废石胶带系统BC01固定胶带更换方案优化

王雪峰

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴　334224）

1 引言

废石运输是德兴铜矿矿山开采中的重要环节，废石胶带系统于2011年11月建成投产，承担德铜采矿场铜厂采区大部分废石运输任务，该系统改变了单一的电动轮汽车运输排料方式，现已运行6年多，运输量超1.1亿t［1］。废石胶带系统采用“电动轮汽车运输—废石粗破碎—胶带运输机—排土机”排料方式［2］，流程图如图1所示：旋回破碎机破碎→铁板给料机给料→BC01固定胶带运输机运输→BC02固定胶带运输机转载→BC03移动胶带运输机运输→排土机受料带受料→排土机卸料带排料。系统全长4.1km，其中BC01固定胶带运输机全长2430m，提升高度277.3m，坡度12°，胶带强度为ST5400，长5000m，宽1.8m。

现BC01固定胶带运输机胶带已到使用年限需要更换，长距离胶带更换通常采用旧带带新带的方式，通过慢驱装置拖动胶带。由于尾部硐室检修场地空间狭小，原有的卷带机、放带机只能卷200m胶带，如采用现有装置来更换胶带则需胶带25卷，施工工期约为56天，同时BC01固定胶带运输机无独立的慢驱装置，只能使用现有驱动系统，由4台驱动系统来实现慢驱。

图1 废石胶带系统流程图

2 换带设施改造

BC01固定胶带运输机大部分布置在地下斜井内，头部露出地面,尾部位于废石粗碎站底部。更换胶带的设施主要布置在胶带尾部硐室内。胶带和换带设施可通过粗碎站吊装孔下放至胶带尾部硐室。尾部硐室设有电动葫芦双梁桥式起重机1台，起重量Q=40t，跨度Lk=8.5m，总功率18.5kW；电动平板车1台，载重Q=50t，电机功率5kW。

2.1 胶带卷尺寸确定

现有胶带规格为ST5400-1800 mm (10/10/8)，每米胶带重量100.08kg/m，为减少硫化接头以降低胶接头的硫化质量及安全运行风险，并节省胶带硫化胶接的检修时间，现场订购的单卷胶带应尽量长。结合现场实际情况，胶带的合适长度确定为340m至380m范围，考虑到行车起升高度为6m，电动平板车高度为0.7m，同时受交通、运输因素限制胶带卷高度应≤3.7m。而尾部硐室尺寸为17.6 m×10m,所以最终订货采用椭圆卷胶带，综上因素计算确定胶带卷长度为360m，尺寸为高3.7m×长4m。

2.2 卷带机选型

BC01固定胶带运输机隧道经过德铜采矿场铜厂采区，采区内隧道为水平输送，其余为大角度提升，其中采区水平输送段长965m。根据换带方案，胶带输送机头部滚筒驱动电机作为主驱动来驱动胶带运行完成换带过程。尾部卷带机起辅助拖动作用，只需满足拖动尾部回程水平段965m的旧胶带缠绕到卷带机上。水平段的回程胶带的总阻力Fr为水平段的回程胶带与托辊间的摩擦阻力［3］。

式中：f为托辊阻力系数，f=0.03；L1为胶带运输机水平段长度，L=965(m)；qB为每米胶带重量，qB=55.6×1.8=100.08（kg/m）。

卷带机驱动单元采用电机配减速器形式，电机转速n1=750 r/min，减速器速比i=400，卷带机卷筒转速n2=750/400=1.875 r/min。卷带机工作时的转速保持恒定，缠绕的胶带卷直径逐渐增加，胶带卷表面的线速度是时刻变化的。当缠绕的胶带卷直径达到最大D=φ4m时，此时胶带卷表面的线速度达到最大，Vmax=n2πD/60=0.39 m/s。拖动胶带所需牵引力Fr=28.4 kN，Vmax=0.39 m/s，所需轴功率P=1.3Frv=14.4kW，考虑电机与减速器的传动效率为0.75，则电机功率为14.4/0.75=19.2kW。

