伊犁四矿长距离输煤皮带机方案优化与参数的选取

张 军，董广明（新汶矿业集团 伊犁能源公司，新疆 伊犁　83500）

伊犁四矿长距离输煤皮带机方案优化与参数的选取

张 军，董广明
（新汶矿业集团 伊犁能源公司，新疆 伊犁83500）

根据伊犁四矿长距离带式输送机与受煤点设计中存在的无法搭接情况，论文从技术角度进行了综合分析与计算，将一部皮带分成两部皮带进行转载运输；并分别对带宽、带速进行了功率、牵引力、胶带张力及投资方面的综合比较。进一步优化了设计方案，既保证了技术上可行，节省了投资，又提高了设备的可靠性，取得了较好的经济与社会效益。

长距离胶带输送机；方案优化；参数选取；优化设计

0　引言

伊犁四号矿井位于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州霍城县东南部，行政区划隶属霍城县惠远镇及伊宁市英也尔乡，设计产量为600万吨/年，服务年限40年，今年6月底试生产。该矿生产的煤炭主要为新天煤化工提供制造天然气的原料煤。

伊犁四矿原煤仓海拔标高+906m，新天煤化工原煤受料点海拔高+1068.3m，受料点距地面51.7m，高差214m，两者直线水平距离3530m，带式输送机运量Q= 2000t/h。经过对运输方式、前期投资、后期维护、综合运费等多方面论证比较后决定采用胶带输送机运输煤炭是最优选择。

1　胶带输送机运输系统设计

原设计方案为伊犁四矿至煤化工采用一条胶带输送机实现长距离运输，在煤化工备煤系统转运站增加钢结构支撑，胶带输送机沿线采用全封闭式防护罩有效保护胶带及设备；控制系统采用液体粘性可控软起动装置实现胶带输送机的启停。该方案优点明显，中间无转载，减少了物料转运次数，减少了物料对机械设备的冲击，降低了设备的故障点。

经过实地勘察后，发现该方案存在以下问题：①煤化工转运站卸载点未充分考虑输送机卸载部的载荷，导致转运站不能承担输送机卸载部的水平作用力，而且转运站已经施工；②长距离全封闭输送能有效防尘，但工程造价相应提高；③采用液体粘滞性可控离合器控制胶带输送机，只能起到软启动的作用，不能实现调速及可控传动，为此需要对原设计进行优化。

2　系统方案优化

针对上述存在的问题，提出了两种方案：一是原设计不变，加固卸载点结构，满足输送机卸载部的水平作用力；二是改为两条胶带输送机接力输送，第一部长3264m，高差173m，爬升角度3.04°，第二部长 275m，高差37m，角度10°。

方案一的主要问题是卸载点的承载部结构体系不合理，一侧为60m高的钢筋混凝土结构，一侧为50m高的钢结构，不能组成一个受力体系，在土建设计中是极不合理的；其次，为了抵抗水平力而加设的钢结构，钢材用量约550t，在高度50m处的水平力约2500kN是不经济的；第三，此处地质结构为自重湿陷性黄土，仅基础需要30多个直径1.2m的灌注桩、筏板承台或带基础梁的筏板承台。

方案二存在的问题主要是增加了物料转运次数，增加了物料对胶带及其他机械设备的冲击，降低胶带的使用寿命；其次，增加一部皮带机的同时增加了控制点和故障点，增加了连续稳定运行的风险性；第三，设备增加后，相应的维修及后续人员维护费用增加。

综合上述对比，考虑到方案一中增加钢支架分担载荷受力体系复杂，设计难度大，以及不稳定性和经济性，最终选取了两条输送机转载方案，如图1所示。

图1　胶带输送机转载输送布置图Fig.1 Belt conveyor transfer transportation arrangement

3　输送机主要参数选取

（1）基本参数。1#输送机：运量2000t/h，水平运距3264m，提升高度173m。2#输送机：运量2000t/h，运距275米m提升高度37m，倾角10°。

（2）带宽和带速。带式输送机输送量的增大和运输距离的增长需要增加带宽或提高带速来满足输送量的要求。增加带宽需要扩大机身断面，不仅增加土建工程量，加大投资，还对设备运行不利；而提高带速对降低费用有利，带速愈高，物料单位长度质量愈小，所需胶带强度愈低，减速器功率与传动比减小，整机设备费用减低［1］，但提高带速有以下不利因素：①输送机安装质量不高，物料易在胶带上发生跳动，使机架、托辊产生动应力及胶带跑偏；②输送机带速过大易在隧道及走廊内扬尘，增加煤尘爆炸的危险；③输送机带速高，物料对托辊的冲击力增大，托辊及滚筒转速高，输送带磨损加剧。

（3）实际运量校核。选取带宽B=1400mm，带速V=4m/s时实际运量 QS=2240t/h；采用带宽 B=1600mm，V= 3.15m/s时实际运量QS=2415t/h。两种方案均能满足运量要求。

（4）1#皮带机参数选取。根据不同带宽和带速在满载工况时对牵引力、电机功率和胶带强度进行比较见表1所示。根据不同带宽、带速在满载工况时胶带张力的关键点对比见表2所示。根据不同带宽、带速下主要设备及工程量投资对比见表3。

表1　不同带宽、带速下牵引力、功率对比Tab.1 Traction and power under different bandwidth，belt speed

表2　不同带宽、带速下胶带关键点张力对比（单位：KN）Tab.2 Tape key tension under different bandwidth，belt speed（Unit：KN）

