论文部分内容阅读
前言
通过对青春塔煤矿22°大倾角皮带机设计和应用特点的总结分析表明，大倾角皮带运输机不仅能克服回风斜井大倾角问题，而且它还具有输送能力大、自动化程度高、安全可靠、操作维修简便，节省人力物力等优点，在青春塔煤矿大倾角回风斜井应用中取得了很好的效果，创造了巨大的经济效益。
1、工程概况
内蒙古自治区准格尔煤田青春塔区位于鄂尔多斯市准格尔旗魏家峁鄉北部，行政区划隶属于鄂尔多斯市准格尔旗魏家峁乡管辖其范围。矿井年设计生产能力600Wt，开采水平+1080m，服务年限74.8年。
青春塔煤矿一、二期开拓工程由中煤第三建设（集团）三十处工程处施工，施工前一期井筒工程风井已完工，主、副井还处在施工阶段，主井坡度为11°下山，副井坡度为5.8°下山，风井为22°下山，主、副斜井较长尚未落底贯通。二期工程包括：井底车场硐室、辅助、胶带、回风三条大巷。巷道总长度约7960m，工程期为6个月，工期紧。回风斜井若采用临时箕斗提升，不仅存在着提升运输效率低、故障率高等制约和煤矿安全生产的重大危险源，而且提升运输能力也难以满足煤矿井下巷道快速掘进提升需要；采用普通皮带运输机虽能实现连续运输，但又受大倾角因素的制约，无法正常运转。经过对国内多家科研、设计和设备生产单位的调研，确定采用大倾角皮带运输机方案可行，并于2013年3月25日投入安装投入使用。
2、皮带运输机的基本性能
青春塔煤矿回风斜井大倾角皮带运输机型号DTL100/90/315，运量Q=120t/h，运距L=640m，倾角α=22°，钢丝绳芯带带宽B=1000mm，带强St=2000N/mm，带速V=2.5m/s，功率N=2×315kW，采用交流变频的拖动方式，电压等级为660V，液压自动张紧装置。
目前常用的软驱动方式有调速型液力耦合器、CST可控驱动装置、变频调速驱动装置；以上三种软驱动装置都是成熟的应用技术，但是只有变频调速驱动装置能够根据运量实时调整速度，对于大运量带式输送机来说，保证煤矸断面积的稳定性是非常重要的，煤矸少了侧压力不足，将出现煤矸下滑，煤矸多了则会撒料。因此为了保证输送机按设计煤矸断面积运行，本大倾角带式输送机选用变频调速驱动装置。实践证明变频调速技术应用在皮带机控制上是非常合适的，它能使得起动控制更加简洁，无电流冲击，转矩响应快，运行平稳。
3、皮带运输机的设计
3.1托辊布置布置方式
上托辊布置成双排V形深槽型，由于煤矸的输送角取决于煤矸本身的块度、硬度、含水量以及带速、输送带对煤矸的侧压力大小。输送倾角越大，煤矸的稳定性越差，越容易引起煤矸在上提过程中向下滚滑。要想增大输送倾角，首先需要增大煤矸与皮带之间的摩擦力，只有在摩擦力大于下滑力时，煤矸才能在皮带的带动下稳定地运行。将托辊布置成双排V形深槽，既增加了侧压力，又能有效地增加皮带与煤矸间的摩擦力。其中上托辊间距为1.2m，22°倾角段采用深槽形托辊组。四个托辊前后V字形布置，槽角分别为30°和60°。
3.2起动方式
皮带运输机上运倾角越大，起动时加速度对煤矸的稳定性影响也就越大，本皮带采用YBP355L-4型电动机2台，单台功率P=315kW，它在液力调速装置与电气调节的配合下，能保证运输机慢速起动，能避免运输机因起动加速度过大，煤矸重载负荷对电网冲击及引起煤矸下滑或滚动，可很好地解决输送机慢速起动和功率平衡这一难题。
