长距离水平转弯带式输送机在肥田煤矿的应用设计

于 泓

(贵州省煤矿设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000)

1 概 述

近年来带式输送机相关理论的研究取得了很大进展，带式输送机主要部件的技术性能也明显提高，为带式输送机向长距离、大型化方向发展奠定了基础。目前，国内长距离大运量带式输送机已经在许多工程项目上得以运用，带式输送机已不只是厂内及车间与车间之间的输送设备，而成为可以与汽车运输相竞争的输送设备。无论国外还是国内的建材及矿山行业，在这两种运输方案的对比选择后，最终还是较多地选择以长距离、大运量的带式输送机代替汽车运输的方案[1]。

长距离水平转弯带式输送机和管状带式输送机是近年来应用较为广泛的长距离输送设备，二者各具特色。

1.1 长距离水平转弯带式输送机

长距离水平转弯带式输送机应用于输送机线路的起点和终点不能直线连接时的情况。采用弯曲的运行线路以绕开障碍物或不利地段，实现少设或不设中间转载站，从而达到减少设备的数量，使系统的供电和控制系统更为集中[2]。中间转载站的取消，解决了转载站带来的一系列问题，如：取消了缓冲站、清扫器、导料槽等磨损件；无物料溢出或堵塞的危险；取消了中间环节，大大减少系统的设备数量，系统简单、维护量小；减少了粉尘飞扬和燥声，有利于保护环境；另外由于长距离水平转弯带式输送机取消了中间转载的卸料高度，减少了系统运行的耗能，在一定程度上减少投资。

在国外，平面转弯带式输送机已在露天矿、地下煤矿的弯曲巷道、水电站建设工程、矿山输送、港口以及其它生产系统中推广使用。

目前，国内已在应用的单机输送长度，国外最长达20.3km ，国内最长达16.6km；国外最大带速已达12m/s。国内的最大带速达5.6m/s ，最大输送量8900t/h。

1.2 管状带式输送机

管状带式输送机(简称管状带式输送机)是在普通带式输送机基础上发展的一种新型连续输送设备，管状带式输送机的头尾部结构与普通带式输送机的结构并无太大的区别。管状带式输送机中部输送带被六边形布置的辊子强行裹成圆管，输送物料被完全封闭在圆管内随输送稳定运行[3]。

管状带式输送机由于特殊的托辊布置形式，其沿程的转动件的惯量远远高于其他形式的带式输送机，导致管状带式输送机起制动困难，由于需要驱动数量多于普通带式输送机2倍辊子旋转，驱动装置需要为此单独提供足够的驱动力，所以管状带式输送机的无功功率非常高，其无功功率约占系统装机功率的50%以上甚至更高，由此导致管状带式输送机的运行电耗远高于普通结构的带式输送机，其带来的后果就是系统的运行功率居高不下，采用这种设备的系统运行成本较高[4]。

由于管状带式输送机对输送带要求很高，不但要求有纵向强度，还要求输送带横向刚度，而这种特性的长期保持在技术上难以保证，这样会大大增加管状带式输送机的运行风险，特别是当输送带的横向刚性难以维持时，输送带的重心将变得难以捉摸，这将为输送带的扭转带来诱因，一旦发生扭转，如此长度的管状带式输送机若要恢复原状，对于矿井生产和装车系统的生产都将要付出停产待料的代价[5-7]。

由于管状带式输送机特殊结构，输送带的纵向撕裂也是难以解决的问题，管状带式输送机由于输送带包裹成圆管，监测探头无法对输送机全断面进行监测，距离较短的管状带式输送机更换整个输送机相对容易，而该工程14km长的输送带若需全程更换，仅硫化接头一项就需最少30d才能带式完成。

1.3 运输方式选择

1.3.1 采用汽车(租赁)运输

根据该工程所在地的当前的运输现状，煤炭外运方式单一，几乎全部依靠公路运输，尚未形成多元、灵活的煤炭综合运输体系。本工程若继续沿用汽车输送方式，自矿井选煤厂的储煤场至白马洞铁路集运站储煤场间没有既有的道路可以利用，借用最近的县级公路和省道也需要新建公路至少5.61km，汽车运输距离累积38.31km，满足肥田矿井生产能力运煤汽车的配置参数为：汽车运输时间153.24min；自卸汽车台班运输能力A为85t/台·班；自卸车周转一次时间为169.24min；汽车数量N为155台。参考贵州省毕节地区货运价格约1.8元/t·km，采用汽车运输建设时年运输费用见表1。

