关于煤矿用带式输送机未来发展方向的研究

王嘉鑫

摘 要：带式输送机作为当前最为理想的煤炭运输方式广泛应用于煤矿井下原煤运输及煤炭洗选领域。对比其他运输方式，带式输送机具有运行稳定、连续性强、运输距离长、节能高效等显著特点。伴随着煤炭采掘技术的发展以及煤炭市场的变化，对带式输送机设计制造工作提出了更高要求。以神东矿区为例，采掘技术高速发展，要求带式输送机更加智能化、大型化、长距离化；受煤炭产能过剩、煤炭价格波动等外部环境影响，要以科技创新求发展，要求带式输送机更加节能降耗、科技含量高且标准规范。

关键词：带式输送机；智能化；长距离；标准化；科技创新

中图分类号：TD52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0137-03

带式输送机作为承接煤炭开采与煤炭装车外运的重要中间组成单元，起着承上启下的重要作用。只有带式输送机设计制造工作快速发展，才不会卡住煤炭生产外运的咽喉。近年，随着大采高、快速掘进、数字化矿山等现代煤炭新技术的涌现，对带式输送机行业提出了更高要求。同时受煤炭行业大环境影响、煤炭产能过剩、新能源占比不断增大等因素的影响，煤炭作为主体能源的地位在不断削弱，煤炭企业自身生存压力逐渐增大。综合以上客观因素，要以创新发展和行业脱困为基调，有目的、针对性的对带式输送机设计制造进行升级优化。使带式输送机实现长距离、设计新型化、系统标准化、智能人性化。

1 目前常规带式输送机存在问题归纳分析

1.1 长距离运输方面

当综采工作面或连采工作面推进长度过长时，常规可伸缩胶带机3000米运输长度已经无法满足要求，通常情况下采用两种布置方式满足长距离输送要求。一种为两部3000米带式输送机搭接运行，主要存在问题为需进行两套设备的安装与回撤。对于双巷工作面，工作面到第一部机头，需要停产拆运胶带机机头部分；对于单巷工作面，需增加腰巷，工作面到第一部机头，通过腰巷完成机头部分的拆运。与采用单部长距离单点驱动胶带机比较，由于采用了两点驱动布置方式，需增加机头硐室、安装基础、回撤腰巷、过构造等，使得矿务工程工作量增大；需增加移变供电、电气控制、机头设备、供电电缆等设备，使得安装与回撤工作量也增大；需增设多名岗位工及巡检工，增加了运行维护成本，调试难度增大[1]。

另一种为加中部驱动长距离运行，同样存在的问题为设备的安装、回撤及维护，需增加中部硐室、安装基础、回撤腰巷、中部供电设备及过量的检修人员。另外存在的主要问题为机头与中部驱动之间的关联控制比较复杂，各驱动间的负载分配、启动时间差及启动顺序设置起来是一项复杂耗时的工作。如设置不当，中驱驱动滚筒与带面间会产生隐性打滑，会产生烟雾及刺鼻气味，存在极大的起火隐患。通常为解决中部驱动隐性打滑，现场操作人员会将整机拉紧装置过张力控制，这样虽然可以解决隐性打滑，但是超过额定拉紧力长时间运行会对张紧部分游动小车、液压拉紧装置等部件的使用寿命造成较大影响。所以，过张力拉紧不是解决中部驱动隐性打滑的理想解决方案。

通过对两部搭接方式和加中部驱动两种方式的综合分析，以上两种方式主要存在安装回撤不便、关联复杂、人力物力投入大增加使用成本、影响生产效率，难以满足安全高效的矿井需求。

1.2 设计新型化的必要性

带式输送机的设计制造工作应不满足于还能用的状态。应该思考如何更好用易用。通过自上而下及自下而上多角度思考，研究总结出改型发展的根本点及难点，理清脉络后逐点研究[2]。

托辊方面存在问题：输送机的主要阻力FH是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生阻力的总和，可用公式（1）计算。

