不連溝煤礦主斜井膠帶機改造方案
不連溝煤礦主斜井膠帶機改造方案
趙秉國
（內蒙古蒙泰不連溝煤礦內蒙古鄂爾多斯 010319）
摘要：隨著不連溝煤礦生產能力的不斷提高，主斜井膠機機作為主要運輸係統一直存在諸多隱患，為了滿足運輸能力，提高安全係數，對主斜井膠帶機進行改造。詳細介紹了改造方案及驗算過程。
關鍵詞：主斜井膠帶機 改造 方案
Buliangou Coal Mine Main Incline Shaft Belt Machine Retrofit Scheme
Zhao Bingguo
Abstract:with the development of buliangou coal production capacity continues to improve, the main inclined shaft of glue machine as the main transportation system has been put in a lot of trouble, in order to meet the transportation capacity, improve the safety factor, the transformation of the main shaft belt conveyor. Detailed introduced the process scheme and checking.
Keywords:main inclined shaft belt conveyor; transformation; scheme
一、概況
不連溝煤礦是華電煤業首座設計的千萬噸級大型礦井，於2011年6月投產， 2012年4月12日通過了生產能力1500萬噸的核定後，主運係統由於運力增大、負荷增加，曾多次出現：主斜井皮帶機壓死、無法重載起車、卸載滾筒斷軸和皮帶下滑等問題，十分嚴重，不僅對設備造成了很大損傷，而且嚴重影響礦井的安全生產。為了提高主運係統安全係數，增加主運係統運輸能力，適應年產1500萬噸及以後增加產量需求，決定對主運係統進行改造。
二、膠帶機主要技術參數
1.輸送能力：4500t/h 2.帶寬：1600mm 3.帶速：5m/s 輸 4.送長度：2520m 5.驅動功率: 3×1800+2×1800kw 6.提升高度:245m 7.輸送帶：ST5000阻燃鋼絲芯抗縱撕膠帶 8.驅動裝置:采用電機和減速器、變頻器驅動。
三、改造方案
為改善膠帶機重載啟動性能、提高結構件及帶麵安全係數、增加係統運輸能力，需要對膠帶機進行改造。為減少改造工程量輸送帶保持不變、井口房基礎設備基本不變，在距井口1320m三聯巷處增加2台中部驅動，具體布置如圖。
主斜井膠帶機改造示意圖
改造前後參數對比如下：
名稱 |
代號 |
原始參數 |
改造後參數(3+2) |
單位 |
輸送能力 |
Q |
4000 |
5000 |
t/h |
輸送長度 |
L |
2520 |
2520 |
m |
傾角 |
θ |
5.5 |
5.5 |
度 |
提升高度 |
H |
245 |
245 |
m |
帶寬 |
B |
1600 |
1600 |
mm |
帶速 |
V |
5 |
5 |
m/s |
膠帶 |
||||
膠帶安全係數 |
M |
7.11 |
8.77 |
|
圓周力 |
F |
841570 |
1011178 |
N |
軸功率 |
P軸 |
4208 |
5054 |
KW |
電機功率 |
P電 |
5233 |
6286 |
KW |
功率 |
P |
3×1800 |
(3+2)Χ1800 |
KW |
頭部最大張力 |
Smax |
107456 |
820969 |
N |
機尾張緊力 |
T |
50000 |
5000 |
N |
張緊行程 |
L |
12 |
12 |
N |
逆止力 |
SBN |
421111 |
541111 |
N |
傳動滾筒直徑 |
D |
1830 |
1830 |
mm |
傳動比 |
i |
28 |
28 |
|
托輥 |
Ø |
159 |
159 |
mm |
