm。

（2）礦方原用皮帶帶速為2 m/s，通過計算為滿足運量，需要配置鋼繩芯膠帶型號St3150（2 100 m），主要滾筒直徑φ1 400 mm（5 個）；為降低礦方投入，設(shè)計人員提出將帶速提高為3.15 m/s，同時相匹配的鋼絲繩芯阻燃膠帶型號為St2500，主要滾筒直徑φ1 250 mm。

（3）驅(qū)動系統(tǒng)采用永磁直驅(qū)電機取代異步電機+減速機+ 液力耦合器系統(tǒng)，能夠大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能；雙滾筒雙電機，通過主從控制能夠?qū)崿F(xiàn)多機傳動及功率平衡，避免因出力不均而造成的電機損壞；永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊節(jié)省空間，在巷道一側(cè)開硐室即可安裝，省去原鋼絲繩牽引皮的絞車機房，既節(jié)約了空間也免去了專門的設(shè)備守護(hù)工人。

（4）制動逆止設(shè)置周全，兩個傳動滾筒雙出軸，一端電機驅(qū)動另一端裝逆止器，對于大角度帶式輸送機而言，防止制動失效皮帶逆向運行造成事故非常重要，雙逆止器且每一臺逆止器都能滿足整臺皮帶機的逆止力矩；制動器采用盤式制動器，安裝于傳動機架的從動滾筒軸端，盤式制動器制動力矩大，制動效果安全可靠。

（5）整機采用機尾重錘車式拉緊裝置，利用巷道角度大的天然優(yōu)勢，通過重錘箱重力提供拉緊力，相對于普通液壓拉緊節(jié)約了購置設(shè)備的費用，對巷道高度沒有特殊要求節(jié)省了巷道高度開鑿費用，張緊裝置設(shè)在機尾所需張緊力低，降低了張緊滾筒型號。

（6）機身設(shè)計以辛安礦主井原有巷道地形及井口走廊為基礎(chǔ)，在不大動原地基的情況下對機頭卸載架、支腿等進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計；機頭卸載架采用直立側(cè)面固定安裝，整個機架呈現(xiàn)懸臂形式，同時機架為可拆分設(shè)計，以避讓現(xiàn)場建筑障礙物，支腿地腳板相對于標(biāo)準(zhǔn)支腿向外側(cè)加寬，固定孔加大，適于直接打錨桿安裝，免于混凝土澆筑地腳螺栓，施工簡單易行，省時省力。

（7）整機長1 000 m，皮帶易跑偏，因而對調(diào)心托輥組進(jìn)行了特別改進(jìn)，將原有軸與座的間隙配合旋轉(zhuǎn)升級為軸承配合旋轉(zhuǎn)，提高軸系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動靈敏度，在皮帶出現(xiàn)跑偏情況時，調(diào)心托輥組可迅速做出反應(yīng)，實現(xiàn)回調(diào)，避免皮帶跑偏造成撒煤、皮帶撕裂等安全隱患。

（8）辛安礦主井強力帶式輸送機，引進(jìn)永磁同步電機，實現(xiàn)傳動效率提高，能耗降低；在保證使用原有主井巷道地基的基礎(chǔ)上對皮帶機機頭、機身進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計：機頭懸空可拆分卸載架、支腿底腳錨桿安裝，調(diào)心托輥組轉(zhuǎn)機構(gòu)優(yōu)化。辛安礦主井強力帶式輸送機所達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)：解決原主井鋼絲繩牽引皮帶機主要部件老化、膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費用高昂的問題，免去每年皮帶磨損更換費用；解決在成本預(yù)算有限的情況下，實現(xiàn)精確選型，降低皮帶改造成本；合理有效的引進(jìn)永磁同步電機，實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)創(chuàng)新，節(jié)約每年用電費用；對皮帶機身設(shè)計升級改造，運行平穩(wěn)，降低人工成本，高效節(jié)能，安全生產(chǎn)。

1.3 梧桐莊礦永磁電機直驅(qū)主井強力帶式輸送機技術(shù)內(nèi)容

（1）主要技術(shù)參數(shù)。帶寬：1 200 mm；帶速：3.15 m/s ；運量：800 t/h ；功率：2×250 kW。

（2） 角度及長度：自機尾起第1 段16.05°，55 m ；第2 段21.34°，58 m ；第3 段21.57°，53 m ；第4 段25° ～29°，140 m，總長約310 m。

（3）設(shè)計選型。通過設(shè)計計算，選用PVG1400S阻燃花紋膠帶650 m， 選用永磁隔爆電動滾筒φ1 250 mm（2 個）， 主要滾筒φ1 000 mm（3 個），同時根據(jù)計算參數(shù)配備盤式制動器、變頻器、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、液壓拉緊、電動清掃器、花紋膠帶、斷帶抓捕器等。

