扫码移动阅读大采高工作面转载式带式输送机的设计与应用

鲁叶云

(晋城无烟煤矿业集团 成庄煤矿， 山西 晋城 048021)

0 引言

成庄煤矿是晋煤集团的主力矿井之一，在综采工作面顺槽带式输送机的选型与配套方面，一直秉承着先进高效的原则，长距离、大运量的带式输送机在该矿得到了广泛应用。大采高工作面顺槽带式输送机配置基本按一部化的思路进行设计，直接与盘区输送带搭接，输送机带宽为1 400 mm，运行速度约为3.5 m/s，运输能力为2 500 t/h。但当工作面地质条件特殊时，煤流必须经过转载环节才能运输至盘区带式输送机上。转载设备在设计与选型时，必须考虑运输速度、运输能力、运输距离等因素。简要分析几种配套方式存在的问题：

1) 当运输距离在100 m以下时，可以采用刮板输送机实现转载，但当运输距离超过100 m时，超过了刮板输送机的运输能力，则满足不了大采高面的出煤要求。

2) 如果采用1.2 m带式输送机，虽然可以解决运输距离的问题，但由于其运行速度为3.15 m/s，远低于顺槽1.4 m带式输送机的速度，且带宽不足，会在转载点处造成堆煤现象，影响输送机的安全运行。

3) 如果直接采用现成的1.4 m带式输送机，则会造成装备投入上的巨大浪费，因为1.4 m输送机采用CST控制，配置较高，适用于长距离、大运量运输要求的地点。

通过分析研究，决定研制一种短距离、高效率转载式带式输送机，适应距离在100～500 m范围内，其运转速度必须达到3.5 m/s以上，运输能力达到2 500 t/h，输送带带宽不得小于1.4 m，以满足大采高工作面生产需要，实现高效转载的目的。在装备选型上，要充分利用矿井现有装备进行设计，最大限度地降低投入，以低投入换取高收益。

1 带式输送机参数确定

1.1 速度

由于顺槽1.4 m带式输送机最高速度为3.5 m/s，故要求转载式带式输送机速度不小于3.5 m/s，初步设计中按最低3.5 m/s考虑。

1.2 驱动滚筒直径

考虑到新增驱动装置会加大资金投入，从经济的角度出发，利用成庄煤矿现有1.2 m带式输送机驱动，配套方式为电动机+液力偶合器，其中单台电动机功率为200 kW，电动机异步转速为1 485 r/min，偶合器减速比为18。

根据以上参数确定驱动滚筒的最小直径为：

(1)

式中：D为滚筒直径；v为带式输送机速度。

计算可得，D=0.81 m。

考虑实际加工制造的要求，确定滚筒直径为850 mm，对应的带式输送机实际速度为3.67 m/s。

1.3 驱动功率

根据矿井大采高工作面巷道的实际条件，转载环节的运输距离基本在500 m以内,最大落差不超过30 m，上运，带式输送机运输能力为2 500 t/h，利用以上参数进行分析计算。

1.3.1 驱动滚筒圆周驱动力

驱动滚筒上所需圆周驱动力Fu为带式输送机所有阻力之和，一般包括主要阻力、附加阻力、特种主要阻力、特种附加阻力、倾斜阻力。对于机长大于80 m的带式输送机，附加阻力小于主要阻力，可以引入一个系数进行简化计算，如下式：

Fu=C×Fh+Fs1+Fs2+Fst

(2)

式中：Fu为圆周驱动力；C为系数，不小于1.02；Fh为主要阻力；Fs1为特种主要阻力；Fs2为特种附加阻力；Fst为倾斜阻力。

带式输送机的整机布置方式如图1所示，通过对带式输送机进行受力分析可得，带式输送机驱动滚筒圆周驱动力Fu为114 kN。

图1 带式输送机整机布置方式

1.3.2 传动功率及驱动选型

驱动滚筒轴功率为：

P=Fu×V=114×3.67=418.38 kW

(3)

电动机功率为:

Pm=P/(η1η2η′η″)

(4)

式中:P为驱动滚筒轴功率；Pm为电动机功率；η1为联轴器效率,η1=0.96；η2为减速器效率,η2=1；η′为电压降系数,η′=1；η″为不平衡系数,η″=0.95。

计算可得，Pm=458.75 kW。

根据所需驱动功率，转载带式输送机在实际配套时，可视情况设置为2×200 kW或3×200 kW。

2 带式输送机整体设计与配套

1) 主驱动选型。通过技术分析，整机采用多驱方式，最低配置两驱，最高配置三驱。为了充分利用现有资源，降低投入，选用成庄矿原有1.2 m带式输送机的驱动装置，其工作模式为“电动机+液力偶合器”。该类型驱动装置价格低廉，一套驱动不超过30万元。在成庄煤矿井下综采工作面应用广泛，驱动布置如图2所示。

图2 带式输送机驱动布置

2) 带式输送机滚筒选型。驱动滚筒直径为850 mm，双出轴结构，便于安装驱动，滚筒表面铸菱形阻燃胶，委托重新加工制作。卸载滚筒直径为630 mm，根据成庄矿井下巷道条件及落煤要求，设计中心高度为2 170 mm，以保证与前方设备的搭接高度。考虑设备互换性，卸载滚筒、机尾滚筒、张紧滚筒等主要部件与顺槽1.4 m带式输送机实现互换。

3) 带式输送机架制作与选型。带式输送机卸载架、驱动架、大架全部重新设计制作；中间架采用顺槽1.4 m带式输送机结构，实现完全互换。

4) 带式输送机张紧部分选型。张紧装置选用ZY-400(DYL-02-7/80)型液压张紧装置，额定张力根据实际确定,张紧行程为7 m。张紧力能够在输送机启动、运行、制动时自动进行调整，并具有启、制动时张紧力比正常运行时大1.5倍的能力。

5) 带式输送机其余部分选型。上、下托辊均采用顺槽1.4 m带式输送机托辊，阻燃输送带与顺槽1.4 m阻燃输送带一致。

3 运行效果分析

1) 转载式带式输送机的设计与应用，突破了装备上的限制，为矿井大煤量转载环节提供了一种全新的解决方法。

2) 转载式带式输送机设计巧妙，将矿井富余的1.2 m带式输送机驱动与1.4 m带式输送机成功组合，节省了资金投入，一部带式输送机投入资金不足100万元，可以提升矿井经济效益。

3) 转载式带式输送机应用灵活，可以配置两驱、三驱或者四驱，在矿井现有巷道条件下，可以实现100～500 m距离内的大煤量转载运输。

4) 转载式带式输送机运行效率高，在设计时加大了驱动滚筒直径，带速最高可以达到3.67 m/s，解决了速度不能与顺槽带式输送机匹配造成堆煤而引发事故的问题。

4 结论

由成庄矿自行设计的转载式带式输送机已成功在5312、4322、5314等大采高工作面应用，其中5312面作为中间环节转载使用，配套两驱，运输长度300 m，目前已成功回采完毕，过煤量达到了600万t；4322面作为入仓环节转载使用，配套两驱，一用一备，运输长度150 m，过煤量大约200万t；5314面作为中间环节转载使用，配套三驱，运输长度350 m，过煤量大约500万t。