FH=f*L*g[qR0+qRu+（2qB+qG）cosδ] （1）

式中：f——模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定，一般可按表查取；qR0——承载分支托辊组每米长度旋转部分重量，kg/m；qRu——回程分支托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m；qB——每米长度输送带质量，kg/m。

从公式中可反映出，模拟摩擦系数f、带面质量qB、托辊旋转质量qR0和qRu等是决定输送机的运行阻力几个重要参数。通俗的讲，通过自下而上的分析，托辊和输送带面是决定整机运行受力情况的重要基础元素。

托辊作为带式输送机数量最大的组成部件。托辊的性能参数直接影响整机的受力情况。考虑到各矿井地质条件错综复杂，环境潮湿，且存在淋水现象。污染水质会对托辊辊皮、密封及轴承造成侵蚀（见图1所示）。通常托辊为碳钢Q345材质，为应对潮湿及污染水质侵蚀，再综合辊皮材质的力学性能，托辊辊皮厚度通常较厚，以提高耐腐蚀性，保证托辊的合理寿命。辊皮较厚随之产生的问题就是托辊旋转质量qR0和qRu增大，产生的连锁反应为带式输送机整机的张力变大，所需带面的强度等级增大继而每米长度带面质量qB增大。整个连锁反应最终导致整机的功率配置相对增大。最终整个闭环系统配置偏高，前期设备购置费用以及后期能耗、维护费用相对增大。

1.3 系统标准化的必要性

据悉，目前同规格顺槽胶带机存在问题为样式多种多样。以神东矿区为例，在用1.4m带宽3000m运距顺槽胶带机的品牌种类至少有三种，三种胶带机的功率以及带速相同，但是设备配置却各自为政，首先电机、减速器品牌不同；另外启动方式也不同，有变频启动方式，也有CST启动方式；架体高度、安装尺寸不同，这样造成三种胶带机安装地基也不同。并且每种之间的易耗件如标准架体、滚筒、托辊均设计相似但不能完全互换，每部新顺槽胶带机采购至少要附带电机、减速器、约5个滚筒以及大量的标准架体、上托辊、下托辊及平托辊等备件，便于部件出现问题时及时更换。这样，一个种类的在用部件及备用部件只能供自身单一使用，如果有的矿井三个种类的顺槽胶带机都在用的话，库存积压，资产无法有效盘活，造成的浪费是惊人的。而且在后续使用过程中困扰一直存在，矿井物资采购人员需要頻繁区分品牌种类，而带式输送机生产企业每次接到物资采购计划时均需要入井核实测量尺寸，带式输送机现场维护人员每次领用物资的时候也不便于区分。

固定胶带机受地形、巷道布局的限制允许有差异化存在。所以，固定胶带机的种类特别繁多。同顺槽胶带机一样，每部新固定胶带机采购至少要附带电机、减速器、约5个滚筒以及大量的标准架体、上托辊、下托辊及平托辊等备件。目前存在问题主要为在运量相同、带宽一致的情况下，标准架体方面如H架、纵梁及上托辊架完全可设计为一种样式，实际情况为各成体系、种类繁多。托辊方面存在问题也很严重，轴径不一，安装档距不一。特别是滚筒方面，通常固定胶带机滚筒采用外置轴承座样式，外置轴承座滚筒受安装尺寸限制一般来讲只能用到这一部胶带机上，循环再利用的可能性很小。固定胶带机滚筒的种类之多以及积压情况远比顺槽滚筒要严重。存在的另一个问题为目前在用的固定胶带机普遍绕带方式复杂，造成了不必要的滚筒和架体的浪费。

1.4 智能人性化方面的考虑

井下带式输送机是一种连续性的运输设备，非检修时间故障停机的损失是巨大的。为保障带式输送机在生产阶段无故障运行，要做好各主要部件的监测工作是非常重要的。其中电机需要观测其功率、电流情况及A、B、C三相绕组及两端轴承温度情况，观测功率、电流分析其煤量运载情况。通过轴承温度及绕组温度判读电机是否存在过热现象，是否需要进行预防性检修。电机温度、功率、电流等参数通过有线方式传输到变频器集中显示，而变频器无专人全程看守，只有检修人员分时段观测，所以无法实时观测设备运行情况，存在发现问题不及时等现象，无法通过科技手段有效解放人力。

