煤矿主斜井皮带机改造技术

常文浩

(内蒙古蒙泰不连沟煤业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010303)

煤矿主斜井皮带机改造技术

常文浩

(内蒙古蒙泰不连沟煤业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010303)

随着不连沟煤矿生产能力的不断提高，主斜井皮带机作为主要运输系统一直存在诸多隐患，为了满足运输能力，提高安全系数，对主斜井皮带机进行技术改造。介绍了改造技术方案及验算过程，供解决同类问题时参考。

煤矿；主斜井；皮带机；矿井；三联巷；技术方案

0 引言

不连沟煤矿是华电煤业集团有限责任公司设计建设的首座千万吨级大型矿井，于2011年6月投产， 2012年4月12日通过了生产能力15 Mt/a的核定后，主运系统由于运力增大、负荷增加，曾多次出现主斜井皮带机压死、重载无法启车、卸载滚筒断轴和皮带下滑等问题，不仅对设备造成了很大损伤，而且严重影响矿井的安全生产。为了提高主运系统的安全系数，增加主运系统运输能力，适应15 Mt/a及以后增加产量需求，决定对主运系统进行改造。

1 改造方案

为改善皮带机重载启动性能，提高结构件及带面安全系数，增加系统运输能力，需要对皮带机进行改造。为减少改造工程量，输送带保持不变，井口房基础设备基本不变，在距主斜井井口1 320 m三联巷处增加2台中部驱动。主斜井皮带缠绕示意如图1所示。

图1 主斜井皮带缠绕示意

2 皮带机主要技术参数

改造后皮带机主要技术参数：输送能力，5 000 t/h；带宽，1 600 mm；带速，5 m/s；输送长度，2 520 m；驱动功率，(3×1 800+2×1 800)kW；提升高度，245 m；输送带，ST5000阻燃钢丝芯抗纵撕皮带；驱动装置，电机和减速器、变频器。改造前后参数对比见表1。

表1 改造前、后参数对比

3 计算过程

(1)满足传动条件张力计算。当采用的传动装置相同时，5个驱动滚筒传递力相等，基本参数见表2，传动滚筒围包角相等(θ=210°)，皮带与滚筒之间摩擦因数μ=0.3，牵引系数K=eμθ=3.0，所有驱动单元相同且采用变频启动，所以有

FM=FⅡ=FⅣ=FU/5=202 236 N ，

式中：FM为每个驱动滚筒圆周驱动力；FⅡ，FⅣ分别为Ⅱ，Ⅳ号驱动滚筒圆周驱动力；FU为总圆周驱动力，1 011 178 N。

满足Ⅳ号滚筒不打滑的条件下，机头驱动滚筒奔离点张力

SⅡ=SⅣ≥KAFⅣ/(eμθ-1)=1.1×202 236/(3.0-1)=111 230(N) ，

式中：SⅣ为中间驱动滚筒奔离点张力；KA为启动系数，1.1。

(2)满足垂度要求。承载分支最小张力点允许的最小张力

SZmin≥a0(qB+q)g/[8(h/a)max]=1.5×(108.6+277.8)×9.8/(8×0.02)=35 501(N) ，式中：a0为上托辊组间距，1.5 m；(h/a)max为两组托辊间允许的皮带垂度，0.02；g为重力加速度，9.8 m/s2。

表2 基本数据及主要参数对照

空载段允许最小张力

Skmin≥auqBg/[8(h/a)max]=3×108.6×9.8/(8×0.02)=19 955(N) ，

式中：au为下托辊组间距，3 m。

(3)输送机正常运行时张力。因为是机尾张紧，需要同时满足驱动滚筒奔离点不打滑和机尾皮带垂度条件。

FS=LgqBsinα=259 651(N) ，

FHU=Lfg(qBcosα+qL)=74 219(N) ，

SⅡ′=SⅣ′=FW+FS-FHU=220 969(N) ，

式中：FS为皮带松边在倾斜方向的分力；FHU为皮带松边运行阻力，包括皮带运行阻力和底托辊运行阻力；L为皮带机长度，2 520 m；α为皮带机倾角，5.5°；SⅡ′为满足驱动滚筒奔离点不打滑和机尾皮带垂度条件下驱动滚筒奔离点张力；SⅣ′为满足驱动滚筒奔离点不打滑和机尾皮带垂度条件下中间驱动滚筒奔离点张力；FW为满足皮带垂度要求的机尾张力，35 536 N。