选择大功率变频软启动用于井下皮带机上，皮带机的功率为2×315KW，启动频率为0.5～50Hz可调，频率分辨率为±0.01Hz。变频器与液压自动张紧装置、跑偏、撕裂、温度、速度等保护装置的传感器一起连接于PLC控制系统，可实现统一控制、智能化控制与保护。变频调速软启动装置通过改变交流电频率来改变电机转速，使电机启动时根据设定的输入曲线，速度按系统调定时间匀加速运行。启动平稳可靠，对整机冲击小，又可延长皮带的使用寿命、降低皮带的强度等级。其控制电路结构简单，维修方便，可靠性高。
3.3皮带的选型
在本皮带选型中，选用B=1000mm、带强St=2000N/mm的人字形凹纹胶带。人字形凹纹皮带厚度34mm，凹纹深4mm，内有均匀布置的Ф6的钢丝绳79根。凹纹胶带既能增加煤矸与皮带间的摩擦力，并且它比凸纹胶带耐磨。
3.4制动器和逆止装置
大倾角皮带运输机由于下滑分力大，所以制动器的选择至关重要。KZP-1400/2×100型盘式制动器可使皮带运输机的停车减速度保持在0.1m/s2～0.3m/s2范围内，可安全、可靠地制动实现平稳停车。同时安装了2台逆止器液压均载装置，双电机驱动时，可改善停机时的逆止性能。
3.5防护设施
1）挡滚煤装置。皮带运输机在22°倾角运行时，大块煤矸极易滚落，特别是煤矸稀少的情况下更是如此。如果不采取措施，大块煤矸不断加速滚落，会给巷道内的设施和人员造成极大威胁，采用挡滚煤装置，每隔18m安设一组，挡滚煤装置主体是用废旧PVC胶带制成的挡板挂在支架上，挡板向胶带运行方向单向开启。使用挡滚煤装置后，块状物料的滚动距离限制在18m范围内，不会因产生较大的速度而飞出。
2）挡矸网。虽然使用了挡滚煤装置，难免少量的煤矸滚落出，为保障巷道内的人身和设施安全，在胶带运输机和维修轨道之间挂一道纵向防护网。同时，每两组防滚煤装置（即36m）设一道横向挡矸网。
3）齿状逆止皮带抓捕器。皮带抓捕器安装时，垂直于巷道断面每50～80m安装一道，“T”字型逆止装置安装在焊好钢管的支撑梁上，采用绞联的连接方式，以确保上行的大块矸石不被卡住。皮带抓捕器的立柱深入巷道底板300～500mm，用混凝土浇筑。齿状逆止装置与钢棒焊接成“T”型，齿状逆止装置包括圆杆和设置在圆杆端部的弯钩，弯钩与圆杆成75°夹角。每道抓捕器焊接齿状逆止装置设置有5～6个。
4、使用效果和经济效益
1）大倾角皮带运输机采用了深槽托辊装置、软启动装置和可编程控制器控制系统，技术先进，结构简单，操作和维修方便，自投入运转以来，工作正常，没有发生过机械事故。
2）大倾角皮带运输机，整机安装空间小。除机头部分外，回风斜井内可直接对其进行安装改造，改扩建措施工程量小，工期短，费用省。
3）大倾角皮带运输机能实现24h连续运输方式，运输效率高，可满足青春塔煤矿井下煤矸提升要求。最高实现了月进尺2780m巷道煤矸的提升任务。
5、结语
大倾角皮带运输机具有普通皮带运输机无法比拟的优点，自从大倾角皮带运输机对青春塔煤矿22°大倾角回风斜井提升系统安装改造以来，使青春塔煤矿彻底摆脱了以往的提升方式对巷道掘进提升运输的制约，简化提升运输系统，自动化程度高，事故率低，同时也改善了矿井施工环境，提高了矿井掘进速度和劳动生产率，降低了生产成本，节省了大量资金，缩短了矿井的建设工期，首采工作面投产快，为整个青春塔煤矿建设早日投产作出了巨大贡献，同时也为其他煤矿斜井的提升系统的选型和设计提供了宝贵经验，产生了具大的经济效益和社会效益。
（作者单位：中煤矿山建设集团有限责任公司三十工程处）
作者简介
郑忠献（1969—），男，安徽砀山人，矿建高级工程师。中煤矿山建设集团三十工程处处长.