减速器方面通常配置高速轴测温、低速轴测温、油温测温、油位检测及振动检测，用以监测设备出现高温现象以及润滑油量情况，辅助维护人员作出设备运行状况判断。还有滚筒测温同减速器相似。原理为PT100测温元件外接信号传输线缆将信号传输至变频器显示。这样存在的问题就是线缆布置较为凌乱。同电机一样，显示端无专人看守的情况下无法实时获得故障信息。

不论是智能技术还是其他的新技术的应用，都应该是服务于人的。特别是矿井单位要利用新技术、新思想保障人的安全、提高人工效率，秉承以人为本的思想。顺槽胶带机和连采后配套胶带机均属于需要频繁缩短或延长的机型，搬家倒面的次数也比较频繁。大型架体通过大型搬运设备搬运，但是小部件如H架、纵梁及上托辊架均需要人工搬运。例如1.4m顺槽胶带机标准H架重达50公斤左右，1m连采胶带机标准H架重达35公斤。数千件的小部件需要人工搬运，劳动强度之大可想而知，且存在砸伤、划伤的安全隐患。面对一线工人如此大的劳动强度，需要潜下心来本着以人为本的观念努力寻找改善的方法，切实降低工人劳动强度与作业风险。

2 带式输送机未来发展方向及难点探究

2.1 设计新型化实现长距离运输

当综采工作面或连采工作面推进长度过长时，两部搭接与加中驱方式主要存在安装回撤不便、关联复杂、人力物力投入大增加使用成本、影响生产效率等弊端。综上所述，长距离单点驱动带式输送机应是未来发展的方向。

实现长距离单点驱动长距离胶带机需要从各部件中逐一筛选，挖掘部件的潜力空间，如滚筒、钢结构架体等部件数量不多且相对比较成熟。挖掘的价值不大。托辊作为带式输送机数量最大的部件，其性能参数直接影响整机的受力情况，可挖掘的潜力巨大。由公式（1）得出，将托辊旋转质量qR0和qRu、托辊旋转阻力及带面质量qB作为潜力挖掘的突破点。首先从托辊旋转重量方面，常用普通托辊采用Q345碳钢材质辊皮，为应对磨损及淋水腐蚀现象，辊皮厚度偏厚为4.5mm，直接造成托辊旋转重量偏大。研究采用非金属高分子材料或耐磨耐腐蚀金属材料可适量降低托辊辊皮壁厚，有效降低托辊的旋转重量；托辊旋转阻力方面，这方面涉及到托辊的轴承及密封，如轴承密封密封性不好的话，长时间运行后粉尘及污染水会进入密封腔内直接侵蚀轴承，轴承在无润滑受侵蚀的情况下必然旋转阻力会增大。而密封腔如果本身腔内容积过大的话，出厂时就会充入过量的润滑油，也会对托辊阻力造成影响。这样需要改良密封设计，迷宫密封永远不能彻底的隔绝粉尘与污染水，真正的控制应以疏导为主，设置缓冲区，污染物进入到缓冲区后利用托辊自身的高速旋转离心力将污染物甩出；带面质量方面，根据连锁反应，托辊旋转重量及旋转阻力降低后整机的主要阻力就会下降，相应的带面张力也会下降。这样带面的强度等级降低后单位长度的带面重量就会降低，再选择柔性较好、重量较轻的织物带面，就会更进一步降低整机的主要阻力，为带式输送机长距离运输提供更多的实现保障[3]。

2.2 系统标准化方面

综上所述，顺槽胶带机以及固定胶带机标准化工作推行不到位，自成体系带来的浪费是巨大的。特别是备件，常年存放在室外，如果保护不当，未使用就会报废。特别是当煤炭市场不景气时，推行标准化工作势在必行。以神东矿区为例，同规格顺槽胶带机的品牌种类至少有三种，在用途及诉求一致的情况下，完成可以从现在开始，在一公司多矿井单位，将该种机型强制规范为一种机型通用，能够有效盘活库存，为今后的顺槽机型采购、矿务工程、输送机维护提供很大的便利。