表1 汽车年运输费用

由表1可知，由于汽车运输距离过长及当地货运单价相对较高，致使年运输成本较高，导致矿井产煤在运至火车装车后每吨需增加近69元的成本，极大削弱了矿井产煤的市场竞争力。

1.3.2 采用一段式管状带式输送机运输

采用一段式管状带式输送机，线路布置可满足规划要求，但该工程输送线路过长，选择管状带式输送机作为主要输送设备，需倍加谨慎，1段式管状带式输送机配置技术参数见表2。据有关数据统计，管状带式输送机在布置机长超过5km后，其综合运营成本甚至超过汽车运输方案。

表2 1段式管状带式输送机配置技术参数

1.3.3 设备投资估算

针对1段式管状带式输送机和2段式长距离水平转弯带式输送机方案设备配置选型进行比较。

方案一：1段式管状带式输送机布置方案

方案二：2段式长距离水平转弯带式输送机运输方案。

1.4 运营分析

本运输系统的根据年运输240万t能力要求，对采用长距离水平转弯、管状带式输送机和汽车运输三种方案进行运营成本的分析与比较。

1.4.1 运营成本

1)按照系统的运营周期为20a计算，自2012年投入运营，运营期限为20a至2031年止。

2)为利于方案比选长距离水平转弯带式输送机和管状带式输送机方案均按照6400万元申请款，年利率6.14%，16年还清，每年还400万元；3年期短期贷款，到期后就未归还贷款借新贷还旧贷。项目建设周期1a，自2011年申请贷款；则第一年贷款利息资本化计入资产原值，以后每年计入当期损益。

3)带式输送机按20a计提折旧，5%预留残值。

4)汽车运输按照当地汽车货运单价1.8元/t·km计费。

5)带式输送机运行功耗电价参照当地普通工业用电0.58元/度计取。

6)操作人员人工成本4万元/a。(人员组成为两班制，每班4人)。

1.4.2 方案运营分析比较

方案运营比较见表3。

表3 方案运营比较 万元

注：方案一为2段式长距离水平转弯带式输送机运输方案；方案二为1段式管状带式输送机布置方案；方案三为汽车运输方案。

对上述数据的对比分析可以得出：

1)采用长距离水平转弯带式输送机运输方案(方案一)作为本项目原煤输送的方式，由于综合投资较少、节能效果明显，使得运营成本最低。

2)采用管状带式输送机运输方案(方案二)作为本项目原煤输送的方式，由于设备投资较高、耗能量大、造成运营期成本较高。

3)汽车运输方案(方案三)，虽然修建道路的固定投入相对较低，但其运行成本相对固定在高位，故其运营成本最高。

根据目前燃油价格的不断增高，汽车运输的运行成本还会不断地向上调整，而电费受国家宏观调控的影响，上调的幅度始终会低于燃油价格上调幅度，故上述比较是相对准确，具有实际意义的。汽车运输由于成本过高，不推荐采用；而管状带式输送机输送方案由于运营成本与汽车方案接近故也不推荐采用。所以本工程推荐采用长距离水平转弯带式输送机运输方案作为矿井原煤运输的主要手段。

2 长距离水平转弯输送机的设计

2.1 运输线路

采用长距离水平转弯带式输送机方式运输，利用设备可在水平和竖向弯曲的特点，采用迂回布置方式以避开线路中地形复杂区段实现自矿井至火车集运站的不间断连续输送。

2.1.1 线路规化

输煤系统线路方案如图1所示，由于区域内地形较为复杂，多为岩溶沟谷、峰丛洼地及中等切割的构造、剥蚀山地地貌，山高坡陡，沟谷纵横，地形高差变化较大，带式输送机线路选择时遵循“线路最短”、“地势相对平坦”、“避免大规模道路桥隧施工”、“避免林地和耕地占用”、“施工条件具备”等原则，经筛选后可供比对的线路共有2条，按照线路自短至长分别定义为线路1～2，以下就各线路规划的优缺点及与该工程实际情况的吻合度进行分析比较。

方案一的带式输送机线路竖向有两处需考虑隧道通过，隧道长度分别为1182m和1895m，整个线路水平无弯曲段，竖向起伏较小，故长距离带式输送机可满足布置条件。线路1剖面图如图2所示。

