倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统的研究与应用

2021-03-12王国栋丁淑英韩建设

煤炭加工与综合利用 2021年1期

王国栋，丁淑英，韩建设

(兖煤蓝天清洁能源有限公司，山东邹城 273516)

胶带输送机是通用的连续运输机械，具有优质、高效、工艺适应性广的特点，广泛应用于煤炭生产领域。我国生产制造的胶带输送机类型较多，在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，胶带输送机的技术水平有了很大的提高。倾角斗式胶带输送机作为胶带输送机的主要种类之一，具有结构简单、维护方便、占用空间小、便于布置、投资低等优点，并能在较小空间将物料连续提升较大高度，正被更多行业推广使用。倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统在洁净煤厂输送物料中的应用，一方面提高了倾角带式输送机运行的稳定性和可靠性，另一方面也有效地解决了潮湿物料在倾斜输送过程中的抛洒问题，确保物料输送的安全性，并为类似项目提供重要的参考价值。

1 现状分析

倾角斗式胶带输送机是洁净煤厂煤粉制备车间原煤输送核心设备之一，肩负着整条洁净煤生产线用原煤的运输任务。该胶带输送机于2017年由兖矿东华建设公司安装完成，其作用是将地坑胶带输送的原煤提升至立式磨粉机顶端原煤储备仓进行暂时缓存。主要工艺参数见表1。

表1 胶带输送机主要工艺参数

倾角斗式输送机运送的原煤来自南屯煤矿选煤厂，水分达到10%。潮湿的原煤和胶带有一定的粘合力，在输运过程中由于原煤堆积在输运胶带上，形成一定的聚合力，当输送到缓存仓入料口后，有部分潮湿原煤仍然会粘附在胶带上，当胶带运行到下行方向后煤粉就会逐渐撒落到托辊架体倾斜面上(图1)。生产数据统计，使用倾角斗式输送机输送100 t原煤约有7%会被抛洒到倾斜面上[1-2]。由于倾角斗式输送机是坐落在约40°的倾斜面上，散落到倾斜面上的原煤，在清理过程中作业十分困难，清理非常危险，给生产和安全都造成了很大的问题。同时煤粉在胶带下长期堆积与运行胶带摩擦会有摩擦着火的危险。

图1 倾角斗式胶带输送机堆积原煤

2 倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统

2.1 设计拍击清扫器

目前，由于倾角斗式输送机机头改向轮和驱动轮距离近，造成了水平空间小，依靠煤粉自身重力从胶带上面脱落毕竟有限，通过市场调研后，技术人员共同研讨增加一种拍击器。增加胶带振动的幅度，解决粘附在胶带上的潮湿煤粉不下落问题。在有限空间安装拍击清扫器，可以加大胶带的震动幅度，扩大煤粉脱落的范围[3-4]。

技术人员共同研讨后，采用2种方案，一种为动力驱动式胶带拍打清扫器；一种借助输送胶带的驱动轮利用偏心凸轮的原理，设计一种无动力式的清扫器，这种清扫器可以充分利用目前有限的空间，减少材料的投入。

如图2所示，将驱动型清扫器用于回程胶带，利用辊锤的旋转方向和回程输送带的运行方向相反，通过辊锤对带面锤击，有效振打下行胶带表面附着的原煤，达到清扫的目的[2]。

图2 动力胶带拍打清扫器

倾角斗式胶带输送机配备有多个改向驱动轮，从节能的角度，可以借助驱动轮的摩擦力作为拍打器的驱动力，设计一种无动力的拍打清扫器，利用机械偏心原理实现对下行胶带的有效拍击，既可以减少电能的损耗，还可以充分利用目前胶带机机头有限的局促空间达到清理胶带的目的。

2.2 倾角斗式胶带输送机机头落料口空间

倾角斗式胶带输送机改向轮和驱动托辊距离约2 m，这段距离也是原煤落入缓存仓的主要位置，按照运输距离2 m除以胶带运行速度2.5 m/s，原煤在这个位置下落的时间仅为0.8 s，原煤粉粘附在胶带上错过这个时间段，就会沿着下行胶带洒落到沿线托辊位置造成清理困难。

通过现场数据调研，采取在现有条件下增设下料口的方式，扩大原煤粉落料口空间，扩大落料总长，通过扩展缓存仓入料口，增加斜坡段入料口宽度，把原煤入仓时间延长到1.4 s，缓解原煤集中落入缓存仓的压力。目前胶带机水平段如图3所示，斜坡段开始位置如图4所示。