(4)中间驱动位置计算。当上皮带长为Lzq时，皮带头部张力

FL=CfgLzq[(qB+q)cosα+qU]+

gLzq(qB+q)sinα，

式中：C为附加阻力系数,1.05；fgLzq(qB+q)cosα为物料和带面运行阻力；fgLzqqU为上托辊运行阻力；gLzq(qB+q)sinα为物料和皮带的倾斜阻力。当Q=5 000 t/h时，FL=473.3Lzq。

按驱动理论计算出总的圆周驱动力FU=1 011 178 N，头部最大张力

Smax=SⅡ′+3FU/5=220 969+606 706=827 675(N) ，

因Smax=FL+SⅣ′，SⅡ′=SⅣ′，故FL=473.3Lzq=Smax-SⅣ′=Smax-SⅡ′=606 706 N，Lzq=1 281 m，即头部驱动滚筒距中间驱动滚筒奔离点的距离为1 281 m时头部张力最小。

头部各个驱动滚筒及中间驱动滚筒受力情况：

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

中间驱动滚筒受力情况：

FⅣ=SⅣ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N) ，

FⅢ=FⅣ+FU/5=423 204+202 235=625 439(N)。

(5)当中间驱动距机头距离Lzq=760 m时,满足机尾张紧、机头及中间驱动驱不打滑各个滚筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675 (N)。

满足机头驱奔离点不打滑和机尾皮带垂度条件Lzq=760 m时，FL=473.3Lzq=359 708(N)，因Smax=FL+SⅣ1′，故SⅣ1′=467 967 N，则

FⅣ=SⅣ1′+FU/5=467 967+202 235=670 202(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=670 202+202 235=872 437(N)。

(6)当中间驱动距机头1 320 m时，满足机尾张紧、机头及中驱不打滑各个滚筒受力

FⅡ=SⅡ′+FU/5=220 969+202 235=423 204(N)，

Smax=FⅡ+2FU/5=423 204+404 471=827 675(N)，

FL=473.3Lzq=473.3×1 320=624 756(N)，

因为Smax=FL+SⅣ2′，所以SⅣ2′=202 919 N。

满足驱动条件时

FⅣ=SⅣ2′+FU/5=202 919+202 235=405 154(N)，

FⅢ=FⅣ+FU/5=405 154+202 235=607 389(N)。

(7)逆止力计算。逆止器滚筒传递最大摩擦力S=SⅣ′eμθ=220 969×3=662 907(N)，K=eμθ=3.0。

经计算，静逆止力Sbn=541 111 N，倾斜力FP=668 480 N，头部最大张力Smax=827 675 N。逆止力按1.5倍计算，所需逆止力分别为81 1666，1 002 720，1 241 512 N。输送机张力见表3。

4 设备增设情况

需要增加的设备有：3件机架、2件驱动滚筒、2件导向滚筒、2台H3SH7A减速器、2台1800kW变频电动机、2台额定电流260A变频器、2台额定容量3000kV·A变压器、1台逆止器、1面可编程逻辑控制器(PLC)同步柜、2800m矿用电缆、3面高压柜等。该方案需投资约2500万元，设备采购周期为4～6个月，硐室、基础施工工期为40d，皮带机机架安装、皮带对接工期10～15d(停产施工)。

表3 输送机张力分布情况对照 N

5 结束语

主井皮带机改造后输送能力达到5 000 t/h，皮带安全系数由7.11提高到8.79，头部最大张力由1 074 506 N降低到827 675 N，卸载滚筒合力下降约246 831 N，主井皮带机运行工况明显改善,平均4 500 t/h负荷下能重载启动。系统煤量不均衡问题及矸石损伤带面问题得到解决，系统平均运输能力达到4 000 t/h，矿井具备15 Mt/a及以上生产能力要求。

[1]《实用机械设计手册》编写组.实用机械设计手册(上、下册)[M].2版.北京:机械工业出版社，1998.

[2]《中国机械设计大典》编委会.中国机械设计大典(第3、4卷)[M].江西:江西科学技术出版社，2001.

[3]《机械设计手册》编委会.机械设计手册(第3卷)[M].北京:机械工业出版社，2004.

[4]王世刚，张秀亲，苗淑杰.机械设计实践(上、下册)[M].修订版.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2003.

[5]谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备[M].徐州:中国矿业大学出版社，2000.

(本文责编：白银雷)

常文浩(1974—)，男，陕西韩城人，工程师 工学硕士，从事煤矿机电设备管理方面的工作(E-mail:996341872@qq.com)。

TD 55

A

1674-1951(2017)11-0020-02

2017-09-11；

2017-10-28