一种主井胶带输送机提速方案的应用

杨 勇，王宏都

(1.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.玉溪大红山矿业有限公司，云南 新平 653405)

0 引 言

大红山铁矿地下400 万t/a工程采用胶带系统提升原矿，项目建成投产后，生产系统正常，流程顺畅。后期为确保精矿产量的持续稳定和低品位矿石的综合利用，对原有主胶带系统提出了改造扩能的要求。经过对矿山后期采矿生产的研究，最后确定原胶带系统的运输能力从1 000 t/h，提升至1 200 t/h(年运量>630万 t/a)。

改造原则：①满足现行胶带系统的设计规范；②尽量不对原基础进行大的改动；③在年终检修的时间内完成提速改造工作；④最大限度利用现有设备。

1 原胶带系统参数

原有主胶带系统是坑内上坡胶带，井口标高728.5 m，井底标高320 m，胶带提升高度421.4 m，上坡倾角14°，机长1 858.558 m；胶带选用钢芯胶带运输机，带宽1 200 mm，带强ST 4 000；胶带系统运行速度4 m/s；驱动装置采用进口CST软驱动可控起动的传动方式，初期由3套CST传动(双滚筒3电机驱动)，单台电机功率710 kW(电机型号：Ykk450-4；转速：1 485 r/min；电压6 000 V)；生产中为提高系统可靠性，在第2传动滚筒增加第4台CST作系统热备份，形成了双滚筒4电机驱动形式。

原主胶带头部驱动布置示意图，见图1。

1.卸料机架组件；2.改向滚筒φ1 600 mm；3.前部驱动机架组件；4.后部驱动机架组件；5.改向滚筒φ800 mm图1 原主胶带头部驱动布置示意图Fig.1 Arrangement of the original main belt conveyors

2 改造方案选择

遵循业主方胶带系统的改造原则，从2个途径实现将胶带的提升能力由1 000 t/h增加到1 200 t/h：①加大胶带每米输送物料的重量：即让输送带上的物料横截面积加大，从而加大胶带的小时运量；②提高胶带的运行速度：即在现有胶带强度允许的条件下，少量增加带面料层厚度，再通过提高胶带运行速度来提高胶带的小时运量。

2.1 加大胶带每米输送物料的重量

通过对加大带面物料的系统计算后可知(计算过程略)：如果驱动系统将原来的热备份系统一起计算，即将原来2单元3驱动，改为2单元4驱动，可满足系统的驱动要求；胶带的安全系数也满足安全规程关于“钢绳芯带式输送机静荷载的5～8的要求”；但对比头部滚筒的受力情况的数据，可以发现，设备的受力情况变化较大。经原设备供货商对支架、滚筒以及驱动单元的受力分析，得出按此方案改造存在一定的安全隐患，同时考虑到采2#胶带在该矿山的重要性，所以不建议采用此方案改造该系统。

2.2 提高胶带的运行速度

提高胶带的运行速度，在目前的条件下有3种方式可以实现：①更换电机；②变更CST速比；③加大驱动滚筒直径。

2.2.1 更换电机(提高电机转速)

胶带系统的驱动单元的驱动轮直径和CST速比不变的前提下，可以通过提高电机的转速来实现提高胶带系统运行速度的目的。该胶带运输系统要达到1 200 t/h时运量需要的电机转速计算如下：

式中：

V2——改造后胶带系统的运行速度；

Q2——改造后胶带系统的运量1 200 t/h；

Q1——改造前胶带系统的运量1 000 t/h；

V1——改造前胶带系统运行速度4 m/s。

式中：

V2——改造后胶带运行速度4.8 m/s；

I——改造前CST减速比31.5；

π——圆周率3.14；

d——原驱动轮直径1 600 mm。

通过上面的计算可知，采用提高电机转速来提高胶带运输速度的方案，原Ykk 450-4电机(转速：1 485 r/min)不能满足使用要求；同时常规样本中也没有满足使用要求的型号，所以采用该方案的电机需要单独设计和采购，考虑到非标设备的采购费用以及后续的设备备用、设备维修都非常不便，所以不推荐这个改造方案。

