摘要：為解決大傾角帶式輸送機遇變坡段產生飄帶的問題，南凹寺煤礦對比分析一部輸送機增加壓帶輪、減小曲率半徑及兩部輸送機搭接兩種方案的優缺點，制定基于改向滾筒的轉載式防飄帶設計，通過將改向滾筒安裝在組合鋼架上，輸送機進行兩次卸載，徹底解決大傾角帶式輸送機變坡點飄帶的問題，對其他帶式輸送機的設計具有一定的參考價值。
關鍵詞：帶式輸送機;飄帶;壓帶輪;曲率半徑;
Abstract：To solve the problem of belt floating in belt conveyor in large-inclined-angle variable slope in Nan'aosi Coallliery, the paper makes a comparative analysis of the advantages and disadvantages in one conveyor with increase of pinch roller and decrease of curvature radius and two lapping conveyors, and presents the transferable anti--belt-floating design by installing bend pulley on the combined steel frame and unloading twice in conveyor, which can completely solve the problem of belt floating and provide a reference for design of other belt conveyors.
Keyword：belt conveyor; belt floating; pinch roller; curvature radius;
煤礦井下普遍采用帶式輸送機運輸煤矸。帶式輸送機的鋪設受煤層賦存條件、地質構造發育程度及巷道布置方式影響，其結構型式也均不相同[1]。帶式輸送機的常規鋪設坡度為-15°～15°，否則，帶式輸送機運輸物料時將發生物料滾落及滑落，運行工況不穩定，運輸系統安全可靠性差。通常情況下，將帶式輸送機在巷道坡度為-16°～-25°、16°～25°進行的運輸稱為大坡度運輸。依據不同的巷道設計，在現場鋪設帶式輸送機時，常遇巷道變坡點且坡度變化大于20°的情況，在該工況條件下，一般采取安裝壓帶裝置來防止出現飄帶[2]。針對該問題，沁和能源南凹寺煤礦結合該礦3513下底抽巷現場實際條件，在該礦原有鋪設帶式輸送機形式的基礎上，對大坡度上、下運巷帶式輸送機防飄帶進行優化設計，取得預期的效果。
1 帶式輸送機設計參數
結合3513下底抽巷實際條件，帶式輸送機設計技術參數如表1所示。
表1 帶式輸送機設計技術參數
1.1 設計方案1
帶式輸送機型號為DTII型，根據現場實際條件，為解決帶式輸送機運輸時發生煤矸滾落及滑落的難題，確立“增加壓帶輪、增大煤矸與膠帶之間的摩擦力、減小變坡點處曲率半徑”的改進思路，主要采取以下三項措施：
�。�1）采用深槽V型雙排四聯托輥組
平巷段采用常規托輥，即35°上槽型托輥及平托輥。自變坡點始斜巷段施工坡度為20°，更換為深槽V型雙排四聯托輥組，該托輥組底輥較短，側輥槽角達55°，一方面能承載更多的煤矸，增大煤矸之間的摩擦力，另一方面增大煤矸的夾持角度，繼而增大其與膠帶之間的摩擦力。
�。�2）安裝防滾碴裝置
結合帶式輸送機結構，每間隔40 m安裝一個防滾碴裝置，最大限度減少帶式輸送機運輸時發生煤矸滾落及滑落的情況。
�。�3）增加壓帶輪，減小曲率半徑。
對帶式輸送機在變坡段受力進行分析。因膠帶在變坡段所受張力較大，易形成飄帶現象。需對膠帶變坡段最小曲率半徑進行計算，判斷帶式輸送機空載運行時是否產生飄帶現象。依據帶式輸送機設計手冊，曲率半徑計算公式如下[3,4]:
式中：R2為曲率半徑，m;Fx為變坡點處膠帶張力，N;qb為膠帶單位質量，kg/m;g為重力加速度，9.8 m/s2。
將相關參數代入公式進行計算，求得R2最小值為492 m，通過最小曲率半徑計算得出變坡點處膠帶需抬升7.5 m，方能保證不飄帶，因3513下底抽巷設計巷高為3.5 m，則帶式輸送機運行期間在變坡點處將與頂板摩擦碰撞產生干涉。
