煤矿井下带式输送机定制化设计与应用

［摘 要］煤矿井下带式输送机作为高效的运输工具，由于使用地点的地质、地形条件不同，需要针对每条带式输送机运行、安装中遇到的问题进行定制化设计。文章主要阐述了在冀中能源峰峰集团辛安矿主井强力带式输送机和梧桐庄矿永磁电机直驱主井强力带式输送机进行的定制化设计及应用成果。

［关键词］高效；异形设计；非标；定制化

［中图分类号］TD528.1 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）03–0059–03

煤矿井下带式输送机作为高效的运输工具，由于使用地点的地质、地形条件不同，需要针对每条带式输送机运行、安装中遇到的问题进行定制化设计。

目前，冀中能源峰峰集团井下矿井巷道地形复杂，开采条件越来越苛刻，一般普通输送机设计难以满足生产需求。

冀中能源峰峰集团辛安矿原主井带式输送机为钢丝绳牵引带式输送机（钢缆皮带），该设备使用多年，主要部件老化，需要更新，制动设备安装不符合新定煤矿安全规程，机头、机尾结构复杂，长度大，钢丝绳寿命较短，胶带磨损严重，需经常更换，维修工作量较大，且很多参数已不适合矿上现有的生产需求，现针对制约生产及安全的因素，进行优化原煤运输设备，故提出本次设计改造。

冀中能源峰峰集团梧桐庄矿新开一条705 运输顺槽巷道，该巷道总长约310 m，25°以上约150 m，其中最大角度29°，且变坡点多，起伏大，使用溜子或普通带式输送机无法实现大运量运输，制约该矿煤炭产量。

1 技术方案与创新成果

1.1 总体思路

（1）根据辛安矿主井强力皮带的具体运输条件和有限资金投入情况，科学选型、创新设计、合理规划方案，完成设计、生产、使用。

（2）根据梧桐庄705 巷道运输系统具体条件和具体地势、地形，创新设计大倾角运输结构、合理制订方案，解决运输难题，完成整体设计、生产、使用。

1.2 辛安矿主井强力带式输送机技术内容

（1）基本参数。运量：500 t/h；长度：1 000 m；角度：17° ；带宽：1 000 mm。

（2）矿方原用皮带带速为2 m/s，通过计算为满足运量，需要配置钢绳芯胶带型号St3150（2 100 m），主要滚筒直径φ1 400 mm（5 个）；为降低矿方投入，设计人员提出将带速提高为3.15 m/s，同时相匹配的钢丝绳芯阻燃胶带型号为St2500，主要滚筒直径φ1 250 mm。

（3）驱动系统采用永磁直驱电机取代异步电机+减速机+ 液力耦合器系统，能够大幅提高系统效率，节约大量电能；双滚筒双电机，通过主从控制能够实现多机传动及功率平衡，避免因出力不均而造成的电机损坏；永磁直驱系统结构简单、紧凑节省空间，在巷道一侧开硐室即可安装，省去原钢丝绳牵引皮的绞车机房，既节约了空间也免去了专门的设备守护工人。

（4）制动逆止设置周全，两个传动滚筒双出轴，一端电机驱动另一端装逆止器，对于大角度带式输送机而言，防止制动失效皮带逆向运行造成事故非常重要，双逆止器且每一台逆止器都能满足整台皮带机的逆止力矩；制动器采用盘式制动器，安装于传动机架的从动滚筒轴端，盘式制动器制动力矩大，制动效果安全可靠。

（5）整机采用机尾重锤车式拉紧装置，利用巷道角度大的天然优势，通过重锤箱重力提供拉紧力，相对于普通液压拉紧节约了购置设备的费用，对巷道高度没有特殊要求节省了巷道高度开凿费用，张紧装置设在机尾所需张紧力低，降低了张紧滚筒型号。

（6）机身设计以辛安矿主井原有巷道地形及井口走廊为基础，在不大动原地基的情况下对机头卸载架、支腿等进行非标设计；机头卸载架采用直立侧面固定安装，整个机架呈现悬臂形式，同时机架为可拆分设计，以避让现场建筑障碍物，支腿地脚板相对于标准支腿向外侧加宽，固定孔加大，适于直接打锚杆安装，免于混凝土浇筑地脚螺栓，施工简单易行，省时省力。

（7）整机长1 000 m，皮带易跑偏，因而对调心托辊组进行了特别改进，将原有轴与座的间隙配合旋转升级为轴承配合旋转，提高轴系结构的转动灵敏度，在皮带出现跑偏情况时，调心托辊组可迅速做出反应，实现回调，避免皮带跑偏造成撒煤、皮带撕裂等安全隐患。