通过对青春塔煤矿22°大倾角皮带机设计和应用特点的总结分析表明，大倾角皮带运输机不仅能克服回风斜井大倾角问题，而且它还具有输送能力大、自动化程度高、安全可靠、操作维修简便，节省人力物力等优点，在青春塔煤矿大倾角回风斜井应用中取得了很好的效果，创造了巨大的经济效益。
1、工程概况
内蒙古自治区准格尔煤田青春塔区位于鄂尔多斯市准格尔旗魏家峁鄉北部，行政区划隶属于鄂尔多斯市准格尔旗魏家峁乡管辖其范围。矿井年设计生产能力600Wt，开采水平+1080m，服务年限74.8年。
青春塔煤矿一、二期开拓工程由中煤第三建设（集团）三十处工程处施工，施工前一期井筒工程风井已完工，主、副井还处在施工阶段，主井坡度为11°下山，副井坡度为5.8°下山，风井为22°下山，主、副斜井较长尚未落底贯通。二期工程包括：井底车场硐室、辅助、胶带、回风三条大巷。巷道总长度约7960m，工程期为6个月，工期紧。回风斜井若采用临时箕斗提升，不仅存在着提升运输效率低、故障率高等制约和煤矿安全生产的重大危险源，而且提升运输能力也难以满足煤矿井下巷道快速掘进提升需要；采用普通皮带运输机虽能实现连续运输，但又受大倾角因素的制约，无法正常运转。经过对国内多家科研、设计和设备生产单位的调研，确定采用大倾角皮带运输机方案可行，并于2013年3月25日投入安装投入使用。
2、皮带运输机的基本性能
青春塔煤矿回风斜井大倾角皮带运输机型号DTL100/90/315，运量Q=120t/h，运距L=640m，倾角α=22°，钢丝绳芯带带宽B=1000mm，带强St=2000N/mm，带速V=2.5m/s，功率N=2×315kW，采用交流变频的拖动方式，电压等级为660V，液压自动张紧装置。
目前常用的软驱动方式有调速型液力耦合器、CST可控驱动装置、变频调速驱动装置；以上三种软驱动装置都是成熟的应用技术，但是只有变频调速驱动装置能够根据运量实时调整速度，对于大运量带式输送机来说，保证煤矸断面积的稳定性是非常重要的，煤矸少了侧压力不足，将出现煤矸下滑，煤矸多了则会撒料。因此为了保证输送机按设计煤矸断面积运行，本大倾角带式输送机选用变频调速驱动装置。实践证明变频调速技术应用在皮带机控制上是非常合适的，它能使得起动控制更加简洁，无电流冲击，转矩响应快，运行平稳。
3、皮带运输机的设计
3.1托辊布置布置方式
上托辊布置成双排V形深槽型，由于煤矸的输送角取决于煤矸本身的块度、硬度、含水量以及带速、输送带对煤矸的侧压力大小。输送倾角越大，煤矸的稳定性越差，越容易引起煤矸在上提过程中向下滚滑。要想增大输送倾角，首先需要增大煤矸与皮带之间的摩擦力，只有在摩擦力大于下滑力时，煤矸才能在皮带的带动下稳定地运行。将托辊布置成双排V形深槽，既增加了侧压力，又能有效地增加皮带与煤矸间的摩擦力。其中上托辊间距为1.2m，22°倾角段采用深槽形托辊组。四个托辊前后V字形布置，槽角分别为30°和60°。
3.2起动方式
皮带运输机上运倾角越大，起动时加速度对煤矸的稳定性影响也就越大，本皮带采用YBP355L-4型电动机2台，单台功率P=315kW，它在液力调速装置与电气调节的配合下，能保证运输机慢速起动，能避免运输机因起动加速度过大，煤矸重载负荷对电网冲击及引起煤矸下滑或滚动，可很好地解决输送机慢速起动和功率平衡这一难题。
