雅店选煤厂运输系统改造设计及应用

杨四军

（彬县煤炭有限责任公司， 陕西 彬州 713500）

引言

皮带机是煤矿井下主运输和地面选煤厂主运输设备，也是矿井生产系统重要组成部分，由于矿井选煤厂扩能需要，需将原煤、矸石、精煤运输系统进行相对应的改造。

1 雅店选煤厂及生产系统概况

雅店选煤厂隶属于彬县煤炭有限责任公司雅店煤矿，是矿井配套动力煤选煤厂。出井毛煤由主井井口房经101 皮带机运至原煤仓储存,然后经仓下给煤机和201 皮带机给入筛分破碎车间，原煤先进入预先分级筛，筛孔Φ150 mm，筛上+150 mm 块煤经检查性手选后，给入破碎机破碎到-150 mm 后与分级筛选并经301 皮带机运至主厂房进行分选。主厂房分选出的块精煤、末精煤经三条精煤皮带701、702、703 运至精煤仓储存销售，分选的矸石经901 矸石皮带机运至矸石仓储存外运；副产品煤泥经煤泥压滤机系统压制成煤饼在晾干场销售。原选煤厂主要运输系统如图1所示。

图1 选煤厂运输系统示意图

2 扩能后存在问题

雅店选煤厂扩能技能后，煤炭洗选能力由1 000 t/h 扩大到1 500 t/h，目前运输系统运行主要存在问题有：201 原煤皮带机运输能力不足，原设计为1 350 t/h，达不到本次扩能要求；301 入厂皮带机运输能力不足，原设计为1 350 t/h，达不到本次扩能要求；901矸石皮带机运输能力不足，原设计为250 t/h，达不到本次扩能要求[1-2]；701、702、703 三条产品皮带机运输能力需要校核后确定，根据实际需要延长703 皮带机尾至新系统处，延长后需要验算；筛分车间手选矸岗位因矸石量大，每班次需4 人进行手工捡矸，劳动强度大。

3 运输系统改造设计方案

根据雅店选煤厂扩能后的要求以及厂区原有运输系统能力和设备布置，拟定运输系统改造方案。101原煤皮带机由于原设计能力1 515 t/h，且后续有3×15 000 t 的缓冲原煤仓，故不需要进行改造；201 皮带机和301 入厂皮带机由于运输能力不够，必须进行提升能力改造，鉴于皮带栈桥尺寸无法变更等因素，可为皮带提速扩能；考虑到筛分车间手选矸岗位劳动强度大，存在安全隐患等因素，方案中将大块矸石全部破碎后进入主洗系统，可节省手工捡矸岗位人员，并停运801 大块矸皮带机；由于901 矸石皮带运量的增加，必须对其进行扩能，根据系统要求需增至800 t/h的运量；701、702、703 三条产品皮带机由于可以调节分配运量，校核三台皮带机的总运输能力即可[3-4]。

4 设备改造选型计算及校核

4.1 201 皮带机改造选型

4.1.1 带速确定

选煤厂入洗能力改造后为1 500 t/h，据此皮带机运输能力应大于1 500 t/h，由于仅对设备进行改造，富裕系数不宜取过大，可取1.1 倍的富裕系数，改造后201 皮带机运输能力达1 515 t/h 即可。201 皮带机原参数为带宽B=1 200 mm，皮带机长度L=146 m，其中平段长度71 m、斜长度75 m，运量Q=1 350 t/h，带速v=3.15 m/s，皮带机倾角β=0°~16.5°，入料粒度为0~300 mm，驱动布置形式为机头驱动，中间拉紧，减速机采用M3RSF60+N+压力润滑，减速比i=25，电机高速轴连接YOXII560 型液力偶合器，驱动电机选用YB2-355M1-4 型185 kW，660 V 防爆电机。依据皮带机的运输能力计算公式Q=3.6 qv 可知，运量与速度成正比关系，为了简化计算过程，根据比例关系则扩能后的带速公式为：

将Q后=1 515 t/h，Q=1 350 t/h，v=3.15 m/s 代入式（1）可得：改造后201 皮带机带速为v后=3.53 m/s。并据此验算皮带机各主要部件是否符合要求。

4.1.2 基本参数的计算

1）所选胶带为带宽1 200 mm 的钢丝绳芯胶带，所选胶带的单位长度输送带质量qd=43.92 kg/m。

3）皮带机配套上托辊通常为冲压槽型托辊，间距1.5 m，下托辊为冲压平行托辊，间距3 m，则上托辊和下托辊的转动线质量分别为q1=13.33 kg/m；q2=18/3=6 kg/m。

4）托辊运行阻力系数为重载段系数ω=0.03；空载段系数ω'=0.03。滚动轴承处于正常温度，一般尘埃的环境。

4.1.3 运行阻力计算

阻力计算公式为：

1）倾斜段重载运行阻力Wzh1=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=36 787.40 N。

2）水平段重载运行阻力Wzh2=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=3 683.84 N。

3）倾斜段空载运行阻力Wk1= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=-7 682.98 N。

4）水平段空载运行阻力Wk2= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=1 195.15 N。

4.1.4 皮带机各点受力分析及计算

根据201 皮带机布置及胶带的缠绕方式，绘制皮带机分段受力图如图2 所示。

图2 201 皮带机胶带缠绕及受力点分析图

为了分析计算系统受力情况，把上述系统中分为8 个受力点，分别标记为1、2、3、4、5、6、7、8。其中输送带在滚筒上受到的阻力段为3-4 段、6-7 段、8-1 段，阻力分别用W3-4、W6-7、W8-1表示，阻力大小由经验公式计算：

