带式输送机主要部件选型及安全监测配置

赵艳军

（山西焦煤西山煤电集团官地矿职教中心，山西 太原 030022）

引言

带式输送机为综采工作面主要运输设备之一，承担着工作面的主要运输任务，较提升机、绞车、胶轮车等具有更高效的运输能力。但是，带式输送机的运输效率在很大程度上决定于其是否与工作面的生产能力和实际情况相符。因此，在实际生产中需综合考虑矿井生产能力具体确定带式输送机的皮带、托辊、滚筒的具体形式，确定张紧、驱动、制动以及清扫装置的结构，并针对性地完成带式输送机控制系统的设计[1]。本文重点结合实际生产完成带式输送机的选型设计。

1 王家山矿工程概况

王家山矿井为目前正在开采的矿井，可供开采的煤层较多。本文主要以其中2 号煤层所述工作面带式输送机的选型设计进行研究。

2 号煤层所属工作面煤层的最大厚度为31.33 m，煤层最小厚度为3.22 m，平均煤层厚度为14.1 m；工作面煤层的最大间距为31.7 m，最小煤层间距为2.92 m，平均煤层间距为15 m。工作面煤层的顶板主要成分包括有粗砾石、细砾石、砂砾岩等；工作面煤层底板的主要成分包括有砂质泥岩、粉砂岩和细砂岩。总的来讲，2 号煤层所属工作面的倾角范围为25°～60°，平均容重为1.35 t/m3。目前，2 号煤层采用急倾斜厚煤层走向长壁综采放顶煤开采方式，并在工作面布置了两个回采工作面[2]。涉及到该工程的带式输送机的设计依据如表1 所示。

表1 带式输送机选型设计主要依据

结合上述具体选型设计依据，并基于式（1）初步确定带式输送机的输送能力：

式中：Q 为矿井的小时生产能力；C 为矿井的生产富裕系数，取1.2；Af为矿井的不均衡系数，取Af=1.15；A为矿井的年产量，取3 Mt；M 为年工作日，取330 d；N为带式输送机工作时长，取16 h。

将上述数值代入式（1）中得出，2 号煤层所属工作面的运输量为784.1 t/h。考虑到综采工作面的采掘峰值及胶带型号，最终确定所需带式输送机的运输能力为900 t/h。

鉴于2 号煤层所属工作面要求带式输送机满足大运量、长运输距离的要求，因其所选型的带式输送机为非整机定型带式输送机[3]。最终确定所选型带式输送机的主机型号为DTL140/90/2×1400。

2 带式输送机关键参数的具体选型设计

在上述综合工作面生产能力和实际情况下确定带式输送机初步选型设计的基础上，本节重点对输送带、滚筒、电机以及张紧装置等关键参数进行选型设计。

2.1 带式输送机输送带的选型

输送带的选型包括对输送带类型、带宽、托辊的选型设计。

针对带式输送机输送带类型选择，主要结合阻燃特性、分层带、抗拉强度以及覆盖角度厚度等具体确定[4]。最终确定选择钢绳芯带的，钢丝绳芯直径为8.1 mm，对应的抗拉强度为ST4500 N/mm。

输送带宽度的确定：输送带宽度需综合设备的运输能力和物料块度条件确定。

1）基于运输能力确定输送带宽度计算公式，如式（2）所示：

式中：B1为基于运输能力确定的输送带宽度；Q 为带式输送机设计输送能力，Q=900 t/h；K 为煤矿断面系数，取236；v 为带速，取4 m/s；γ 为煤炭物料的散状密度，取0.9 t/m3；c 为倾斜系数，取0.7。将上述参数代入式（2）得出：基于运输能力确定输送带宽度为1 221.5 mm。

2）基于物料块度确定输送带宽度计算公式，如式（3）所示：

式中：ap为物料的最大跨度，取500 mm。将参数代入式（3）得出，基于物料块度确定输送带宽度为1 200 mm。

综上所述，并结合带式输送机标准带宽确定本工程带式输送机输送带宽度为1 400 mm。结合本工程的运输能力和运行速度得出，带式输送机的物料线质量为652.5 kg/m。

3）托辊的确定。托辊作为直接承载输送带的部件，其性能直接决定其使用时间。一套完整的带式输送机需配套上托辊、下托辊、缓冲托辊以及调心托辊。托辊间距为托辊设计的关键指标，设计依据为物料的堆积密度（0.9 t/m3）和输送带宽度（1 400 mm），确定托辊间距为1.2 m，对应的回程托辊间距为3 m。本工程选用托辊直径为108 mm，轴承型号为305。

2.2 带式输送机滚筒的选型

滚筒直径为选择滚筒的重要依据。从理论上讲，较大直径的滚筒能够提高设备本身的适用性；但是，一味地增加滚筒直径会直接增加滚筒的重量和传动，降低传输效率[5]。

1）为了避免滚筒传动时造成较大的附加弯曲力，滚筒直径应首先满足式（4）要求：

式中：D 为滚筒直径；d 为输送带钢丝绳芯直径，取8.1 mm。经计算得，滚筒直径为1 215 mm。

2）为保证滚筒与胶带之间具有足够比压，同时避免输送带胶脱落，要求滚筒直径应满足式（5）所示：

式中：D 为滚筒直径；S 为输送带张力，取572 727.2 N；a为钢丝绳间距，取15 mm；B 为输送带宽度，取1 400 mm；d 为钢丝绳直径，取8.1 mm；[p]为输送带比压，取1 MPa。

将上述参数代入式（5）得出，滚筒直径≥1520mm。

综上所述，确定传动滚筒直径为1 800 mm；对应的尾部及张紧装置改向滚筒直径为1 440 mm；头部改向滚筒直径为1 080 mm。

2.3 带式输送机监测系统的匹配

为提高安全监测系统的故障定位准确度和全面性，采用传感器和移动巡检的方式对带式输送机运行中的故障信息进行采集。对于固定传感器而言，根据安装位置的不同在机头位置布置跑偏传感器、托辊温度传感器、烟雾传感器以及堆煤传感器等；在机尾位置主要安装张力检测传感器、物料遗漏传感器、输送带跑偏传感器以及堆煤传感器；在输送带的中间位置主要布置张力传感器和输送带跑偏传感器[3]。对于移动巡检而言，主要是对托辊温度传感器和危险气体检测传感器。本监测系统涉及到的传感器参数如表2 所示。

表2 安全监测系统传感器选型结果

各种传感器在带式输送机的安装位置如图1所示。

图1 各类传感器安装位置示意图

3 结语

带式输送机作为综采工作面的主要运输设备，其与工作面生产能力和实际情况的匹配程度直接决定工作面的运输能力和安全性。本文从实际出发针对2 号煤层所属工作面的开采完成了带式输送机的设计选型，最终选型结果如下：带式输送机输送带宽度为1 400 mm，采用双电机双滚筒进行驱动；配置输送带采用钢丝绳芯；配置减速器为H3SH23-35.85；制动器为SHI251；配置电机的型号为YB2-5602-4，功率为1 400 kW。除此之外，为其配置了各类传感器以保证能够准确地对带式输送机的运行状态进行监测。