針對該問題，采用在變坡段增加壓帶輪的措施，進一步減少變坡段曲率半徑，降低膠帶需抬升高度。壓帶輪由支撐腿、軸承室、壓帶輪及軸四部分組成，其結構如圖1所示。結合帶式輸送機寬度及出煤高度，采用壓帶輪直徑為400 mm，輪寬75 mm，兩側倒角為6×42°。該裝置通過支撐腿下方U型槽直接固定在皮帶桿上，安裝、拆卸方便。壓帶輪在變坡段安裝位置及間距必須依據該段膠帶所受張力確定，常規在變坡段及中間位置設置1～3組壓帶輪，帶式輸送機壓帶輪安裝如圖2所示。應用該裝置的缺點也較明顯，即運輸大塊煤矸至壓帶輪時不易通過，且壓帶輪與膠帶長期摩擦，容易出現膠帶跑偏及損傷、撕裂等情況[5]。
圖1 壓帶輪結構
1-支撐腿；2-軸承室；3-壓帶輪；4-軸
圖2 帶式輸送機壓帶輪安裝
1、5-拖帶滾筒；2-機尾滾筒；3-壓帶輪；4-傳動滾筒
1.2 設計方案2
采用分段運輸方案，即在變坡點前后鋪設兩部帶式輸送機進行運輸。平巷段鋪設一部帶式輸送機，斜坡段鋪設第二部帶式輸送機。將第一部帶式輸送機機頭抬高，與第二部帶式輸送機機尾搭接形成轉載點，即實現一部皮帶運輸煤矸至第二部輸送機機尾，轉載點搭接如圖3所示。該方案較方案1多增加一套帶式輸送機機頭、機尾裝置，相應多安裝一套驅動裝置，增加設備檢修工作量及崗位工投入，成本較高。
圖3 轉載點搭接
2 上運巷大傾角帶式輸送機優化設計
結合對比分析方案1、2。方案1為采用一部帶式輸送機運輸，因上運巷變坡段曲率半徑過大，需增設多組壓帶輪，但壓帶輪與膠帶長期摩擦，容易造成膠帶損傷、撕裂等事故，膠帶使用年限降低40%；方案二為采用兩部帶式輸送機運輸，增加了設備投入，成本相對較高。針對以上問題，在方案一的基礎上，南凹寺煤礦制定基于改向滾筒的轉載式防飄帶設計，將兩個改向滾筒、一個壓帶滾筒安裝在預先加工好的組合鋼架上，輸送機通過第1、2改向滾筒進行了兩次卸載，徹底解決了飄帶問題。上運大傾角變坡點轉載式防飄帶工作原理如圖4所示。
圖4 上運巷大傾角變坡點轉載式防飄帶工作原理
1-可調支腿；2-壓帶滾筒；3-第2改向滾筒；4-H形濾煤器；5-第1改向滾筒；6-P形濾煤器；7-緩沖床；8-55°深槽四聯托輥組
由圖4可知，上輸送帶通過第1、2改向滾筒后、下輸送帶通過壓帶滾筒后均繼續沿原方向運行。為加強濾煤效果，分別在第1改向滾筒整下方、第1、2改向滾筒之間正中位置安裝一道P形聚氨酯濾煤器、一道H型聚氨酯濾煤器，最大限度的減少因煤泥造成斜坡段膠帶跑偏的情況。因第1改向滾筒與受煤點高差較大，為減小煤矸對受煤點的沖擊力度，則在受煤點處設置緩沖床，其材質為高彈性特種橡膠層。斜坡段帶式輸送機采用55°深槽V型四聯托輥組，杜絕出現煤矸滾料、滑落的現象。下輸送帶在壓帶滾筒的作用下，杜絕大張力條件下下輸送帶產生飄帶。
3 下運巷大傾角帶式輸送機優化設計
下運巷大傾角帶式輸送機在變坡段同樣存在飄帶的問題，利用上運巷變坡段優化設計原理對下運巷大傾角帶式輸送機進行改造，下運巷大傾角變坡點轉載式防飄帶工作原理如圖5所示。斜坡段繼續安裝深槽V型雙排四聯托輥組、防滾碴裝置。首先在變平段對組合鋼架進行澆筑，用于安裝固定壓帶滾筒及改向滾筒。第1、2改向滾筒通過兩次卸載進行煤矸轉載，同樣位置安裝P、H形聚氨酯濾煤器。受煤點處設置緩沖床，一方面改善受煤點處的受力，另一方面阻止輸送帶跑偏。
圖5 下運巷大傾角變坡點轉載式防飄帶工作原理
1-可調支腿；2-55°深槽四聯托輥組；3-壓帶滾筒；4-第2改向滾筒；5-H形濾煤器；6-第1改向滾筒；7-P形濾煤器；8-緩沖床
4 主要運行參數和效果
4.1 主要運行參數
南凹寺煤礦3513下底抽巷帶式輸送機主要運行參數如表2所示。
4.2 運行效果
該方案應用后，帶式輸送機共連續運行25個月，變坡段未出現一起跑偏、飄帶及撕裂事故，保證底抽巷運輸煤矸工序的安全，提高了運輸效率。
表2 帶式輸送機主要運行參數
5 結語
針對上運巷大傾角帶式輸送機遇變坡段產生的飄帶、煤矸滾落等問題，南凹寺煤礦結合該礦3513下底抽巷現場實際條件，對變坡點處最小曲率半徑進行了計算，提出了增加多組壓帶輪的防飄帶措施，但易出現膠帶跑偏及損傷、撕裂等事故；采取兩部帶式輸送機搭接，增加了設備、人員投入，成本較高。為此制定了基于改向滾筒的轉載式防飄帶設計，并在現場成功應用，徹底解決了大傾角帶式輸送機變坡點飄帶的問題。該設計對于下運巷大傾角帶式輸送機遇變坡段產生的飄帶問題同樣適用，應用范圍廣泛。
參考文獻
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