图2 方案一(线路1)剖面图

方案二：该方案为一水平曲线布置方案，水平长度为7024m，线路2剖面图如图3所示。

图3 方案二(线路2)剖面图

该方案较线路1水平长度均有所增加，需考虑2处穿越隧道，隧道长度分别为1347m、1230m，整个线路水平及竖向均有弯曲段，采用长距离曲线带式输送机能满足布置要求。

2.1.2 线路比较及选择

线路1和线路2比较见表4。

表4 线路1和线路2比较

通过分析比较，选择“线路2”作为运输的推荐方案。

2.1.3 方案比较及选择

方案一：1段式长距离曲线带式输送机布置。输送机沿着“线路2”走向布置，由于设备转弯曲率半径的布置要求限制，线路偏离规划线路中心线较多。故此方案不推荐采用。

方案二：2段式长距离曲线带式输送机布置。在规划线路近三分之一处设一全封闭无人值守转运站T1，从矿井选洗煤厂到T1转运站间采用长距离曲线带式输送机BC1，带式输送机总长度约2780m；从T1转运站到铁路集运站储煤场侧T2转运站间布置长距离曲线带式输送机BC2，输送机总长度约4273m。

采用2段式带式输送机布置方式，首先解决了方案一中所遇到的水平曲线弯曲半径对线路规划的影响，分段布置后，布置线路基本符合规划路径要求；其次，由于带式输送机采用了分段布置方式，输送带张力分布与带式输送机侧型布置相匹配，从BC1带式输送机的侧型布置可以总结出，整机布置成V字形，以线路规划中跨越的歹阳河为界，左侧区段带载时，整机有下运趋势；右侧区段带载时，整机负荷最大；满载停车时V字形底部有负张力的趋势；BC1带式输送机工况十分复杂，而BC2带式输送机由于地形相对平缓，整机运行工况相对简单，所以整个线路经此分段后，系统运行工况也得到了较为清晰的分离，为后期安全稳定运行提供了条件；再次，系统分段布置后，较1段式布置相当于增加了中部助推装置，带式输送机最大张力显著下降，系统负载随之降低，为输送带本体及机械设备选型小型化通用化奠定了基础，设备土建荷载也随之减小，虽然系统中增加了T1转运站，但由于可实现全封闭、无人值守和远程监控，故对生产管理和安全运行不会造成负面影响。采用2段式长距离水平转弯带式输送机布置，如图4所示。

图4 长距离水平转弯带式输送机缠绕形式

2.2 长距离水平转弯带式输送机选型

1#长距离水平转弯带式输送机[6，7]。

2.2.1 原始技术参数

输送能力：700t/h，运输距离：2780m，提升高度：156m。

2.2.2 主要参数确定

1)传动滚筒圆周驱动力计算：

Fu=CNflg[qt+(2qB+qG)cosβ]+qGHg=131010N

式中，CN为附加阻力影响系数；f为模拟摩擦系数；g为重力加速度；qRO为承载托滚旋转部分质量；qRU为空载托滚旋转部分质量；qB为输送带的质量；qG为输送物料的质量。

2)轴功率：

P=10-3FV=524.04kW

3)电机功率的确定：根据本驱动系统的特性，取驱动系统正功率运行时的传动效率η1=0.85～0.95。额定功率Pd为：

故选用一台防爆电机YB450-50-4，额定功率630kW。采用电机+高压变频软起动+减速器的驱动形式。

2.2.3 选型结果

1#长距离水平转弯带式输送机：机长L=2780m，输送能力Q=700t/h，带宽B=1000mm，速度v=4m/s，带强ST=2000N/mm，电动机YB450-50-4功率P=630kW，尾部单驱动，减速机H2SH16+2FAN，i=20，风油冷却装置，10kV高压变频软启动，盘式制动器KPZ-1600/182/364自动液压拉紧装置ZLY-01-14/100。

2#长距离水平转弯带式输送机主要参数计算同上(略)。

3 结 论

1)首次将长距离水平转弯带式输送机应用于肥田矿井及选煤厂产品煤运至白马洞铁路货运站运输。

2)实现散货大批量、高效率、安全可靠、环保的运输，满足用户对大宗散货的运输要求；也为长距离水平转弯带式输送机在矿山的使用提供依据。