大倾角带式输送机的设计

赵利锋

（山西焦煤汾西矿业两渡煤业公司，山西晋中 031302）

0 引言

带式输送机是煤矿的主要运输方式，由于受到煤层赋存条件、巷道布置方式以及地形的影响，带式输送机的布置方式各种各样[1]。山西某矿采用平硐+斜井开拓方式，需要在主斜井内布置皮带输送机，随着矿井采掘深度以及开采量的不断增加，对斜井皮带输送机提出了更高的要求。文中以斜井皮带输送机布置为具体研究对象，对大倾角皮带输送机的部件选型、关键技术及相关设计计算进行分析讨论，并根据分析结果给出距离设计应用方案，以期能更好地促进矿井生产运输工作开展。

1 皮带输送机基本参数

山西某矿设计年产量为300万t，采用皮带运输方式，主斜井长度在1 485 m，斜井平均倾角在24°，井口与井底车场间高差为600 m。皮带输送机每立方米输送的原煤质量在900 kg，颗粒度介于0～300 mm，动、静堆积角取值分别为15°、40°，需要的输送量3 000 t/h，皮带输送机工作环境多粉尘、空气潮湿，逆风提升，风速约为2 m/s。给料以及卸料方式为尾部给煤机连续给煤、头部滚筒卸煤。

2 皮带输送机托辊布置及运量计算

2.1 托辊布置

常见的大倾角带式输送机类型可以分为花纹带式、波纹挡边式以及压带式等类型。花纹带式结构相对简单，但是也存在传输功率低、清理困难等问题；后2种方式结构较为复杂，能耗以及磨损量较大，输送能力也较弱[2-4]。同时大倾角输送机需要通过胶带提供的摩擦力来减少运输煤炭的滚料、滑料情况[5]。为了增加皮带的摩擦力，可以通过增加输送机槽角来实现，因此，输送机采用深槽方式运输煤炭。

为了最大限度的增加皮带侧向压力，托辊布置时摒弃常用的三托辊方式，选择采用深槽四托辊布置方式，具体如图1所示。深槽四托辊布置方式中间的2个托辊布置方式呈现V形，增大两侧托辊槽角[6-7]。选用这种深槽四托辊布置方式不仅提高了胶带运行时的对中性，而且也便于设备的安装及后期维护。

2.2 运量计算

根据托辊布置形式，可以对胶带运输的煤炭截面积S进行计算，具体计算公式[8～9]如下：

图1 托辊布置方式

式中：b为输送机带宽，取值为1 300 mm；l1为中间托辊间长度，取值为375 mm；λ1、λ2为托辊内、外侧槽角，取值分别为25°、60°；θ为煤炭堆积角，取值为15°。

将上述参数分别代如式（1）～（4）中，即可求出运输煤炭的截面积S=0.492 m2。

皮带输送机输送能力Q计算可以采用式（5）进行计算：

式中：S为运输煤炭的截面积，取值为0.492 m2；v为输送机运行速度，取值为3.0 m/s；K为折减系数，取值为0.72；ρ为煤炭堆积密度，取值900 kg/m3。

计算得：

Q=3.6×0.492×3.0×0.72×900=3 443(t/h)＞3 000 t/h

可以满足矿井运输需要。因此，选择的带宽以及带速可以满足矿井生产需要。

3 输送机布置方式以及传动方式选择

3.1 输送机布置方式

由于该矿斜井的总提升高度达到600 m，运送环境中粉尘、湿度较大，运行条件较为苛刻。常规的皮带输送机布置方式有单台布置、两排并行布置以及两台前后搭接布置方式3种形式[10]。胶带采用钢丝绳芯胶带，具有较强的张力[11]。

采用单台输送机布置形式，在胶带带强满足要求情况下，输送机的安全系数较低，难以满足矿井有关规范要求；同时单台输送机布置需要胶带厚度较厚，厚度太大胶带不能很好的适应深槽四托辊布置方式，因此，单台输送机布置方式不合理。

2台输送机并行布置方式，同样在满足带强前提下，胶带厚度较大，不能很好的适应深槽四托辊布置方式。

2台输送机前后混搭布置方式，在保证足够带强情况下，胶带厚度较小，满足深槽四托辊布置要求；同时设备投入小，便于安装，因此最终的大倾角带式输送机布置方式确定为2台前后混搭布置方式[12-13]。但采用这种布置方式也存在驱动电机占用空间过大问题，可以通过采用直接搭接方式来降低硐室施工量，解决上述问题。

3.2 输送机传动参数

带式输送机驱动滚筒需要的驱动力F计算公式如下：

式中：FH为主阻力；FN为附加阻力；FS1为特种阻力；FS2为特种附加阻力；FST为倾斜阻力。

驱动滚筒轴功率PM可以采用计算公式如下：

式中：PA表示驱动滚筒转动效率；η1～η3分别表示传动效率、电压降系数以及功率不平衡系数。

将相关数据代入式（5）～（6）后，求得需要的功率为4 689 kW，皮带输送机驱动采用3台驱动电机，每台驱动电机功率为1 600 kW。

4 电机拖动方式以及具体设备确定

4.1 电机拖动方式

由于主斜井大倾角带式输送机的运载负荷、惯性等都比较大，若驱动电机拖动采用直接启动方会给输送机胶带过大的冲击力，不仅影响自身的运行安全，也会给供电电网造成较大冲击。因此，为了避免驱动电机直接启动对供电电网造成冲击以及较大冲击力对胶带影响，采用软启动方式具体的拖动方案为机头双滚筒多电机驱动以及中、高压变频驱动方式。

4.2 主要设备选择

通过上述分析，确定的主要设备如表1所示。

表1 大倾角带式输送机主要设备型号及参数

5 结束语

本文通过对输送机胶带横截面的受力分析，提出采用深槽四滚筒方式来代替传统的三托辊方式；增加输送机胶带的弯曲半径，提高较大的摩擦阻力，以便更好地适应大倾角带式输送机使用需要；并具体对输送机横截面面积进行了计算，确定了输送机运送速度、带宽、电机功率等。

在主斜井斜现场应用实践表明，设计的大倾角带式输送机结构稳定、运行平稳，可以满足矿井生产运输需要。