长距离带式输送机输送系统工程设计

陈洪亮

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

长距离带式输送机输送系统工程设计

陈洪亮

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

结合元南支线长距离带式输送机输送系统的工程设计及设计中遇到的问题，从线路选择、工艺流程、长距离带式输送机设计、长距离带式输送机急停防溢煤措施、输送系统与既有建构筑物的衔接、穿越采空区设计方案、同时穿越高压线和公路的方案等方面详细介绍了长距离带式输送机输送系统的工程设计理念。

长距离带式输送机；输送系统；工程设计

0 引言

近年来，长距离带式输送机输送系统以其自动化程度高、运输成本低、环境污染小等优点在煤炭输送领域获得了广泛应用。与以往的带式输送机输送系统相比，长距离带式输送系统线路长度上的增加带来的不仅仅是带式输送机长度的变化，而是带来了输送系统线路选择、带式输送机参数选择、克服复杂地质地形条件、躲避穿越各类地面设施、与煤矿建筑物的衔接等诸多问题，这些问题相互独立又彼此制约，共同影响着长距离带式输送机系统的设计。结合元南支线长距离带式输送机输送系统（以下简称元南支线）的工程设计及设计中遇到的问题，介绍长距离带式输送机输送系统的工程设计理念。

1 线路选择

元南支线起点分别为元宝湾煤矿和南阳坡煤矿，终点为五家沟储煤场。元宝湾煤矿、南阳坡煤矿、五家沟储煤场呈三角状分布，元宝湾煤矿与南阳坡煤矿相距约2.9 km，元宝湾煤矿和南阳坡煤矿距五家沟煤矿分别为5.0 km和5.2 km。结合元宝湾煤矿与南阳坡煤矿之间相距较近且距五家沟储煤场相对较远的地理位置分布特点，设计提出2个线路方案，方案示意图如图1。

方案1建设元宝湾煤矿至五家沟储煤场带式输送机输送系统（“”线所示）和南阳坡煤矿至五家沟储煤场带式输送机输送系统（“——”所示）两条带式输送机输送系统，元宝湾煤矿和南阳坡煤矿的煤炭分别经各自的输送系统输送至五家沟储煤场；方案2为建设1条起于元宝湾煤矿途经南阳坡煤矿终到五家沟储煤场的带式输送机输送机系统（“——”和“——”所示），元宝湾煤矿的煤炭先输送至南阳坡煤矿再与南阳坡煤矿的煤炭一起分时段输送至五家沟储煤场。方案1与方案2南阳坡煤矿至五家沟储煤场部分的带式输送机输送系统线路基本相同，区别仅为元宝湾煤矿的煤炭是经过南阳坡煤矿再输送至五家沟储煤场还是直接输送至五家沟储煤场。2种方案的优缺点对比见表1。

图1 方案示意图

表1 输送系统线路方案对比表

与方案1相比，方案2线路长度较短，带式输送机数量少，沿线采空区少，压煤量小，沿线村庄、工厂等地物相对稀疏，征地难度小，设计施工难度小，运行维护成本低，工程总投资低。综合考虑，元南支线采用方案2进行设计。

2 工艺流程及设备配置

元南支线主要工艺流程为：元宝湾煤矿圆筒仓内煤炭通过仓下1101带式输送机的转载，由1102带式输送机长距离输送至南阳坡煤矿东北侧，进入主运输系统1301带式输送机；南阳坡煤矿圆筒仓内煤炭通过仓下1201带式输送机转载进入主运输系统1301带式输送机；主运输系统由1301、1302、1303和703（利用既有）4部带式输送机串联搭接组成，其中1302带式输送机为长距离越野带式输送机；元宝湾煤矿和南阳坡煤矿的煤质不同，主运输系统带式输送机分时段将元宝湾煤矿或南阳坡煤矿来煤运往五家沟储煤场，通过卸煤栈桥703带式输送机的卸料小车卸载至五家沟储煤场，两矿煤炭在五家沟储煤场分区储存。元南支线工艺流程如图2。

图2 输煤系统工艺流程图

元南支线年输送能力6 Mt/a，带式输送机主要参数确定为运量1 200 t/h[1]，带宽1 200 mm，带速3.55 m/s[2]。元南支线有1102和1302两部长距离越野带式输送机，机长分别为2.9 km和4.7 km，其余均为机长不大于1 km的普通带式输送机。除陡坡险沟处及转载站附近设置栈桥以外，长距离越野带式输送机中间段采用机道形式，中间架依地势敷设，既经济实用又可缩短施工周期。

1102和1302带式输送机线路依地势而行，蜿蜒起伏，多次翻越陡坡险沟，线路均呈先上运后下运、总体趋势下运的特点。经计算[2-3]，1102带式输送机满载稳定运行轴功率为305 kW，最大轴功率为488 kW，卸载过程中存在短时发电工况，最大发电轴功率为155 kW，持续时间约450 s；1302带式输送机满载稳定运行轴功率为653 kW，最大轴功率为739 kW，卸载过程中存在短时发电工况，最大发电轴功率为22 kW，持续时间约150 s。

