阳泉二矿采区带式输送机改造设计

2021-08-14张少星

江西煤炭科技 2021年3期

张少星

（山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西阳泉 045000）

1 矿井及地质概况

阳泉煤业（集团）有限责任公司二矿距阳泉市5 km，井田以东为大阳泉井田，以西为西上庄井田，南部与五矿井田相邻，北部以石太铁路为界，石太铁路和太旧高速公路穿越矿区而过。井田内地质构造简单，煤层稳定，盛产优质无烟煤。

矿井采用主斜井、副立井混合开拓方式。矿井现有10 个进风井：东主斜井、西主斜井、东副立井、西副立井、材料提升斜井、小南沟进风立井、南山进风立井、桑掌进风立井、龙门进风立井、北茹进风立井，其中有6 个提升井：东主斜井、西主斜井、东副立井、西副立井、龙门进风立井、材料提升斜井；4 个回风井：南山回风立井、桑掌回风立井、龙门回风立井、北茹回风立井。

2 改造的必要性

目前15 号煤十一采区现安装有两部可伸缩带式输送机搭接运行，担负着十一采区煤炭运输任务，运量为1 500 t/h。其中：第一部带式输送机带宽1 200 mm，胶带型号为PVG1200S，带速3.5 m/s，驱动采用2×315 kW 电机；第二部带式输送机带宽1 200 mm，胶带型号为PVG1200S，带速3.5 m/s，驱动采用2×250 kW 电机。自从带式输送机安装以来至今已经运行较长时间，由于煤炭运量大，设备长期处于满负荷运行，设备出现故障频率较大，部分皮带老化严重。

按照矿方总体规划及2019年度生产衔接，带式输送机还要承担8 号煤15 采区原煤运输任务；8 号煤15 采区原煤通过15 号煤十一采区皮带巷上部煤仓落入15 号煤十一采区皮带。因此，15 号煤十一采区皮带巷须同时满足15 号煤十一采区及8 号煤15 采区原煤运输任务。运输量须由原来的1 500 t/h 提高到2 000 t/h，原有带式输送机已不能满足原煤运输任务。

因此，需对现有带式输送机进行改造，根据现场实际情况以及矿方生产衔接的要求，本次设计新选用一部胶带机来完成原煤运输任务。

3 选型设计

3.1 设计依据

机长：1 740 m；工作制度：330 d，16 h；运输能力：2 000 t/h；带速：v=4.0 m/s。

胶带输送机布置：机尾双滚筒三电机驱动，功率配比P1:P2=2:1，电机功率3×355 kW；初选胶带：钢绳芯胶带ST/S2000（MT668-2008，阻燃抗静电），B=1 200 mm。

3.2 托辊选型计算

查表得每米长度输送带的质量qB=40.8 kg/m。

（1）静载荷

承载分支托辊：PO=eaO（qG+qB）g=1 692 N

式中：PO为承载分支托辊静载荷，N；e 为辊子载荷系数，三节辊，取0.8；aO为承载分支托辊间距，1.2 m；qG为输送能力，取138.89 kg/s；qB为每米长度输送带质量，取40.8 kg/m；g 为重力加速度，取9.81 N/kg。

回程分支托辊：Pu=eauqBg=1 201 N

式中：e 为辊子载荷系数，一节辊，取1；au为回程分支托辊间距，3 m。

（2）动载荷

承载分支托辊：PO′=PO·fs·fd·fa=2.37 kN

回程分支托辊：Pu′=Pu·fs·fa=1.45 kN

式中：fs为运行系数，取1.1；fd为冲击系数，取1.16；fa为工况系数，取1.1。

（3）托辊选型

上托辊：Φ159，L=465 mm ；GRO=31.59 kg。

式中：qRO为每米机长上托辊传动部分的质量qRO=GRO/Ls=26.325 kg/m；GRO为每组上托辊转动部分的质量；Ls为上托辊间距，1.2 m。

下托辊：Φ159，L=700 mm；GRO=26.56 kg。

式中：qRu为每米机长下托辊转动部分的质量，qRu=GRu/Lx=8.853 kg/m；GRu为每组下托辊转动部分质量；Lx为下托辊间距，3 m。

3.3 带式输送机受力情况简要设计计算（分情况计算如下）

（1）电动机最大电动状态时：

承载段阻力：

满载：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空载：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

经计算可得，圆周力：FU=149 175 N。

（2）电动机最大发电状态时：

承载段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空载：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

经计算可得，圆周力：FU=-64 479 N。

（3）全程满载时：

承载段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空载：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上计算可得，圆周力：FU=90 703 N。