选择大功率变频软启动用于井下皮带机上，皮带机的功率为2×315KW，启动频率为0.5～50Hz可调，频率分辨率为±0.01Hz。变频器与液压自动张紧装置、跑偏、撕裂、温度、速度等保护装置的传感器一起连接于PLC控制系统，可实现统一控制、智能化控制与保护。变频调速软启动装置通过改变交流电频率来改变电机转速，使电机启动时根据设定的输入曲线，速度按系统调定时间匀加速运行。启动平稳可靠，对整机冲击小，又可延长皮带的使用寿命、降低皮带的强度等级。其控制电路结构简单，维修方便，可靠性高。
3.3皮带的选型
在本皮带选型中，选用B=1000mm、带强St=2000N/mm的人字形凹纹胶带。人字形凹纹皮带厚度34mm，凹纹深4mm，内有均匀布置的Ф6的钢丝绳79根。凹纹胶带既能增加煤矸与皮带间的摩擦力，并且它比凸纹胶带耐磨。
3.4制动器和逆止装置
大倾角皮带运输机由于下滑分力大，所以制动器的选择至关重要。KZP-1400/2×100型盘式制动器可使皮带运输机的停车减速度保持在0.1m/s2～0.3m/s2范围内，可安全、可靠地制动实现平稳停车。同时安装了2台逆止器液压均载装置，双电机驱动时，可改善停机时的逆止性能。
3.5防护设施
1）挡滚煤装置。皮带运输机在22°倾角运行时，大块煤矸极易滚落，特别是煤矸稀少的情况下更是如此。如果不采取措施，大块煤矸不断加速滚落，会给巷道内的设施和人员造成极大威胁，采用挡滚煤装置，每隔18m安设一组，挡滚煤装置主体是用废旧PVC胶带制成的挡板挂在支架上，挡板向胶带运行方向单向开启。使用挡滚煤装置后，块状物料的滚动距离限制在18m范围内，不会因产生较大的速度而飞出。
2）挡矸网。虽然使用了挡滚煤装置，难免少量的煤矸滚落出，为保障巷道内的人身和设施安全，在胶带运输机和维修轨道之间挂一道纵向防护网。同时，每两组防滚煤装置（即36m）设一道横向挡矸网。
3）齿状逆止皮带抓捕器。皮带抓捕器安装时，垂直于巷道断面每50～80m安装一道，“T”字型逆止装置安装在焊好钢管的支撑梁上，采用绞联的连接方式，以确保上行的大块矸石不被卡住。皮带抓捕器的立柱深入巷道底板300～500mm，用混凝土浇筑。齿状逆止装置与钢棒焊接成“T”型，齿状逆止装置包括圆杆和设置在圆杆端部的弯钩，弯钩与圆杆成75°夹角。每道抓捕器焊接齿状逆止装置设置有5～6个。
4、使用效果和经济效益
1）大倾角皮带运输机采用了深槽托辊装置、软启动装置和可编程控制器控制系统，技术先进，结构简单，操作和维修方便，自投入运转以来，工作正常，没有发生过机械事故。
2）大倾角皮带运输机，整机安装空间小。除机头部分外，回风斜井内可直接对其进行安装改造，改扩建措施工程量小，工期短，费用省。
3）大倾角皮带运输机能实现24h连续运输方式，运输效率高，可满足青春塔煤矿井下煤矸提升要求。最高实现了月进尺2780m巷道煤矸的提升任务。
5、结语
大倾角皮带运输机具有普通皮带运输机无法比拟的优点，自从大倾角皮带运输机对青春塔煤矿22°大倾角回风斜井提升系统安装改造以来，使青春塔煤矿彻底摆脱了以往的提升方式对巷道掘进提升运输的制约，简化提升运输系统，自动化程度高，事故率低，同时也改善了矿井施工环境，提高了矿井掘进速度和劳动生产率，降低了生产成本，节省了大量资金，缩短了矿井的建设工期，首采工作面投产快，为整个青春塔煤矿建设早日投产作出了巨大贡献，同时也为其他煤矿斜井的提升系统的选型和设计提供了宝贵经验，产生了具大的经济效益和社会效益。
（作者单位：中煤矿山建设集团有限责任公司三十工程处）
作者简介
郑忠献（1969—），男，安徽砀山人，矿建高级工程师。中煤矿山建设集团三十工程处处长.