考虑到启动、停机、制动过程的可控性以及卸载过程中短时发电工况电能的消耗问题，1102和1302带式输送机采用多机变频驱动方案[4]，变频器配有电阻单元用以消耗短时发电工况下所产生的电能，同时变频电动机可以实现对带式输送机启动、正常运行和停机过程的有效控制，合理降低启停过程对带式输送机的冲击[5]。多机驱动计算分析结果见表2。

从表2中可以看出，1102带式输送机采用头一尾一、1302带式输送机采用头二尾一的驱动布置方案有效地降低了输送带的最大张力，提高了输送带的安全系数。尾部驱动单元不仅能起到拖动下带面运行的作用，在卸载和电气制动工况下尾部驱动单元的制动更为直接有效，并且能够有效避免产生叠带事故。因此1102和1302带式输送机分别采用头一尾一和头二尾一的驱动布置方式，其输送带安全系数分别为6.86和5.96符合相关规范要求[6]。此外，1102和1302带式输送机尾部采用液压盘式柔性制动器作为停机辅助制动，制动器配有蓄能器和UPS电源，以防止系统断电时制动器紧急制动造成事故。

1102和1302两部长距离带式输送机托辊、输送带、物料等运动部分的总质量大，在惯性的作用下其停机时间较长。以1302带式输送机为例，1302带式输送机停机时间约为250 s，而其下游1303带式输送机的停机时间仅为10 s。输送系统急停时，1303带式输送机仅仅经过10 s的时间就完全停止运行，然而1302带式输送机在1303带式输送机停止运行后还将缓慢减速运行240 s，如不采取措施，在240 s时间差内1302带式输送机运来40 t的煤炭将很快堵满溜槽，甚至堵满转载站，造成严重的转载点堆料事故。1102和1302带式输送机的机头溜槽采用防堵塞自动溢流溜槽[7]疏导急停时涌入机头溜槽的煤炭。防堵塞自动溢流溜槽是在溜槽中段侧板设一个溢流门，系统正常运行时，溢流门在自重作用下紧闭；急停时，煤炭在溜槽中堆积至溢流门处后在重力作用下推开溢流门，经溢流段溜槽疏导到转载站外的地面上。防堵塞自动溢流溜槽为机械式无源自动溢流装置，在系统失电急停时，仍然可以发挥作用。防堵塞自动溢流溜槽解决了带式输送机停机时间差内煤炭的去向问题，而且还能够有效防止其他原因导致的溜槽堵塞事故。与常规设计所采用的缓冲仓的方案相比，防堵塞自动溢流溜槽取代了缓冲仓和给料机，使工艺流程简单。

表2 1102和1302带式输送机最大张力及安全系数

3 输送系统与既有建构筑物的衔接

元宝湾煤矿圆筒仓、南阳坡煤矿圆筒仓以及五家沟储煤场均为既有建构筑物，建构筑物设计时并未考虑给元南支线预留接口，元南支线与之衔接需对其进行改造。

1）元宝湾煤矿圆筒仓改造。元宝湾煤矿的圆筒仓由2个直径18m的5 000 t圆筒仓组成，每个圆筒仓下对称布置4个仓口，仓下预留洞口开口方向与两筒仓中心连线方向一致。因此，1101带式输送机可布置在两仓中心连线上，每个仓口布置1台甲带给料机，使甲带给料机两两相对给至1101带式输送机，即可实现元南支线与元宝湾煤矿的圆筒仓衔接。

2）南阳坡煤矿圆筒仓改造。南阳坡煤矿的圆筒仓原设计为2个直径22 m的10 000 t汽车装车仓，每个圆筒仓下对称布置4个仓口，通过带式给料机两两对给进行装车。每个圆筒仓下设有2个装车位，进出车方向与两圆筒仓中心连线方向垂直。圆筒仓下部采用剪力墙结构，墙体轴线与两仓中心连线垂直。如果采用一条带式输送机贯穿两仓的中心，必然破坏剪力墙结构，危及圆筒仓的结构安全；如果采用4条仓下带式输送机受煤，又使得系统设备数量增多，系统变得复杂。综合考虑后，将1201带式输送机平行于两仓中心连线布置在圆筒仓一侧，将仓下原有的8台带式给料机更换成4台加长型带式给料机，从圆筒仓填充墙侧墙壁伸出仓外转载给1201带式输送机，实现元南支线与南阳坡煤矿圆筒仓的衔接。南阳坡煤矿圆筒仓改造方案如图3。