（8）辛安矿主井强力带式输送机，引进永磁同步电机，实现传动效率提高，能耗降低；在保证使用原有主井巷道地基的基础上对皮带机机头、机身进行非标设计：机头悬空可拆分卸载架、支腿底脚锚杆安装，调心托辊组转机构优化。辛安矿主井强力带式输送机所达到技术经济指标：解决原主井钢丝绳牵引皮带机主要部件老化、胶带磨损过快，更换频繁且维护费用高昂的问题，免去每年皮带磨损更换费用；解决在成本预算有限的情况下，实现精确选型，降低皮带改造成本；合理有效的引进永磁同步电机，实现驱动系统创新，节约每年用电费用；对皮带机身设计升级改造，运行平稳，降低人工成本，高效节能，安全生产。

1.3 梧桐庄矿永磁电机直驱主井强力带式输送机技术内容

（1）主要技术参数。带宽：1 200 mm；带速：3.15 m/s ；运量：800 t/h ；功率：2×250 kW。

（2） 角度及长度：自机尾起第1 段16.05°，55 m ；第2 段21.34°，58 m ；第3 段21.57°，53 m ；第4 段25° ～29°，140 m，总长约310 m。

（3）设计选型。通过设计计算，选用PVG1400S阻燃花纹胶带650 m， 选用永磁隔爆电动滚筒φ1 250 mm（2 个）， 主要滚筒φ1 000 mm（3 个），同时根据计算参数配备盘式制动器、变频器、冷却水循环系统、液压拉紧、电动清扫器、花纹胶带、断带抓捕器等。

（4）针对705 巷道变坡点多、起伏大、倾角大、地质松软的现象，正常需设计两个凸弧、两个凹弧段，凹弧段易造成漂带、撒煤，凸弧段会使托辊载荷变大，降低其使用寿命。因此量身定制48 架非标支腿布置在坡度变化较多的位置，通过非标支腿的设计和排布，使整条带式输送机运输角度得到均匀、缓慢的减小，从最大29°降到25°。在支腿底部设计加长、加宽、打孔的底板，通过锚杆与地面直接固定，方便施工。

（5）机头结构采用了矩形组架安装卸载滚筒，传动架为三角式组架结构，一侧永磁滚筒安装制动盘，一侧安装φ1 000 mm 普通包胶传动滚筒，传动滚筒轴一端伸出安装逆止器，解决永磁直驱电动滚筒轴上无法安装逆止器的缺陷。设计两架传动架改变了花纹胶带的缠绕方式，解决胶带花纹面不能与永磁直驱电动滚筒直接摩擦接触问题；综合考虑705 巷道与运输通道的位置，将传动系统布置在巷道的连接处，驱动部件通过运输巷道运到顺槽巷道后可直接原地安装，避免了在大角度巷道方向运输和安装设备困难的问题，降低了施工的工作量。

（6）由于705巷道空间受限，皮带机机头空间不足，机尾处为盲巷，没有空间安装拉紧装置，因此在皮带机尾部两侧设计滑行轨道，采用多组滑轮，将拉紧装置布置在机尾侧面硐室内，这种创新式重锤拉紧方式，既解决了安装的空间问题。

（7）驱动系统采用低速大转矩永磁电动滚筒，取代了减速机、耦合器和联轴器等机械，驱动结构最简化，大幅提高系统效率，节约大量电能。永磁直驱电动滚筒的低速大转矩特性，配合大倾角带式输送机设计使用，启动瞬间运行平稳缓慢，避免了带面煤块迅速下滑的现象。

（8）由于运输角度大，皮带机承载部分使用60°深槽托辊组，4 个托辊的布置以中心为对称双排布置，有利于胶带的对中运行。托棍之间有相互重叠部分，使得托棍两端的棱角不与胶带接触有利于提高胶带的使用寿命。在此基础上，将调心组安装轴承，实现轴承润滑转动，提高辊架灵活转动性能。

（9）顺应深槽托辊组角度，设计专用挡煤装置，接触面使用胶板，实现挡煤功能，有效防止煤块滚落。

（10）设计震动清扫器配合两级滚动毛刷清扫器使用，滚轮转动过程中对胶带进行拍打，清除藏煤，解决了花纹胶带凹槽存煤问题。

（11）永磁滚筒直驱大倾角带式输送机设计，成功解决了梧桐庄矿705巷道运输地势复杂，倾角最大29°，运输难度大，地质松软，无法稳固安装设备，巷道高度、长度受限，维护人员多，能耗高等问题。梧桐庄永磁滚筒直驱大倾角带式输送机经济技术指标：实现皮带机运输角度的平均降低和对松软地质进行设备加固；深槽托辊组和挡煤装置解决输送稳定和滚落问题；机尾重锤拉紧装置设计解决空间受限的安装问题；震动清扫器设计解决花纹胶带夹煤问题；永磁直驱电动滚筒传动的驱动系统，替代电机的传统传动方式。

