雄安新区建筑骨料绿色输送系统关键技术研究

季土荣

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

1 运输方案比选

1.1 汽车运输方案

汽车运输现有道路主要有107国道、S333省道、东风路等道路，长约75 km，根据自卸汽车运输的使用、运输特点及新区骨料年需求量，共需额定载重30 t的骨料运输汽车约1 280台，汽车间距为120 m。

S333省道经过徐水区城内，汽车运输方案所需要车辆多，汽车间距短，社会车辆难以通行，造成城市交通堵塞，管控难度高，安全风险大。汽车运输方案，所需要车辆多，汽车间距短，社会车辆难以通行，造成交通堵塞，管控难度高，安全风险大。同时原有道路及桥梁需要重新改扩建，道路两侧移民征地难度极大。大量的汽车运输将会产生各种撒料、漏料等情况，对沿途环境造成污染；运输车辆超载、超速和泼洒对公路破坏严重且扬尘较大，严重影响公路沿线居民生产生活。运输车辆排放出的尾气会对空气造成污染；在居民区附近行驶时汽车鸣笛会造成噪声污染。车辆密集，管控难度大，交通安全难以保障，同时汽车骨料转运过程存在再次破碎，雨天时，骨料含水率波动较大，骨料质量难以得到保证。

1.2 带式输送机方案

采用绿色封闭式带式输送机运输建筑骨料方案，可将生产示范基地建筑骨料和周边现有矿山建筑骨料直接输送到建筑产业园和搅拌站，该方案节能环保、无噪声污染，避免因挤压引起的再次破碎以及雨天运输造成的含水率波动，可全过程实行物联网智能化监控。根据新区建设需求，可随时调配，安全管控程度高，减缓交通压力。带式输送机综合运距约为52 km，其建设工期比骨料运输专线短。

绿色全封闭式带式输送机运输建筑骨料，将生产示范基地建筑骨料直接输送到建筑产业园和搅拌站，该方案节能环保、无噪声污染，避免因挤压引起的再次破碎以及雨天运输造成的含水率波动，可全过程实行物联网智能化监控。根据新区建设需求，可随时调配，安全管控程度高，减缓交通压力，其建设工期比骨料运输专线短。

1.3 方案比选

基于雄安新区特殊历史地位及标杆示范作用，对其环境保护及绿色施工有更高层次的要求，在建设雄安新区时，坚持“先谋后动、规划引领、统筹兼顾、生态优先、高效有序、优质安全”，积极探索新区建设管理新模式、新方法、新手段，以高效率、高标准、高质量保障雄安新区的开发建设。长距离带式输送机适合距离远、运量巨大、强度高的骨料运输，同时带式输送机具有占地少、节能环保等优点。建设长距离、全封闭带式带式输送机，替代传统的汽车运输，有效避免传统运输造成的噪音、粉尘等环境污染和交通压力。

综上所述，推荐使用带式输送机进行新区建设骨料的运输方式。

2 绿色输送系统线路总体布置

通过现场调研和相应方案比选，确定推荐本工程长距离带式输送机线路方案总体布置如下：起点开始向东基本平行于京昆高速（G5）与荣乌高速（G18），在L1-1转载站后继续一路向东下穿京昆高速（G5）后经过广门村北侧、丁庄村及高林营村北侧、下穿京广铁路和107国道后经过北里村北侧后下穿京港澳高速（G4）、京广高铁，通过沙河村南侧至供应中心；从供应中心开始的配送线，向东通过北城村南侧，在北城村东侧2.2 km 处设L2转载站，然后依次通过大南头村、大八于村、南剧村、晾马台村南侧、跨越西引河、白沟河及河滩，最后至雄县仓储中心。输送线全线共由7条带式输送机组成，全长61.2 km。

3 长距离带式输送机工艺与布置

3.1 工艺布置主要原则

（1）保证成品料输送线路的可行性、可靠性，力求运行简单，经济合理。

（2）充分考虑与其他相关系统之间关系和合理衔接，优化系统设备流程和工艺布置。

（3）在充分利用曲线带式输送机技术特性的基础上，尽量加大单条带式输送机的长度，减少中间转载环节。

（4）重视环境保护和水土保持，因地制宜，既要投资少，还要减少对地表的破坏、减少土建工程。

（5）输送线路的选取避免通过集聚的居民区，以减少拆迁量；尽量沿既有道路边界布置，避免占用耕地；尽量避开不良地质条件的地段。

（6）带式输送系统经过各种道路、田地的时采取高架上跨的方式，沿地面下穿出设安全防护网。

（7）输送系统的设计需要充分考虑项目施工和运行管理。

3.2 带式输送机工艺布置

根据线路总体布置，综合考虑输送线平面布置特性，通过对线路纵断面的布置研究，确定本工程带式输送机工艺布置方案。

本项目通过对带式输送机平面、纵向线路布置各种工况下的静态计算和动态的分析和计算，并借鉴国内外应用经验，综合分析、比较，本输送线单条长距离带式输送机的水平转弯最多6个，平面转弯半径不小于1 800 m，纵面凸凹弧段半径不小于1 200 m。并最终确定输送系统由1条直线输送机和6条空间曲线带式输送机组成。