固定带式输送机方面受地形、巷道布局的限制允许有差异化存在，所以固定带式输送机存在的浪费更为严重。在带宽、运量、功率配置及受力情况相近的情况下，要力争托辊、上托辊架、纵梁及H架可以互换。滚筒方面合张力相近的情况下，要归纳为一种规格的滚筒。另外固定胶带机滚筒通常使用外置轴承座滚筒，可以将滚筒统一更改为顺槽样式内置轴承滚筒。内置轴承滚筒的安装方式为以简易焊接卡座代替外置轴承座，互换的局限性更小，满足轴径、合张力的前提下只需重新加工轴头卡座即可。另外需要推行的一个方面为改变常规固定胶带机绕带方式，在地形条件较好的情况下，采用顺槽绕带方式可省却两个改向滚筒及改向架体，节约设备购置资金及后期维护量。

2.3 智能人性化方面

煤矿井下带式输送机中应用智能控制技术，能够作为一种有效的支持分布式控制实施的串联网络系统结构，实现煤矿井下作业体系系统化。以电机、减速器的监控为例为例，增加更多的监测项目，如油品分析、振动值等参数，将所有的温度、振动、油品质等信号汇总传输到固定在箱体上的无线发射器上，在通过中转设备传送的地面。当然现场维护人员手持终端也可全面采集到这些信息，地面设置专人监控多条带式输送机，可实时矿井全部带式输送机运行情况及控制设备的启停。同时设备供应厂家根据上传的各项数据汇总分析设备的故障原因及寿命评估。除了确保系统运行的可靠性外，还以提高故障排查性，提高煤炭运输效率。智能控制系统的地面监控和网上浏览功能，使得运输操作人员及时了解井下煤矿一项操作现场，对矿业部门单位的生产和发展及煤量的开采，都具有积极的引导作用。

顺槽带式输送机、连采后配套可伸缩带式输送机均属于短周期服役类型，而且在使用过程中需要频繁的延长或缩短标准段部分。如H架、纵梁及上托辊架均需要人工搬运、拆装。为降低现场工人的劳动强度，要推行可伸缩类带式输送机标准部分轻型化。在保证强度满足的情况下，采用高强度钢板代替普通钢板，选用新型材质的主要要求为其加工性能及力学性能满足需求，特别是焊接方面，要求新型材料焊接处以及热影响区域不得失效断裂，要对焊接工艺方法做严格的论证测定，这样整体的力学性能才能满足要求，最终实现减重目的；采用新型型钢代替常规型钢，例如采用冷弯内卷边槽钢代替普通槽钢，内卷边槽钢结构更为稳固，具有相对更好的抗弯及抗拉性，最终可减重40%有余。轻型化设计的主要目的主要在于将人工搬运部件重量降低到人力承受范围内，降低工人劳动强度，提高人工效率。

3 结语

带式输送机的发展不光要聚焦在更长距离、更大型化，同时也要兼顾细节方面的优化提升之处。反之，细节提升才能实现长距离、大型化，细节提升积累到一定数量才会产生大革新。托辊的新型设计产生了连锁的有利效应。以此为鉴，应以同样的理念研究滚筒的提升改造之处。标准化工作方面，统一归类机型种类，实现部件的通用性与互换性，在此基础上提出带式输送机钢结构件的模块化设计，类似于积木搭接式的设计思想，这样拆装、搬运方便，而且通用性强。智能人性化方面是现在发展的主流方向，它代表了一个矿井的现代化水平，智能化的意义在于解放人力，提高劳动效率；随着科技的发展，矿井井下所有作业最终会实现无人作业。秉承科技是第一生产力，通过不断的创新，改变煤炭行业粗放型发展方式，走一条资源节约型、环境友好型的发展道路。

参考文献

[1]北京起重运输机械设计研究院，等.DTⅡ（A）带式输送机设计手册[M].北京：冶金工業出版社，2014.

[2]宋伟刚.通用带式输送机设计[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[3]汪宗华.带式输送机[M].北京：机械工业出版社，1989.