（4）全程空载时：

承载段阻力：F=c·f·L·g·[qRo+（qB+qG）cosδ]±Hg（qB+qG）

空载：F=c·f·L·g·[qRo+qBcosδ]±HgqB

由以上计算可得，圆周力：FU=63 722 N。

式中：c 为与输送机长度有关的系数，取1.05；f 为模拟摩擦系数，电动状态取0.03，发电状态取0.012；L 为机长，取1 740 m。

表1 各种状态圆周力及功率

3.4 功率计算

式中：k 为启动系数，取1.3；euφ为欧拉系数，查表得euφ=2.85。

由以上计算可得，最大电动状态下，圆周力最大：FU=154 175 N。

传动滚筒轴功率为：P0=FU·v/1 000=617 kW。

驱动电机功率为：PM=P0/ηη′η″=722/0.85×0.9×0.9=846 kW。

式中：η 为传动效率，取0.85；η′为电压降系数，取0.9；η″为多机驱动功率不平衡系数，取0.9。

传动滚筒选用双滚筒三电机驱动，P1:P2=2:1，电机功率3×355 kW。电动机额定功率为：355 kW；额定转速为：1 500 r/min（防爆电机）。

3.5 各点张力计算

由两滚筒功率配比得到，两滚筒圆周力FUⅠ：FUⅡ=2:1

Ⅱ滚筒圆周力FUⅡ=FU/3=51 392 N

Ⅰ滚筒圆周力FUⅠ=2×FU/3=102 783 N=41 669 N

取S1=80 000 N，逐点张力法计算各点张力。

3.6 输送带下垂度校核

空载段：S1＞Smin=37.5×qB·g=15 009 N

承载段：S46＞Smin=15×（qG+qB）g=26 441 N

S3=78 891 N，S44=121 563 N，满足垂度要求。

3.7 胶带防打滑验算

SⅠ-Ⅱ=S1+FUⅡ=125 301 N

SⅠ-Ⅱ/S1=1.64＜eμα=2.85

S86/SⅠ-Ⅱ=1.78＜eμα=2.85

式中：SⅠ-Ⅱ为Ⅰ滚筒和Ⅱ滚筒之间的圆周力。

3.8 胶带安全系数验算

根据S86值，带强2 000 N/mm，计算安全系数：

n=10.25，满足煤矿安全规程要求。

3.9 传动滚筒、改向滚筒直径确定

预选传动滚筒直径D=1 000 mm

Ⅰ滚筒：合力FⅠ＞S86+SⅠ-SⅡ=366 kN

MⅠ＞FUⅠ·D/2000=51.4 kN·m

Ⅱ滚筒：合力FⅡ＞SⅠ-Ⅱ+S1=212 kN

扭矩MⅡ＞FUⅡ·D /2000=25.7 kN·m

3.10 制动器选型计算

（1）高速轴上制动力矩

MT′=1.5×9 550×p/n

=1.5×9 550×355/1 500=3 390 N·M

式中：p 为电动机功率，取355 kW；n 为电动机转速，取1 500。

（2）低速轴上的制动力矩

MT=MT ′×I=67 800 N·M

式中：I 为高速轴与低速轴间的传动比，I=1 500/（60×4.0/3.14/1.25）=19.625，取标准速比：I=20。

制动器选用KPZ-1200/YZ-200 型盘式制动器，最大制动力矩：118 kN·m，制动方式为软制动。

3.11 拉紧装置

拉紧形式采用机尾拉紧装置拉紧。

张紧力S ′=2S1=160 kN。

拉紧行程Lz≥(ε0+ε1)L+ln=7.09 m，取Lz=10 m。

式中：ε0为输送带弹性伸长和永久伸长综合系数，取0.002 5；ε1为托辊组间的输送带的屈挠率，取0.001；L 为机长，取1 740 m；ln为输送带的安装附加行程，取1 m。

拉紧装置（防爆）型号：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉紧力：200 kN，拉紧行程：10 m。

3.12 减速机选型

根据上述计算，选用M3RSF70（i=20）型减速器，输出扭矩88.1 kN·m，额定功率661 kW。

3.13 胶带输送机主要技术特征

带式输送机型号：DTⅡ固定带式输送机，双滚筒三电机驱动；运量：Q=2 000 t/h；胶带型号：钢绳芯胶带ST2000（MT668-2008，阻燃抗静电）；带宽：1 200 mm；带强：2 000 N/mm；带速：4.0 m/s；驱动滚筒：D=1 000 mm；Ⅰ滚筒：合力＞366 kN，扭矩＞51.4 kN·m；Ⅱ滚筒：合力＞212 kN，扭矩＞25.7 kN·m；输送机安装长度：1 740 m；胶带安全系数：m=10.25；配套电机：转速：1 500 r/min，电机功率 355 kW，3 台（防爆电机）；减速器：MC3RSF70 Fan 速比i=20；制动器：KPZ-1200/YZ-200 型盘式制动器，最大制动力矩：118 kN·m，制动方式为软制动；拉紧装置（防爆）型号：ZYJ-200/16.5D-A，最大拉紧力：200 kN，拉紧行程：10 m。