（4）針對705 巷道變坡點多、起伏大、傾角大、地質(zhì)松軟的現(xiàn)象，正常需設(shè)計兩個凸弧、兩個凹弧段，凹弧段易造成漂帶、撒煤，凸弧段會使托輥載荷變大，降低其使用壽命。因此量身定制48 架非標(biāo)支腿布置在坡度變化較多的位置，通過非標(biāo)支腿的設(shè)計和排布，使整條帶式輸送機運輸角度得到均勻、緩慢的減小，從最大29°降到25°。在支腿底部設(shè)計加長、加寬、打孔的底板，通過錨桿與地面直接固定，方便施工。

（5）機頭結(jié)構(gòu)采用了矩形組架安裝卸載滾筒，傳動架為三角式組架結(jié)構(gòu)，一側(cè)永磁滾筒安裝制動盤，一側(cè)安裝φ1 000 mm 普通包膠傳動滾筒，傳動滾筒軸一端伸出安裝逆止器，解決永磁直驅(qū)電動滾筒軸上無法安裝逆止器的缺陷。設(shè)計兩架傳動架改變了花紋膠帶的纏繞方式，解決膠帶花紋面不能與永磁直驅(qū)電動滾筒直接摩擦接觸問題；綜合考慮705 巷道與運輸通道的位置，將傳動系統(tǒng)布置在巷道的連接處，驅(qū)動部件通過運輸巷道運到順槽巷道后可直接原地安裝，避免了在大角度巷道方向運輸和安裝設(shè)備困難的問題，降低了施工的工作量。

（6）由于705巷道空間受限，皮帶機機頭空間不足，機尾處為盲巷，沒有空間安裝拉緊裝置，因此在皮帶機尾部兩側(cè)設(shè)計滑行軌道，采用多組滑輪，將拉緊裝置布置在機尾側(cè)面硐室內(nèi)，這種創(chuàng)新式重錘拉緊方式，既解決了安裝的空間問題。

（7）驅(qū)動系統(tǒng)采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動滾筒，取代了減速機、耦合器和聯(lián)軸器等機械，驅(qū)動結(jié)構(gòu)最簡化，大幅提高系統(tǒng)效率，節(jié)約大量電能。永磁直驅(qū)電動滾筒的低速大轉(zhuǎn)矩特性，配合大傾角帶式輸送機設(shè)計使用，啟動瞬間運行平穩(wěn)緩慢，避免了帶面煤塊迅速下滑的現(xiàn)象。

（8）由于運輸角度大，皮帶機承載部分使用60°深槽托輥組，4 個托輥的布置以中心為對稱雙排布置，有利于膠帶的對中運行。托棍之間有相互重疊部分，使得托棍兩端的棱角不與膠帶接觸有利于提高膠帶的使用壽命。在此基礎(chǔ)上，將調(diào)心組安裝軸承，實現(xiàn)軸承潤滑轉(zhuǎn)動，提高輥架靈活轉(zhuǎn)動性能。

（9）順應(yīng)深槽托輥組角度，設(shè)計專用擋煤裝置，接觸面使用膠板，實現(xiàn)擋煤功能，有效防止煤塊滾落。

（10）設(shè)計震動清掃器配合兩級滾動毛刷清掃器使用，滾輪轉(zhuǎn)動過程中對膠帶進(jìn)行拍打，清除藏煤，解決了花紋膠帶凹槽存煤問題。

（11）永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機設(shè)計，成功解決了梧桐莊礦705巷道運輸?shù)貏輳?fù)雜，傾角最大29°，運輸難度大，地質(zhì)松軟，無法穩(wěn)固安裝設(shè)備，巷道高度、長度受限，維護(hù)人員多，能耗高等問題。梧桐莊永磁滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)：實現(xiàn)皮帶機運輸角度的平均降低和對松軟地質(zhì)進(jìn)行設(shè)備加固；深槽托輥組和擋煤裝置解決輸送穩(wěn)定和滾落問題；機尾重錘拉緊裝置設(shè)計解決空間受限的安裝問題；震動清掃器設(shè)計解決花紋膠帶夾煤問題；永磁直驅(qū)電動滾筒傳動的驅(qū)動系統(tǒng)，替代電機的傳統(tǒng)傳動方式。

2 創(chuàng)新點

（1）主井強力皮帶機的研發(fā)與應(yīng)用，解決了原鋼絲繩牽引皮帶機制動裝置不符合新修訂煤礦安全規(guī)程的問題。

（2）通過優(yōu)化設(shè)計，將皮帶運輸速度由2 m/s 提高到3.15 m/s，降低了膠帶及滾筒規(guī)格，減少了資金投入。

（3）首次采用永磁直驅(qū)電機驅(qū)動滾筒，高效節(jié)能，與原鋼絲繩牽引皮帶機同樣采用2×400 kW 功率，運量由350 t/h 提高到500 t/h ；同時省去減速器、聯(lián)軸器等中間傳動部件，大幅節(jié)省空間；采用永磁直驅(qū)滾筒驅(qū)動系統(tǒng)，滿足大傾角輸送機低速啟動要求，運行平穩(wěn)，安全可靠高效節(jié)能。