2.2.2 变更CST速比

胶带系统驱动单元的驱动轮直径和电机参数不变的前提下，该胶带运输系统能力提高到1 200 t/h时，需要CST速比的计算如下：

式中：

V2——改造后胶带系统的运行速度4.8 m/s；(V2的结果，见更换电机方案的计算)

i2——改造后CST的速比；

V1——改造前胶带系统的运行速度4 m/s；

i1——改造前CST的速比31.5；

计算结果显示，胶带系统驱动单元的驱动轮直径和电机参数不变的前提下，将CST的速比由31.5变更为26.25，可将胶带的运行速度提高到4.8 m/s，从而达到1 200 t/h的运输能力。经过对CST软驱动可控起动设备的进一步深入了解以及与设备供货商的咨询，现场不可能对CST的速比进行调整，而矿山的生产实际情况也不可能提供设备返厂调整的时间。如果要新购CST调速装置，不仅其造价非常高(4套CST装置，设备报价是840万元)，而且设备的进口周期也非常长。基于设备造价、改造工期的因素，设计也不推荐这个改造方案。

2.2.3 加大驱动滚筒直径

运输带面料层厚度不变，胶带系统驱动单元的CST速比不变以及电机参数不变的前提下，达到设计产能需要的胶带运行速度和改造要求的驱动滚筒直径计算如下：

式中：

V2——改造后胶带运行速度；

Q2——改造后胶带系统的运量1 200 t/h；

Q1——改造前胶带系统的运量1 000 t/h；

V1——改造前胶带运行速度4 m/s。

式中：

V1——改造前的胶带速度4 m/s；

V2——改造后的胶带速度4.8 m/s；

D1——改造前，主驱动轮直径1 600 mm；

D2——改造后，主驱动轮直径。

通过上述计算可知，改变滚筒直径提高胶带运行速度，在带面料层厚度不变的情况下，需要将驱动轮的直径由1 600 mm改动到1 920 mm，即可满足改造的目的。

设计本着尽量减少系统改造的投资、减少对现有生产的影响以及安全、可靠的原则，充分挖掘主胶带系统的运输能力。设计选择通过增大驱动装置提高胶带运行速度来达到提高产能的方法，同时考虑到驱动滚筒直径1 920 mm不是常规的滚筒直径，通用性较差。

综合上述各种因素，设计推荐采用的方案是：加大2个主驱动滚筒直径，由原来的1 600 mm增大到1 800 mm，驱动电机和CST系统都不更换，由于加大了滚筒直径，而驱动电机的转速和CST的速比不变，所以系统的运行速度增加到4.5 m/s，同时驱动系统由双滚筒3机驱动1驱动备份，更改为双滚筒4机驱动，在现有胶带支架、驱动导向支架和相关基础均不变的情况下，每米胶带负荷由69.45 kg增加至74.07 kg(计算略)，胶带的安全系数由7.86减少到7.38(满足安全规程安全系数的要求，计算略)，从而达到将胶带运输系统的小时提升能力提升至1 200 t。

3 提速后需注意的问题

胶带系统提速改造后，头部卸料滚筒抛物点发生变动，且对头部漏斗冲击变大，通过对卸料点的计算后，对卸料漏斗进行后移改造、并在物料抛物落点形成分矿平台并加固，通过对影响部位的调整，确保胶带运输系统提速后正常运转。

4 应用效果

项目2018年2月由矿山提升项目部利用年终检修的时间完成，历时6天。改造内容包括滚筒支架底部的改造，更换2个新的主驱动滚筒、头部卸料漏斗改造；空、重负荷试车一次性成功，改造直接费用200 万元(含160 万元的主滚筒采购费用，未包括安装费以及其它2项费用)。系统改造后，平稳运行至今。

改造后胶带系统的3年运量统计：2019年完成运输量是646 万t，2020年完成运输量是696 万t，2021年1—8月完成运输量是520 万t。

5 结 语

大红山铁矿地下400 万 t/a一期工程主胶带运输系统，通过改变驱动滚筒直径的方法，提高胶带系统运行速度。此次改造耗时短，且最大化的利用了现有设施，并一次性试车成功，圆满完成改造任务，达到了矿山改造前运输630 万t/a的目标，为矿山运输系统的平稳运行打下基础。