图3 大倾角胶带机水平段

2.3 改进优化胶带沿线倾斜面材质

作为支撑胶带架体的倾斜面需要具备一定的强度，为了防止煤粉飞溅，降低整个框架的重量，原采用的轻钢结构，表面铺设花纹钢板。经过使用检验后发现，原煤和花纹钢板摩擦阻力很大，散落到花纹钢板上面的原煤几乎不会滑动，这样就造成沿着整条胶带都会出现散落的原煤。因此，研制和引进新型材料铺设到花纹钢板上，最大程度上选用原煤与倾斜滑面亲附力小的材料，洒落的原煤在自身重力作用下会沿着倾斜面滑落到倾角胶带底部，经过埋返料回收系统直接转运到倾角胶带输送机上行面，实现抛洒出来的原煤直接返回到胶带上的目的。通过调研和实地考察，选用了超高分子聚乙烯衬板和304不锈钢板。这2种材质都具备耐磨、摩擦系数很小，而且质量轻便，通过分析与现场对比试验的方式选择最优的方案。

(1)主体材料的选择：选用不锈钢板或者超高分子量聚乙烯衬板从而获得优异的物理机械性能。

(2)冲击能吸收性：具有优异的冲击能吸收性，冲击能吸收值在所有塑料中最高，因而噪声阻尼性很好，具有优良的消音效果。

(3)自润滑性：有极低的磨擦系数(0.05～0.11)，自润滑性优异。当它以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜添加润滑油的润滑性还要好。

(4)不粘性：这两种材料表面吸附力非常微弱，其中超高分子聚乙烯衬板的抗粘附能力略高于304不锈钢板，仅次于塑料中不粘性最好的PTEE，因而制品表面与其它材料不易粘附。

通过以上分析及实施后的现场效果对比，项目组决定选用超高分子聚乙烯衬板为主要材料。倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统在洁净煤厂输送物料中的应用，一方面提高了倾角带式输送机运行的稳定性和可靠性，另一方面也有效解决了潮湿物料在倾斜输送过程中的抛洒问题，确保物料输送的安全性。因其制品表面与其它材料不易粘附，因此为类似项目提供了重要的参考价值。

2.4 设计自动返料装置，实现散落的物料自动回收

结合现场有限空间和运输潮湿原煤的实际情况，通过调研、对比，设计选用返料回收的形式(图5)，散落到胶带机沿线斜面的原煤，滑落到倾角支撑面(图6)的底端后，再经过返料系统把物料转移到倾角斗式胶带机的机尾上行胶带面(图7)，实现物料的直接回收返料。

图5 返料回收系统示意

图6 倾角支撑面俯视

图7 返料回收落料示意

3 应用效益

3.1 经济效益

倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统的研究与应用，可有效缓解目前洁净煤厂生产压力，稳定原煤的供应量。设备在设计上最大限度的保持与原有设备的通用性，降低了投入。同时，由于设备运行可靠性的大幅提高，可减少人工成本。

(1)原煤沿线抛洒率从目前的7%左右，通过综合改造后，降低到1%以内，提升了原煤的运输效率。

(2)由于倾角斗式胶带输送机整体的自动化程度和可靠性提高，因此，运行故障率大幅减少，降低了清除落煤时间，开机时间可减少10%左右。同时，每天可减少维护人员4～6人，每年可节约人工成本15万元以上。

(3)实现产业化后，提高了倾角斗式胶带输送机的产品竞争力，有力地支持集团公司动能转换的发展，促进洁净厂安全生产，和谐发展。

(4)倾角斗式胶带输送机沿线物料的抛洒问题得到解决，避免了抛洒物料堆积到胶带下行面，长时间会造成与胶带摩擦生热起火的危险。

3.2 社会效益

倾角斗式胶带输送机物料防抛洒系统的应用，可有效提高我国在倾角斗式胶带输送机设计、制造方面的水平。设备整体稳定性和可靠性水平的提高，可有效降低工人的劳动强度。

(1)有效促进倾角输送机结构设计上的发展，提升设备的稳定性和可靠性，进而扩展了倾角斗式胶带输送机的应用市场。

(2)倾角斗式胶带输送机的输送倾角大，可以节约井巷开拓，节省运输设备投资和运行费用，能取得良好的综合经济效益；设备具有结构简单，各主要部件均可与一般带式输送机通用，给使用、维修带来方便；整机运行可靠，没有刮板输送机经常出现的卡链、飘链、断链现象和斗式提升机经常发生的打滑、掉斗现象，其可靠度几乎与通常带式输送机相等。它的成功应用，可简化运输环节，降低运输成本；可减少安全事故出现的几率；可减少巷道开拓量，降低基建费用和设备投资；对促进矿井高产高效和信息化矿井建设，提高经济效益有重要的作用。