表3　不同带宽、带速下主要投资对比（单位：万元）Tab.3 Main equipment investment under different bandwidth，belt speed（Unit：ten thousand Yuan）

通过以上对比可以看出，提高带速可以降低线载荷，从而使输送带张力明显降低，提高胶带的安全系数，同时也降低了设备的选型规格，减少投资。而降低带速虽然可以略微降低功耗，但优势并不明显，在电机功率上体现不出来，而且带宽加大，相应的滚筒、托辊、结构件等尺寸均增大。由于带速降低，皮带机线载荷增加，胶带张力增大，滚筒、托辊、钢结构件的受力均增大，使皮带机故障率增加。

土建方面，增加带宽需要扩大走廊断面，增加走廊工程量、基础量和地基处理费用。因此，输送机带速取值不仅要在理论上合理可靠，而且与国内制造、安装、维护水平及通风安全要求相适应。通过核算比较最终确定长距离带式输送机带宽为B=1400mm，带速为V= 4.0m/s。

（5）2#皮带机参数选取。由于2#皮带机转载1#皮带机运来的煤炭，因此2#皮带机必须大于1#皮带机的运量要求，以免发生堆料、撒料现象。

由于2#皮带机较短（L=275m），带速过高使胶带绕曲频率增大，容易使胶带发生疲劳破坏，缩短胶带使用寿命，而且过高的带速会加剧皮带机的跑偏，对安装质量要求高。因此2#皮带机选取带宽B=1600mm，带速V=3.15m/s较为合理。

4　驱动配比和阻力系数的选取

对于长距离带式输送机来说，运行模拟系数及配比方式是方案合理的前提性保障［2］。针对寒冷地区设计特点，对阻力系数值分别为0.025、0.03、0.035及功率配比为1：1、2：1及2：2做不同的方案配置以确定最优方案，见表4。根据表4计算结果，对功率配比和阻力系数选择如下：

表4　不同模拟阻力系数及驱动配置条件下结论对比Tab.4 Conclusions in different simulation resistance coefficient and drive configuration conditions

（1）通过三种功率配比的比较，2：1的功率配比牵引力和轴功率都有所降低，而且胶带张力下降，安全系数提高，选取2：1的功率配比可以提高设备运行可靠性，延长胶带使用寿命。

（2）通过三种阻力系数的比较，降低输送机的运行阻力可以有效的降低牵引力和胶带张力，从而降低电机功率和带强，但阻力系数必须适应环境要求，为提高运行安全性，模拟阻力系数取0.03。

综上分析，利用低阻尼高密封托辊，选取0.03的阻力系数，并采用2：1的功率配比，可以有效地降低带强、降低功耗，从而减少了设备投资，提高输送机运行的可靠性，延长胶带的使用寿命。

5　优化后的运输方案

根据上述分析与计算，优化后的1#胶带输送机带宽B=1400mm，带速V=4.0m/s，电机功率（3×1250）kW；2#胶带输送机带宽B=1600mm，带速V=3.15m/s，电机功率500KkW。

电控系统全部采用高压变频控制，既实现了电机的软启动，又满足了调速与可控传动，避免了机械设备的冲击与磨损，对于皮带机验带和节能都有很好的效果，

所以选用了3台2000kW高压变频器和1台800kW高压变频器。

原设计的全封闭皮带走廊改为半封闭式，既满足了当地气候条件的要求，又达到了防风、防雨、防雪、防尘、避免阳光直射老化的目的，降低了工程造价。

6　结论

通过对伊利四矿长距离带式输送机设计方案优化和参数选取，得出如下结论：

（1）经济效益：在现有条件的基础上，采用两部皮带机代替一部皮带机减少了钢结构支撑，降低了皮带强度，减少了工程投资，虽然增加一部机头的投资，综合比较优化后可减少投资500万元；全封闭式皮带走廊改为半封闭式，节约资金1495万元。

（2）社会效益：经过对运煤胶带输送机方案优化，为煤化工原料煤的运输提供了保障，也为伊犁矿区长距离运输皮带机设计提供了技术借鉴。

［1］北京起重运输机械研究所.DTⅡ（A）型带式输送机设计手册［M］.冶金工业出版社，2003.

［2］孙可文.带式输送机的传动理论与设计计算［M］.煤炭工业出版社，1991.

Scheme Optimization and Parameter Selection of Long Distance Belt Conveyor in Yili No.4 Mine

ZHANG Jun，DONG Guang-Ming
（Xinwen Mining Group，Xinjiang Yili Energy Company，Yili Xinjiang 835000，China）

Long distance belt conveyor and coal receiving facility were hard to connect in Yili No.4 Mine，according to this case，this article did comprehensive analysis and calculation，divided one belt into two to transship，and comprehensively compared bandwidth，belt speed，power and，traction，tape tension and investment.The above work further optimized the design scheme，not only ensured the technical feasibility，reduced the investment，but also improved the reliability of equipment，achieved good economic and social benefits.

long distance belt conveyor；scheme optimization；parameter selection；optimization design

TH-39

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.017

1002-6673（2015）05-045-03

2015-05-28

张军（1967-）男，高级工程师。毕业于山东科技大学，现任新汶矿业集团伊犁能源公司副总经理，从事机电技术与管理工作。