3 胶带运输机慢驱实现

在实际生产之中,一般采用双滚筒驱动装置对带式输送机进行驱动,双滚筒驱动带式输送机系统主要以头部双滚筒驱动为主［4］。BC01固定胶带运输机采用三滚筒四电机驱动，功率配比为1∶2∶1，驱动部由4个驱动单元组成，分2个驱动站布置，每套驱动单元电机功率1600kW。为了便于对BC01固定胶带运输机的整体更换，需要对其慢驱方式做进一步优化，最好的方式是由一个驱动单元实现慢驱，以消除多个驱动单元同时慢驱造成的卡顿问题，并减少电力消耗，同时也可以利用换带间隙对其余3个驱动单元进行检修保养。

3.1 BC01固定胶带运输机不打滑验算

胶带更换作业过程中，BC01固定胶带运输机胶带从尾部断开，均由接入胶带与前部胶带尾部搭接，通过1个驱动单元慢驱，由前部胶带带动后部胶带到达硫化平台位置。为确保主驱动电机能够驱动胶带运行，需保证胶带绕过传动滚筒时不发生打滑现象。

承载段胶带的总阻力Fs包括承载段胶带提升阻力和承载段胶带与托辊间的摩擦阻力［5］。

式中：f为托辊阻力系数，f=0.03；L1为胶带运输机水平段长度，L=965（m）；L2为胶带运输机提升段水平长度，L=1465（m）；H为胶带运输机提升高度，H=277.3（m）；qB为每米胶带重量，qB=55.6×1.8=100.08（kg/m）；δ为提升段倾角，δ=12°。

回程段胶带的总阻力Fc包括回程段胶带提升阻力和倾斜段的回程胶带与托辊间的摩擦阻力。

经过计算传到头部滚筒处承载面张力Fs为339.8kN；头部滚筒处回程面张力Fc为233.1kN，所需圆周驱动力FU=106.7kN，传动滚筒所需扭矩M=FU×D/2=213.4kN·m。 胶 带 输 送 机 单 台驱动电机可输出额定扭矩T=（9550×P/n×i）/K=（9550×1600/1480×25.8）/1.2=222kN·m，T=222.2kN·m＞M=213.4kN·m，满足更换胶带要求。胶带运输机传动滚筒表面采用橡胶包胶，传动滚筒与胶带间的摩擦系数μ=0.25，胶带所在传动滚筒上的围包角 α=195°，欧拉系数 eμα=2.342。由欧拉公式和逐点张力法有F1/F2=1.46 ＜ eμα，满足胶带不打滑条件。

3.2 BC01固定胶带运输机慢驱实现

BC01固定胶带运输机有201＃、202＃、203＃、204＃4个驱动单元，其中204＃为主驱动单元。使用单台驱动可消除慢驱时的卡顿问题，并能将速度从0.48m/s降至0.3m/s以内。根据现场情况，选择204＃驱动单元为慢驱单元，要实现单驱动系慢驱，首先需修改PLC程序及上位机控制界面，设定PLC程序标签X204_DQ_XZ，上位机设置转换开关，当需要204＃驱动单元单独驱动时，首先将201＃、202＃、203＃的驱动单元减速箱与滚筒联轴器解除，将转换开关切换至单独驱动模式，再按启动系统。当转换开关动作后切断201、202、203的驱动单元启动指令；再屏蔽204＃与其它变频器准备信号的关联点；再将201＃、202＃、203＃的所有辅助设备全部屏蔽。PLC程序如图2所示。