（4）支腿采用異形設(shè)計，可用地錨直接固定，無需澆注地基預(yù)埋螺栓，施工簡便，穩(wěn)定可靠。

（5）依據(jù)地形，定制設(shè)計48 架非標(biāo)支腿，將皮帶輸送機運輸傾角從29°降低到了平均25°，解決了該運輸巷道變坡點多、起伏大、傾角大不利于運輸?shù)膶嶋H問題。

（6）采用多組滑輪導(dǎo)向，將重錘拉緊裝置布置在機尾側(cè)方硐室內(nèi)，解決了輸送機后方無張緊空間的問題。

（7）設(shè)計了深槽托輥組專用擋煤裝置，有效防止煤塊滾落。

（8）設(shè)計了震動清掃器配合兩級滾動毛刷清掃器使用，解決了花紋帶凹槽存煤的問題。

3 應(yīng)用效果

2019 年4 月該項目中永磁電機直驅(qū)主井強力帶式輸送機在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦井進(jìn)行工業(yè)性試驗，應(yīng)用試驗證明，設(shè)備運行狀態(tài)良好。永磁電機和永磁電動滾筒直驅(qū)系統(tǒng)實現(xiàn)了無齒輪傳動，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，同時對安裝空間尺寸要求不苛刻。冀中能源峰峰集團(tuán)各礦今后將對現(xiàn)有皮帶進(jìn)行逐漸替換，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝設(shè)置運輸系統(tǒng)，從而實現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

2020 年8 月該項目中永磁電動滾筒直驅(qū)大傾角帶式輸送機在冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦井進(jìn)行安裝、調(diào)試，進(jìn)行工業(yè)性試驗。應(yīng)用試驗證明，設(shè)備運行狀態(tài)良好。實現(xiàn)了大傾角巷道穩(wěn)定、長效運輸，同時精準(zhǔn)機身設(shè)計、節(jié)省空間，克服了空間尺寸要求苛刻的難題。為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦井大傾角復(fù)雜地勢提供可參考使用的成功案例，利用新技術(shù)、新裝備、新工藝設(shè)置運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了穩(wěn)定、長效、節(jié)能環(huán)保型礦井的目標(biāo)。

通過本項目的實施，對大傾角、強力運輸煤礦礦井運輸系統(tǒng)提供良好設(shè)計選擇，應(yīng)用前景廣闊，必將為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦以及其他煤炭生產(chǎn)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟和社會效益。

與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)的主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較如下。

（1）永磁同步電機與永磁電動滾筒直驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)傳動方式，實現(xiàn)了無齒輪傳動，具有無磨損、無漏油、免維護(hù)、噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點，大幅減輕了日常維護(hù)工作量，避免了潤滑油污染。能夠低速、大扭矩啟動，啟動電流小、啟動過程平穩(wěn)，可根據(jù)載荷自動變速運行，避免頻繁起停，延長使用壽命，降低了運行功率損耗。

（2）強力皮帶運輸解決了鋼絲繩牽引皮帶機鋼絲繩及膠帶磨損過快，更換頻繁且維護(hù)費用高昂的問題。

（3）創(chuàng)新使用皮帶機部件平緩降低角度、穩(wěn)定設(shè)備運行，巧妙設(shè)計布置形式，減小設(shè)備尺寸，節(jié)省空間。解決巷道大角度、地形起伏大、空間受限等實際困難，實現(xiàn)了大傾角運輸設(shè)備平穩(wěn)、有效、安全運輸?shù)哪繕?biāo)。

第三方評價及應(yīng)用情況：2020 年12 月1 日，冀中能源峰峰集團(tuán)組織有關(guān)專家對河北天擇重型機械有限公司自主研發(fā)的《煤礦井下帶式輸送機定制化設(shè)計及應(yīng)用》項目進(jìn)行了會議鑒定。鑒定委員會專家聽取了課題組匯報，審查了相關(guān)鑒定資料，經(jīng)過質(zhì)詢、答辯和討論，鑒定委員會一致認(rèn)為，課題組完成了計劃書規(guī)定的內(nèi)容，提供的鑒定資料齊全可靠，同意通過鑒定。

4 結(jié)束語

冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦主井強力帶式輸送機和梧桐莊礦永磁電機直驅(qū)主井強力帶式輸送機進(jìn)行的定制化設(shè)計及應(yīng)用效果獲得了礦方的高度認(rèn)可，并榮獲河北省煤炭學(xué)會和冀中能源有限公司科技進(jìn)步獎二等獎。

參考文獻(xiàn)

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