2 创新点

（1）主井强力皮带机的研发与应用，解决了原钢丝绳牵引皮带机制动装置不符合新修订煤矿安全规程的问题。

（2）通过优化设计，将皮带运输速度由2 m/s 提高到3.15 m/s，降低了胶带及滚筒规格，减少了资金投入。

（3）首次采用永磁直驱电机驱动滚筒，高效节能，与原钢丝绳牵引皮带机同样采用2×400 kW 功率，运量由350 t/h 提高到500 t/h ；同时省去减速器、联轴器等中间传动部件，大幅节省空间；采用永磁直驱滚筒驱动系统，满足大倾角输送机低速启动要求，运行平稳，安全可靠高效节能。

（4）支腿采用异形设计，可用地锚直接固定，无需浇注地基预埋螺栓，施工简便，稳定可靠。

（5）依据地形，定制设计48 架非标支腿，将皮带输送机运输倾角从29°降低到了平均25°，解决了该运输巷道变坡点多、起伏大、倾角大不利于运输的实际问题。

（6）采用多组滑轮导向，将重锤拉紧装置布置在机尾侧方硐室内，解决了输送机后方无张紧空间的问题。

（7）设计了深槽托辊组专用挡煤装置，有效防止煤块滚落。

（8）设计了震动清扫器配合两级滚动毛刷清扫器使用，解决了花纹带凹槽存煤的问题。

3 应用效果

2019 年4 月该项目中永磁电机直驱主井强力带式输送机在冀中能源峰峰集团辛安矿井进行工业性试验，应用试验证明，设备运行状态良好。永磁电机和永磁电动滚筒直驱系统实现了无齿轮传动，具有无磨损、无漏油、免维护、噪声低、运转平稳等优点，同时对安装空间尺寸要求不苛刻。冀中能源峰峰集团各矿今后将对现有皮带进行逐渐替换，利用新技术、新装备、新工艺设置运输系统，从而实现绿色节能环保型矿井的目标。

2020 年8 月该项目中永磁电动滚筒直驱大倾角带式输送机在冀中能源峰峰集团梧桐庄矿井进行安装、调试，进行工业性试验。应用试验证明，设备运行状态良好。实现了大倾角巷道稳定、长效运输，同时精准机身设计、节省空间，克服了空间尺寸要求苛刻的难题。为冀中能源峰峰集团各矿井大倾角复杂地势提供可参考使用的成功案例，利用新技术、新装备、新工艺设置运输系统，实现了稳定、长效、节能环保型矿井的目标。

通过本项目的实施，对大倾角、强力运输煤矿矿井运输系统提供良好设计选择，应用前景广阔，必将为冀中能源峰峰集团各矿以及其他煤炭生产企业带来极大的经济和社会效益。

与当前国内外同类技术的主要参数、效益、市场竞争力的比较如下。

（1）永磁同步电机与永磁电动滚筒直驱驱动系统，替代传统传动方式，实现了无齿轮传动，具有无磨损、无漏油、免维护、噪声低、运转平稳等优点，大幅减轻了日常维护工作量，避免了润滑油污染。能够低速、大扭矩启动，启动电流小、启动过程平稳，可根据载荷自动变速运行，避免频繁起停，延长使用寿命，降低了运行功率损耗。

（2）强力皮带运输解决了钢丝绳牵引皮带机钢丝绳及胶带磨损过快，更换频繁且维护费用高昂的问题。

（3）创新使用皮带机部件平缓降低角度、稳定设备运行，巧妙设计布置形式，减小设备尺寸，节省空间。解决巷道大角度、地形起伏大、空间受限等实际困难，实现了大倾角运输设备平稳、有效、安全运输的目标。

第三方评价及应用情况：2020 年12 月1 日，冀中能源峰峰集团组织有关专家对河北天择重型机械有限公司自主研发的《煤矿井下带式输送机定制化设计及应用》项目进行了会议鉴定。鉴定委员会专家听取了课题组汇报，审查了相关鉴定资料，经过质询、答辩和讨论，鉴定委员会一致认为，课题组完成了计划书规定的内容，提供的鉴定资料齐全可靠，同意通过鉴定。

4 结束语

冀中能源峰峰集团辛安矿主井强力带式输送机和梧桐庄矿永磁电机直驱主井强力带式输送机进行的定制化设计及应用效果获得了矿方的高度认可，并荣获河北省煤炭学会和冀中能源有限公司科技进步奖二等奖。

参考文献

[1] 邱国平. 永磁直流电机应用设计及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

[2] 何顺席. 多功能永磁直驱带式输送机研制与应用[J]. 煤矿机械，2018（6）：123-124.

[3] 孙艳军. 永磁直驱带式输送机电动滚筒的设计与应用[J].煤矿机电，2018（4）：30-32.