广西大新锰矿斜井胶带运输设计

2014-05-30崔文篆

中国锰业 2014年2期

崔文篆

(中冶长天国际工程有限责任公司机械分院，湖南长沙 410007)

广西大新锰矿位于广西省大新县下雷乡，矿区面积32 km，矿床发现于1958年，是我国目前最大的锰矿，也是国内放电锰矿石的最大产区，已探明储量占全区总储量的59.35%。

广西大新锰矿露天转地下工程380 m以下碳酸锰矿开采，前期规模60万t/a，后期规模达80～100万t/a。工程所采用开拓运输方式为钢芯胶带斜井加协助副井方式。采场开采出的矿石由溜井下放至胶带装矿水平，由振动给矿机给矿至区东端的斜井胶带运输机运往井口附近临时堆场。

胶带斜井坡度为10.97(°)，线路高差164 m，矿石堆重比为2.09 t/m3，矿石块度≤250 mm。矿山采用连续工作制，斜井年运输矿物量为100万t/a。据此对胶带机设计参数进行选取：胶带机小时运量240 t/h，年工作时间5 000 h，胶带速度2.0 m/s。

1 线路布置

胶带运输机水平长913.568 m，采用800 mm的胶带宽度。胶带机尾部水平段给矿，给矿点后10 m处设置有除铁器，头部卸矿。根据胶带运输基本参数，可计算出胶带张力、电机功率等关键参数。

1.1 设置驱动站

胶带机头部位于斜井口转运站2楼，相比斜井底的胶带机尾部，更方便人员操作与设备检修，因此，胶带机驱动站设置在胶带机头部段。因胶带机驱动功率不是特别大，单滚筒驱动能够满足胶带机的驱动要求，故而从成本及维护等方面考虑，采用单滚筒驱动方式。

驱动站设置有起吊钢梁及单轨小车，用于设备安装检修。以往驱动站起吊钢梁常设计成直轨形式，起吊范围小，不能兼顾胶带机头架及驱动设备。这次将起吊钢梁设计成弧形方式，起吊范围较大，可以兼顾头架和驱动设备。

1.2 确定胶带机凹弧半径

胶带运输机运行线路游水平输送变成倾斜输送的区段，需要有曲线段使运输带平滑过渡，这种曲线段称为凹(凸)弧段。胶带运输机凹弧段应有足够大的半径，凹弧段胶带重力必须大于凹弧段胶带由张力作用的合向上力［1］，凹弧段半径按公式计算：

式中R——凹弧段半径，m;

Si——凹弧起点张力，N;安全起见，可按启动或制动时最大张力计算;

qi——每米胶带质量，kg/m。

按实际经验，并考虑胶带增加抗撕裂钢丝网和胶带工作面增加厚度，凹弧半径取350 m。

1.3 托辊及机架

承载托辊槽角为35(°)，根据矿石松散密度2.09 t/m3和胶带机带宽并依据设计手册［2］，选择承载托辊间距为1 200 mm、回程托辊间距为3 000 mm、缓冲托辊组间距为500 mm。

胶带机采用固定式中间架，每节支架固定在斜井底板上或支架基础上。在装载点设缓冲托辊组和导料槽，中部上分支设槽型托辊组，下分支设平行托辊组，每隔一定距离设调心托辊组。在胶带机的头、尾部分别设合金橡胶清扫器和空段清扫器。

1.4 拉紧装置

胶带机选用自控液压拉紧装置，该系统简单、日维护量少，张紧响应快，能满足系统安全运行的需要。拉紧行程与拉紧方式有关，考虑到胶带变形伸长和胶带接头时所需长度，根据公式计算并圆整，最后选择拉紧小车最大行程3 m。

2 变频驱动

一般理论认为，输送带由弹性单元组成，胶带输送机为柔粘性力学系统，在启动加速、停车减速及张力变化过程中均呈现出复杂的运动学特征，主要表现为横向振动、纵向振动以及动态张力波在胶带中的传播和叠加，造成输送系统的不稳定，具体表现为胶带断裂、机械损害、局部谐振跳带、叠带、撒料等。因此，选用合适的驱动设备控制胶带输送机的工作张力和启动、制动加速度，优化胶带输送机的运行工况，对有效延长其使用寿命，保证胶带输送机安全稳定地运行具有重要意义。

在过去应用中，胶带输送机一般采用CST(可控启动传输装置)、调速型液力偶合器等机械和液压方式驱动设备。液力耦合器是一种液力传动装置，由壳体、涡轮、泵轮3部分组成，结构简单，技术成熟且操作方便。CST是一个由多级齿轮减速器加上湿式离合器及液压控制组成的系统，输出扭矩由液压控制系统控制，随离合器上所加液压压力而变化，CST可以让用户设定启动、停车曲线，动态响应快。调速型液压耦合器与CST均具有自身特点，使用范围也较为广泛，但同时也都存在效率低、维护复杂、工作环境差、不能调速运行、非线性、启动电流大等缺陷，而且由于启动加速度大，导致胶带持续波动、张力特性较差，无法对长距离输送的动态优化和安全启动提供有效保证。随着变频技术的快速发展，变频器已应用于输送机类恒转矩负载的调速驱动过程。

变频调速原理基于电动机的转速，公式如下：

式中n——电动机的转速，r/min;

f——电动机定子电源的频率，Hz;

p——电动机的极对数，对;

s——电动机的转差率。

由上式可知，可以通过改变f、s和p来控制交流异步电动机的转速n，但由于转差率s和极对数p不易改变，因此常用的是改变频率f。变频器是利用电子和可控硅为基础，实现对电动机的电压和频率进行控制，使电源频率平滑改变，从而使电动机可以平稳地启动，机械和电应力也降至最小;而且能根据工况随时改变频率，从而实现对胶带机带速的控制［3］。目前，工业用变频器规格范围很宽，近几年中、高压大功率变频器产品逐渐增多。现代变频器基本都采用矢量调速技术，使受控电机呈现优良的调速特性和满意的负载能力。变频器的加速曲线可以在很宽的范围内设定，能满足控制带式输送机加速度的要求。变频调速系统的机械特性很硬，基本与电机的固有特性相同。使用开环系统控制带式输送机的驱动可以满足技术要求。变频器的应用优化了胶带输送机的启停特性，与传统驱动方式相比，变频驱动具有启动冲击小、可靠性高、调速范围宽、效率高等特点。经过分析比较，大新锰矿斜井胶带运输采用了变频器驱动方式。

3 倒带断带自锁装置

为防止胶带机倒带断带后造成人员伤亡及设备损坏，我们在设计时应考虑采用相关保护设备。在选型设计时，我们采用的是TY系列倒带断带自锁保护装置。该套自锁保护装置包含倒带断带检测装置、控制箱以及自锁执行装置3部分。检测装置采用磁电检测方式，分别布置在机头、机尾及胶带机中间。自锁执行装置在胶带机左右两侧对称安装，安装时将胶带机上半部分分成3段(从机头开始)：第1段范围内每隔10 m安装1对;第2段范围内每隔15 m安装1对;第3段范围内每隔25 m安装1对。每个自锁装置抗拉力可达5 t。每5对自锁执行装置配备1台控制箱。

当检测装置检测到胶带有倒带或断带情况，检测箱将发出2路信号：一路信号发送给控制箱，从而驱动自锁执行装置，电机动作，自锁装置齿轮箱增大输出力矩，由离合器带动渐开线扇齿凸轮从而锁死胶带;另一路信号直接送往胶带机控制室，胶带机停止运行。