上托輥間距 |
L上 |
1.5 |
1.5 |
m |
下托輥間距 |
L下 |
3 |
3 |
m |
中驅距頭部距離 |
L |
0 |
0 |
m |
輸送機張力分布情況對照表
承載段阻力 |
F滿 |
220155 |
254366 |
N |
回空段阻力 |
F空 |
75067 |
75228 |
N |
傾斜阻力 |
F傾 |
534799 |
668480 |
N |
圓周力 |
F |
841266 |
1011178 |
N |
單個電機圓周力 |
F單 |
280422 |
200000 |
N |
承載段垂度條件 |
S5min |
35536 |
35536 |
N |
回空段垂度條件 |
S4min |
19975 |
19975 |
N |
滿足垂度條件 |
S3min |
213187 |
213187 |
N |
滿足傳動條件 |
S4min |
151268 |
119000 |
N |
輸送機正常運行 |
S3min |
220969 |
220969 |
N |
頭部最大張力 |
Smax |
1074506 |
827675 |
N |
中部最大張力 |
Smax |
0 |
602153 |
N |
中部最小張力 |
Smix |
0 |
402153 |
N |
基本數據及主要參數對照表
輸送物料單位長度質量 |
q |
222.2 |
277.8 |
Kg/m |
輸送帶單位長度質量 |
q皮 |
108.6 |
108.6 |
Kg/m |
上托輥轉動部分質量 |
q上 |
25.68 |
25.68 |
Kg/m |
下托輥轉動部分質量 |
q下 |
12 |
12 |
Kg/m |
附加阻力係數 |
C |
1.05 |
1.05 |
|
運行阻力係數 |
f |
0.025 |
0.025 |
|
傳動滾筒與輸送帶之間摩擦係數 |
μ |
0.3 |
0.3 |
|
動載荷係數 |
ka |
1.08 |
1.08 |
|
功率備用係數 |
kd |
1.1 |
1.1 |
|
傳動效率 |
η |
0.95 |
0.95 |
|
電壓降係數 |
ξd |
0.95 |
0.95 |
|
多機功率不平衡係數 |
ξ |
0.98 |
0.98 |
四、計算過程
1．滿足傳動條件張力計算
當采用的傳動裝置相同時，5個驅動滾筒傳遞力相等，傳動滾筒圍包角相等θ=2100，膠帶與滾筒之間摩擦係數μ=0.3，牽引係數K=eμθ=3.0，所有驅動單元相同且采用變頻啟動，所以有：
F單=FⅡ=FⅣ=FU/5=202236N，如果滿足Ⅳ號滾筒不打滑：
SⅡ=SⅣ≥KAFⅣ/( eμθ-1)=111229N，KA=1.1
２. 滿足垂度要求
承載分支最小張力點允許的最小張力：
SZmin≥a0（q皮+ q）g/8Χ(h/a)max=35536N
(h/a)max—兩組托輥間允許的膠帶垂度0.02，a0—上托輥組間距，a0=1.5米
空載段允許最小張力：
Skmin≥au q皮g/8Χ(h/a)max=19975N ，au—下托輥組間距，au=3米
3. 輸送機正常運行時張力
因為是機尾張緊，需要同時滿足驅奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件，頭部驅動滾筒奔離點張力SⅡ= SⅣ=F拉+F滑-FHU，
其中：SⅡ—機頭驅動滾筒奔離點張力；SⅣ—中間驅動奔離點張力；F拉—機尾單邊拉力；F滑—皮帶鬆邊在傾斜方向的分力；
FHU—皮帶鬆邊運行阻力，包括皮帶運行阻力和底托輥運行阻力。
FHU=Lfg (q皮cosα+q下)=74219N；F滑=Lgq皮 sinα=259651N
SⅡ= SⅣ=F拉+F滑－FHU=220969N
4．中驅位置計算
在上皮帶L長時皮帶的張力：FL=CfgL【(ｑ皮+ q)Χcosα+ q上】+gL(q皮+ q)sinα，當Q=5000t/h時，FL=473.3L
各式意義： C: 附加阻力係數 1.05；fgL(ｑ皮+ q)Χcosα表示物料和帶麵運行阻力；fgLq上表示托輥運行阻力；gL(ｑ皮+ q)ｓinα表示物料和皮帶的傾斜阻力；