慢驱前，安排专人检查胶带是否存在损伤及异物，确认拉绳紧急停车开关和胶带跑偏开关是否动作可靠。慢驱开始前确认各重要观察点均有人看守，一驱、二驱各有1人检查，卷带机处及硫化点各有1人检查，固定胶带运输机中部上坡段2人检查，其余无关人员远离胶带运输机。一旦在慢驱过程中发现胶带撕裂、损伤、堆积严重、电机等设备异响等特殊情况，可以直接拉动拉绳开关紧急停车。在慢驱过程中，胶带堆积点1人用流程广播与卷带机操作人员保持联系，在胶带绷紧前及时联系卷带机停止卷带，胶带堆积后及时联系启动卷带机。慢驱结束后，放带机及硫化点处必须拉下拉绳保护开关，挂牌后通知中控室，中控室人员汇报后，确认现场报警，由电气技术人员在操作界面将204单启旋钮调回到204联动，防止误启动操作。

图2 切断其余驱动系统PLC程序

4 换带检修过程控制

4.1 检修方案制定

在换带前结合施工单位的人员配置，制定了检修方案，将检修计划精确到了小时，全天候24h作业，工段管理人员及技术骨干采用12h倒班制在现场蹲守，指定电气技术人员负责慢驱操作、硫化器材检查，机械技术人员负责硫化质量把关，要求施工人员做到清洁、有序，邀请胶带生产厂方人员到现场进行指导，硫化完成后进行接头检查，确保检修质量、进度，单个胶接头胶接时间从原来的48h缩短至30h。

制定了安全预案，操作工到现场进行安全巡查监护，BC01固定胶带运输机隧道内严禁烟火，在破碎站最底层至隧道入口处设有火柴、打火机等火种收集处，开始更换胶带后严禁火种带入换带作业区域。

4.2 检修过程控制

在尾部硐室增加了慢驱操作台、视频监控、急停控制、流程广播及电话通讯，慢驱时间精确控制在25min。采用视频监控系统监控放带机、驱动站、胶带运输机上坡段两点运行情况，实现慢驱过程全程监控。慢驱时统一由电话、流程广播联系，慢驱前所有信息全部集中到到慢驱控制点。慢驱控制点电气技术人员负责胶带运输机启动，做到统一指挥，统一行动，确保运行安全，消除了慢驱过程的安全隐患。吊装胶带和其他材料时，破碎站最底层吊装孔设立警戒线。在收、放带过程中卷带机、放带机前后不允许站人，采用卷扬拖动胶带过程中，无关人员撤离。

胶带慢驱到位后开始制作接头。为达到胶带的中心度要求，胶接平台长为18m，胶接头按4级搭接工艺胶接。剥钢丝绳时采用4台剥皮机剥钢丝以提高效率，打磨钢丝前按4级搭接工艺标识钢丝绳长度，以减少打磨工作量，最后再修剪钢丝绳。打毛胶带接口处的橡胶，用清洗剂清洗钢丝绳及接口打毛过的橡胶。在钢丝绳上及胶带接口处涂胶浆，至少二遍，用玻璃薄膜把钢丝包扎好，以防粉尘粘入。在硫化平台的下层硫化板上铺玻璃膜及白布。确保两胶带的中心线对中后，铺上厚7.3mm的下层覆盖胶及预成型胶，覆盖胶与胶带接口处也倒角，使之与胶带接合处倒角相吻合。上层覆盖胶铺好后，用皮带刀均匀打出许多洞，深至钢丝绳但不能刺伤钢丝绳 。这样做好目的是为了在硫化时，让钢丝绳空间的气体排出，使钢丝与橡胶胶合好。最后进行硫化作业。在打磨、清洗刷胶浆开始时要求穿干净衣服及拖鞋，以确保检修质量。

5 结束语

换带方案优化后，胶带卷从25卷减至14卷，胶接头减少了11个，换带计划工期预计为36天，但由于加强了换带检修的过程控制，检修工期比计划提前了9天［6］。由于胶接头减少，减少了接头胶料的消耗及施工费用，同时也减少了胶带的维护工作量，提高了胶带的安全系数。废石胶带提前完成检修投入生产，减少了电动轮运输距离，进一步实现了降本增效和节能减排的目标。