煤矿移动式综掘皮带回收装置研制

董友泉

（兖矿集团鲍店煤矿，山东省邹城市，273513）

采煤工作面运输巷动辄上千米，甚至2km，综掘配套带式输送机皮带长度往往长达2～4km，由于受现场条件的限制，带式输送机胶带的收卷带操作很不方便，回撤速度慢效率低，而且存在严重的安全隐患。目前仍采用传统的绞车拽拉胶带或人工搬运折叠装车的办法，需要多人配合拖拽钢丝绳，体力劳动强度大，钢丝绳拖拉胶带也易造成胶带损坏或变形，更主要的是非常不安全。

因此，研制与应用针对综掘工作面可伸缩带式输送机新型收卷带装置，对减轻职工繁重的体力劳动，提高劳动生产率，完善安全保障体系，具有十分重要的意义。

1 国内外的技术水平及状况

在国内较早时期的工作面可伸缩带式输送机上曾配备电动卷放带装置，由于设计存在缺陷，对现场条件要求较高，收卷带工序复杂，并需要人工付出较大的体力劳动，所以并未能得到有效应用和推广。近些年来在神华、兖矿等煤矿开始配有液压卷带装置，实现了胶带收卷带的机械化，但该装置要求巷道尺寸较大，结构复杂，安装繁琐，不能适用综掘皮带快速回撤的要求。

本项目研究的目的在于研制符合矿井生产条件的移动式皮带回收装置，进行合理选型和结构设计优化，解决井下综掘工作面皮带快速回收问题，降低工人劳动强度，提高回撤环节的安全程度。

2 移动式综掘皮带回收装置技术关键

2.1 主要研究内容

该项目是研制和应用适用于综采工作面轨道或运输巷综掘带式输送机胶带的回撤工作，能够实现多部带式输送机胶带的快速机械化回撤，减少职工的体力劳动强度，确保作业安全可靠性，提高生产效率。同时应具有结构简单可靠、操作安全简便、移动灵活等特点。

技术关键点是移动卷带装置的结构形式确定及移动卷带装置的稳定性研究。

2.2 达到的水平与目标

（1）回收200m 胶带并装车，20min内完成。

（2）安装固定简便牢固，整个装置稳定、安全、可靠。

（3）整体结构设计简单，维护工作量少，操纵简单，作业人数为1～2人。

（4）采用可移动设计，可实现多个带式输送机头之间快速移动。

（5）具备悬臂旋转机构，可以实现机械装车。

3 研究成果和有关的技术参数

3.1 收卷带装置主要参数选取计算

3.1.1 收卷带长度

该装置安装在SSJ800／2×75型可伸缩胶带输送机机头或机尾，因此只需考虑巷道和平板车运输最大尺寸即可，所以成卷后的胶带直径定为1700 mm 比较合适，据此可计算出一次卷带最大长度L为：

式中：D——胶带卷外径，取1700mm；

d——卷带芯轴直径，取200mm；

δ——胶带厚度，带厚8mm。

即一次最大卷带长度为280m，成卷后的最大直径为1.7m。

3.1.2 传动装置输出扭矩及转速

卷带传动装置需要的拉力F1包括：胶带运行阻力、各部件上的附加阻力、过渡弧段上输送带张力产生的附加阻力、输送带绕经滚筒的弯曲阻力、胶带的倾斜阻力等等，详细计算比较复杂，参考有关文献选用如下经验公式简化计算。

式中：CN——附加阻力系数，取1.92；

f——运行阻力系数，取0.025；

L——拉动胶带长度，取1000m；

qt——托辊组转动部分每米质量，对SSJ800／2×75胶带为6kg／m；

qo——每米输送带质量，取9.1kg／m；

β——敷设角度，取50°；

H——胶带落差，取87m。

靠虑卷280m 胶带在t=20min内完成，则传动装置转速n为：

则传动装置需要的最小输出扭矩为：M=F×D／2=14321N·m。

考虑到可靠系数故确定本传动装置的额定输出扭矩为15000～20000N·m，转速5r／min是合适的。

3.1.3 液压系统及主要元件参数确定

根据以上计算，液压传动装置选择额定输出扭矩20000N·m，输出转速5r／min，额定压力16 MPa，流量60L／min，以此选择液压系统，则电机功率为：

因综采工作面供电电压有600／1140 V 两种，故选择22kW，660／1140V 异步电动机。

3.1.4 举带千斤顶选择的推力计算

推力F2为：

式中：m——胶带及传动装置总重，m= （2548+150）kg；

L1——摇臂长，L1=1.65m；

L2——千斤顶支点距离，L2=0.6mm；

M——传动装置转矩，M=20000N·m。

采用左右的一个举带千斤顶，则缸径为70.8mm。

故举带千斤顶的缸径选择80mm。

3.2 卷带装置布置方式及整体结构选择

通过对掘进巷道带式输送机结构的分析，该卷带装置布置在带式输送机头架后侧，与皮带架同一中心线布置，主要用于回撤中间架内的皮带，首先将上皮带全部回收，然后再卷下皮带，分次将皮带回撤完。

该卷带装置结构简单，布置合理，主要由收帯架、加紧架及液压泵站组成，收帯架布置在加紧架后侧，均采用地锚固定，液压泵站布置在安全硐室内，手动液压操作阀均布置在液压泵站上，由工作人员在安全硐室内进行卷带装置操作。

液压收卷带装置设由收帯架、卷带芯轴、旋转液压缸、升降液压缸、液压马达、加紧架、上托辊、下托辊、加紧液压缸组成，见图1。

图1 液压收带装置结构示意图

3.3 卷带装置工作原理

首先回收带式输送机的是上层皮带，开启液压泵站，液压传动装置 （液压马达）工作时，上层皮带一次性拖动；当卷带直径达到1.7 m 左右，此时收带长度为280 m，即皮带接头处绕卷带一圈时，液压传动装置停止工作；夹带架夹紧液压油缸工作，将皮带夹紧固定，液压传动装置反向启动，皮带接头处脱离卷带后停机，抽掉皮带穿条，然后再开机，将剩余皮带全部卷上，停机捆扎成卷皮带后，再开机旋转卷带芯轴，使主、从动卡套开口处朝上；升高悬臂，操纵旋转液压油缸，将悬臂及卷带水平旋转90°，落下悬臂，把卷带落到平板车上，打开主、从动卡套锁板，再下落悬臂，使卷带芯轴两端与主、从动卡套脱离，抽出卷带芯轴及芯轴卡套；升高并回转悬臂，再将卷带芯轴及芯轴卡套复位，关闭主、从动卡套锁板，即可进入下一次卷带工作循环。

4 工业性试验技术效果分析

移动式综掘皮带回收装置于2013年11月在兖矿集团鲍店煤矿103下04运顺完成安装调试，该套装置在此期间完成收卷胶带3000m，每次收卷时液压马达能直接卷带，胶带的收、卷、对接、张紧以及装车等作业一般只需要4人操作，并能在25min内的时间就能完成对280m 胶带的掐、装和紧车任务。

5 效益分析

（1）经济效益分析。节省人力，现在只需要4人就能回收皮带，每班能够回收800 m 皮带，每班至少节省人力6人，而工作效率则提高一倍。降低胶带损耗，原先用绞车钩头直接捆在掐除的皮带上，有3～5m 的皮带头造成损坏。

（2）社会效益分析。提高了胶带收带作业的安全性，胶带装封车安全快捷，减少了职工繁重的体力劳动。

该技术成果的研制成功和应用，降低了工人工作的劳动强度，节约劳动力，节约了时间，降低了安全风险。