按驅動理論計算出總的圓周驅動力FU=1011178N，頭部最大張力
FⅠ= SⅡ+3FU／5=220969+606706=827675N
FL=473.3L，FⅠ= FL+ SⅣSⅡ=SⅣ
FL=473.3L=606706， L=1281米，頭部驅動滾筒距中間驅動滾筒奔離點的距離。
頭部各個驅動滾筒及中間驅動滾筒受力情況：
FⅡ= SⅡ+ FU／5=220969+202235=423204N，FⅠ=423204+2FU／5=827675N；
中間驅動滾筒受力情況：
FⅣ=SⅣ+FU／5=220969+202235=423204N，FⅢ=FⅣ+ FU／5=423204+202235=625439N
5．當中間驅動距機頭距離L=760米時，各個滾筒受力情況，同時滿足機頭驅奔離點不打滑和機尾皮帶垂度條件
FⅡ= SⅡ+ FU／5=220969+202235=423204N，FⅠ=423204+2FU／5=827675N；
FL= 473.3L，L=760米時，FL=359708N
FⅠ= FL+ SⅣSⅣ=467967N FⅣ= SⅣ+ FU／5=467967＋202235=670202N
FⅢ= FⅣ+ FU／5=670202＋202235=872437N
6．當中間驅動距機頭1320米時，滿足機尾張緊、機頭及中驅不打滑各個滾筒受力
FⅡ= SⅡ+ FU／5=220969+202235=423204N，FⅠ=423204+2FU／5=827675N；
FL= 473.3L=624756N
FⅠ= FL+ SⅣSⅣ=202919N滿足驅動條件FⅣ= SⅣ+ FU／5=202919+202235=405154N，
FⅢ= FⅣ+ FU／5=405154+202235=607389N
7．滿足中部驅動滾筒不打滑驅動條件、5個驅動滾筒功率平衡中驅距頭部最大距離
FⅠ=473.3L+ SⅣSⅣ=111229N L=1513m
8．當中間驅動距機頭2000米時
當中間驅動位大於滿足中部驅動滾筒不打滑驅動條件、各個驅動滾筒功率平衡，5驅動布置、中驅距頭部最大距離1513米，向皮帶尾方向時，根據FⅠ= FL+ SⅣ，SⅣ=FⅠ－FL= SⅡ＋3FU／5－FL，因為2000米＞1513米，所以FL﹥3FU／5，中驅Ⅳ滾筒奔離張力SⅣ的範圍是KAFⅣ/( eμθ-1)≤SⅣ≤SⅡ，
按各個滾筒傳遞力相等，以滿足Ⅳ滾筒摩擦傳動為條件計算各個滾筒受力：
FL= 473.3L=946600N FⅠ=473.3L+ SⅣSⅣ≥KAFⅣ/( eμθ-1)=111229N FⅠ=1057829N
FⅠ= SⅡ+3FU／5 SⅡ= F拉+F滑-FHU=220969 FⅠ- SⅡ=836860N,
機頭每個滾筒傳遞力F單=278953N,
中部驅動傳遞力F中=1011178-836860=174318N
FⅣ= SⅣ+F中=285547N
9．逆止力計算
逆止器滾筒傳遞最大摩擦力Ｓ＝SⅣeμθ＝662907N， K=eμθ=3.0
經計算靜逆止力SBN=541111N，傾斜力F傾=668480N，頭部最大拉力FⅠ=423204+2FU／5=827675N；逆止力按1.5倍計算，所需逆止力分別為81166N,1002720N，1241512N。
五、設備增設情況
需要增加的設備有：3件機架、2件驅動滾筒、2件導向滾筒、2台H3SH7A減速器、2台1800KW變頻電動機、2台額定電流260A變頻器、2台額定容量 3000KVA變壓器、1台逆止器、1台PLC同步櫃、2800米礦用電纜、3台高壓櫃等。
該方案需投資約2500萬元，設備采購周期約為4-6個月，硐室、基礎施工工期為40天，皮帶機機架安裝、皮帶對接工期約10-15天（停產施工）。
六、方案特點
主井皮帶機改造後輸送能力達到5000 t/h，皮帶安全係數由目前7.11提高到8.79；頭部最大張力由107.4噸降低到83.9噸；卸載滾筒合力下降約47噸；主井皮帶機運行工況明顯改善。平均4500t/h負荷下能重載啟動。
係統煤量不均衡問題及矸石損傷帶麵問題得到解決，係統平均運輸能力達到4000t/h，礦井具備年產1500萬噸及以上生產能力要求。