图3 南阳坡煤矿圆筒仓改造方案

3）五家沟储煤场改造。为节省建设投资，元南支线利用闲置的五家沟储煤场南侧部分储存输送系统来煤，在储煤场南侧703带式输送机卸煤栈桥和金龙带式输送机输煤专线交叉点处设置转载站，通过分岔溜槽实现向卸煤栈桥703带式输送机和金龙输煤专线带式输送机分别转载。转载给703带式输送机的煤炭通过卸料小车向五家沟储煤场南侧部分卸煤，转载给金龙输煤专线带式输送机的煤炭，不经储煤场储存环节便经由金龙输煤专线进行输送，减少了煤炭的落地储存环节，使输送系统更为高效节能。

4 沿线复杂地质、地形及地面设施的解决方案

元宝湾工业场地内道路纵横交错地下管网密布，元南支线1101带式输送机从圆筒仓仓下受料之后立即爬升进入栈桥段，以避免影响工业场地内的道路交通和地下管网。元宝湾煤矿工业场地的围墙外便是偏玉路，路另一侧（西侧）平行公路是并列着七排高压输电线路，1101带式输送机虽然可以以净空高度5～6 m的栈桥从路面上架空通过，但为了保证与高压线之间留有足够的安全距离[8]，1101带式输送机的栈桥距地面高度需达到20多m，如此高的栈桥段将大大增加了建设投资。因此，设计中果断放弃了1101带式输送机高架跨越偏玉路和高压线的常规设计方案，将1101带式输送机提前转载，在偏玉路东侧设置1101带式输送机的转载站，转载给1102带式输送机后，1102带式输送机采用暗道形式从地下钻过偏玉路后再返回地面。

元南支线途径元宝湾、芍药花、安平、南阳坡、昌平、马营、五家沟等煤矿，沿线有采空区分布。为避免采空区地表沉降给元南支线的建构筑物结构造成破坏，输送系统全线尽量沿井田边界布置，避开采空区，全部转载站和栈桥远离采空区建设，沿线在采空区处全部修建“机道+轨枕”形式的“浮动基础”，在轨枕上安装带式输送机。“机道+轨枕”形式的“浮动基础”对采空区具有极好的沉降适应性，采空区轻微沉降不会影响基础稳定性和带式输送机的运行，当沉降较大影响带式输送机的安全运行时，只需在沉降处进行填土处理将机道和轨枕恢复至设计标高即可，系统维护成本低。

5 结语

长距离带式输送机输送系统设计时首先根据输送系统的起、终点及沿线的地物、地形、地质等的分布情况提出多个可行的线路方案，解决各线路方案中存在的问题（输送系统与既有系统的接口问题、沿线复杂地质地形的处理方法、躲避穿越各类地面设施的方法）；然后，针对不同的线路方案设计工艺流程和选择带式输送机参数；最后，形成各个线路方案的长距离带式输送机输送系统总体设计方案和投资报告并进行比选，确定最终方案。

［1］中国煤炭建设协会.GB 50197—2005煤炭工业露天矿设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2005：42.

［2］北京起重运输机械研究所，武汉丰凡科技开发有限责任公司.DTII（A）型带式输送机设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，2003：17-34.

［3］The Engineering Conference of the Conveyor Equipment ManufacturersAssociation.BELTCONVEYORSfor BULK MATERIALS［M］.6th Ed..Florida：the Conveyor Equipment Manufacturers Association，2007.

［4］金丰民，王瑀，张荣建，等.带式输送机实用技术［M］.北京：冶金工业出版社，2012：200-201.

［5］张振文，宋伟刚.带式输送机工程设计与应用［M］.北京：冶金工业出版社，2015：103-104.

［6］中国煤炭建设协会.GB 50431—2008带式输送机工程设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2008：37.

［7］柴四平，谢小京，姜卫东.防堵塞自动溢流溜槽：中国，CN200820015265.9［P］.2009-06-10.

［8］中国电力企业联合会.GB 50061—2010 66 kV及以下架空电力线路设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010：32-36.

【责任编辑：张东旭】

Engineering design of conveying system of long distance belt conveyor

CHEN Hongliang
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the engineering design and the problems of Yuannan branch long distance belt conveyor conveying system, the article introduced the design concept of long distance belt conveyor conveying system from the aspects of route selection, process flow,long distance belt conveyor design,coal overflow from chute when the long distance belt conveyor emergency shuts down,the join of the handling system and the existing constructions,the design of handling system on goaf,the method of going across road and high-voltage power lines and so on.

long distance belt conveyor;conveying system;engineering design

TD528+.1

B

1671－9816（2017）01－0004－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.002

陈洪亮.长距离带式输送机输送系统工程设计［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：4-8.

2016-07-29

陈洪亮（1984—），男，辽宁辽阳人，工程师，工学硕士，毕业于东北大学机械电子工程专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，主要从事散料输送工艺与设备设计工作。