式中：S1、S2、S6、S8分别为输送带在各点上的张力，N。

用逐点计算法找出S1与S8的关系：

按照摩擦传动的条件可得，S1与S8应该满足下列关系：

式中：e 为自然对数的底数；f 为滚筒与输送带之间的摩擦系数，与滚筒的表面材料及空气的干湿程度有关系，滚筒采用的是包胶处理，取0.4；α 为滚筒与胶带之间的包围角，用弧度表示，由于输送带倾斜段运输长度较长，取180°，换算成弧度制为3.14；n 为摩擦力备用系数，取1.15。

则将各参数数值带入式（7）得：

将式（3）—（6）联立后，并带入数值得：

联立式（8）和（9）计算得：S1=48984.61N；S8=13955.73N。

4.1.5 其他阻力

清扫器、导料槽等其附属阻力，为了简化计算，按摩擦系数0.1 倍的S1计算。即：WN=0.1×48 984.61=4 898.46 N。

4.1.6 验算电机功率

当皮带机满载运行时，运行总阻力为：Ff=S1-S8+0.04×S1+WN=41 886.72 N。

皮带机的电机轴功率为：

式中：v 是输送带的运行速度，取3.53 m/s；η 为驱动系统的机械效率，取0.85。

将相关数据代入式（10）得：N0=173.95 kW。

电动机选型时，要考虑到15%的功率备用系数，则所需电机功率N=1.15×173.95=200.05 kW。

原201 皮带机配套电机功率为185 kW 不能满足要求，改造后可将电机功率增大至220 kW。为了保持与原有安装尺寸和电压等级一致，选择电机型号为YB2-355M1-4 型220 kW、660 V 防爆电机。

4.1.7 减速机型号验算

根据电机转速、带速、驱动滚筒直径可计算出配套减速机的传动比22.2。其中n 为转速；D 为驱动滚筒直径。

改造后，需将原减速机速比进行降低低于22.2即可，更换为M3RSF60+N+压力润滑，减速比i=20。

4.1.8 胶带型号验算

由于皮带机为有一定倾角、大运量固定带式输送机，对接头安装不频繁，但对输送带的强度要求较高。在选择时，首先考虑高强度的采用硫化接头的钢丝绳芯输送带。

式中：B 为输送带的宽度，取1.2 m；Gx为输送带的破断强度，N/m；Smax为输送带的最大张力，前节已计算出输送带的最大张力点在1 点，最大值为48 984.61 N；安全系数取9。

将数值代入式（11）得：GX=367.38 kN/mm。

原皮带机配套胶带型号为ST1600 型的钢丝绳芯胶带，带强为1 600 kN/mm，满足要求，无需更换。

4.2 301 皮带机改造

301 入厂皮带机原带宽为1 200 mm，机长85.75 m，运输能力为1 350 t/h，带速为3.15 m/s。按计算后可得：运输能力由1 350 t/h 提升至1 515 t/h 后，在带宽不变的前提下，需将带速提升至3.53 m/s 以上。更换原有185 kW 电机为220 kW 电机，配套的减速机更换为M3RSF60+N+FAN，减速比i=20，其他不变[5]。

4.3 901 皮带机改造

主厂房至矸石仓的矸石皮带机，由于矸石量大幅增加，按系统要求约为800 t/h。原皮带机运量仅为250 t/h，需要整台更换。根据矸石栈桥坡度和长度，经计算最终确定901 矸石皮带机各参数选型如下：带宽为1 000 mm，皮带机长93 m，运输平均坡度为15°，带速为2.5 m/s，电机功率选132 kW，电压等级660 V；皮带机运输能力为820 t/h。

4.4 701、702、703 皮带机验算

产品皮带机701 皮带运量为450 t，主要担负块精煤的运输工作，本次系统改造由于块煤量不变，能满足要求，无需改造；702 和703 皮带机主要担负末精煤的运输工作，系统改造后，末精煤产量由500 t/h增加至1 000 t/h，701 原运输能力为300 t/h，703 运输能力为710 t/h，合计末精煤运输能力为1 010 t/h，总能力满足要求，由于选煤厂系统对产品可以进行分配调整，只要总能力满足要求即可，不需进行改造。根据新增末煤洗洗系统安装位置，需要将703 皮带机机尾延伸30 m 与系统搭接，经验算，703 皮带机延伸30 m驱动装置及胶带无需改造。

4.5 筛分车间破碎机改造

系统改造后，选煤厂的整个洗选能力增大，筛分车间的原有的大块矸石破碎机也无法满足要求，原破碎能力为50~100 t/h，改造后根据系统工艺要求，需撤除人工捡矸环节，即全部大矸石进入破碎机破碎。需将破碎能力增至280 t/h 以上。由于车间空间限制和入料块型较大（300 mm）等因素，选用外形尺寸紧凑，入料粒度大的双齿辊式破碎机。经计算破碎机选择参数如下：TCCH800PMV 型双齿辊矸石破碎机，处理量Q=300 t/h，入料粒度300 mm，配套电机型号为YB3-315S-4 110 kW 的隔爆型异步电动机，电压等级380 V[6]。

5 结语

雅店选煤厂运输系统的改造与选煤厂末煤洗洗系统改造同步进行，改造后，经选煤厂所有系统至2019 年运行至今，原煤运输能力、矸石运输能力以及精煤运输能力均满足整个系统要求，使选煤厂入洗能力达到1 500 t/h 的设计要求。同时，在筛分车间更换了破碎能力较大的双齿辊破碎机后，将原手选矸岗位的每班次4 人，降为每班次1 人，三个班次总减员9人，符合煤炭行业的“少人则安、无人则安”的管理理念，也降低了选煤厂的人工成本。本次改造完全满足雅店选煤厂扩能需求，达到了预期目标，保障了选煤厂的安全生产，也为其他类似选煤厂或煤矿运输系统的扩能、改造提供了经验和参考。