3.3 带式输送机工艺设计

根据成品料运输系统线路总体布置及带式输送机工艺布置，本系统采由7条带式输送机组成，全部为长距离带式输送机，输送机总长61.2 km，并以此为依据进行带式输送机的工艺设计。

（1）带宽和带速的确定。根据计算，要满足本工程主送线输送能力5 000 t/h，须选用带宽 B=1 600 mm；满足配送线的输送能力为2 500 t/h时，配送胶带机带宽 B=1 200 mm。二者带速均选用 V=5.0 m/s。

（2）输送带张力计算。在确定输送线路阻力摩擦系数后计算带式输送机的运行阻力，用逐点法计算输送带关键点张力。输送带张力应满足两个条件，即摩擦条件和垂度条件，就能保证输送机的驱动条件，可以先按垂度条件进行计算，然后验算摩擦条件，也可以先按摩擦条件计算再验算垂度条件。

①线路阻力摩擦系数ω影响。阻力系数的选取对输整体设备的整体方案起着至关重要的作用，对于长距离带式输送机来说，合理的运行模拟系数及配比方式将是方案合理的前提性保障。针对国内环境和托辊、托辊架加工质量和安装精度，应用到长距离输送机，特别是托辊的旋转阻力对线路阻力摩擦系数ω影响较大，普通托辊旋转阻力为2.5～3.0 N，低阻尼托辊的旋转阻力可降低30%～40%。如果阻力系数较大，势必会造成功率和带强偏大。根据对长距离输送机的设计、制造以及现场数据分析，采用普通托辊实际运行阻力系数一般为0.02～0.03。

低阻力输送机是指采用低阻力托辊、滚筒、输送带等设备，选用低阻力系数，可以相应降低设备选型，但对托辊、滚筒、输送带等设备有特殊要求，初期投资稍大，但运行费用降低一些。

在带速、带宽一定的情况下，通过分析不同的线路阻力系数对配置的影响可得出最优的配置方案，节省初步投资及运营费用。经比较后，考虑本地区不是高寒地区，为降低输送机的投资，推荐选取阻力系数0.019。

②带式输送机运行工况。长距离起伏带式输送机往往会出现电动状态、发电状态、最大电动状态、最大发电状态、满载状态等多种工况。在不同状态时，输送带的张力不同。如果计算设计考虑不全，严重会造成飘带、跑偏，输送机不能正常运行，可能还会造成撕带。

③采用多点驱动是最有效地降低输送带张力的方法之一。a.驱动的位置。采用头尾驱动，头尾驱动可使驱动功率分散开来，可以降低输送带运行时的最大张力，降低输送带的强度要求，增加输送机的运距，降低输送机制造成本。经严格计算分析，采用头尾驱动可以改善输送带张力，增加制动可靠性，是最适合本项目输送机的。

b.多点驱动的启制动控制。由于本输送系统带式输送机运距长，下穿变坡点多，线路较为复杂，致使工况复杂，运行控制时如何确定多点驱动启动的时间间隔成为技术难题。固定的顺序延时启动已经不能满足要求。经过多条长带式输送机的现场运行的经验分析，在多机顺序启动控制上打破了原有的张力波传播速度理论，采用输送带弹性变形及张力在线检测控制理论。为了保证带式输送机能够无冲击顺序启动，就必须满足在第1驱动的力传递到第2驱动点并达到预设值时（此张力值通过动、静态分析计算获得），第2驱动方可启动，只有这样，才能准确无误地确定顺序启动延时的长短，完全解决了带式输送机在各种不同工况下的启动问题，使带式输送机启动更加平稳，彻底解决了启动打滑现象的发生及输送带张力难以控制的问题。

④张紧装置的合理设置。张紧装置必须按所需的最大拉紧力进行各工况下的设计计算，重新确定各工况下各关键点的张力，然后再确定出最大张力是在何种工况的哪一点，产生最大功率的工况是哪种，从而最终确定该输送机的各项配置。

⑤ 张力计算成果。经计算，输送线各条带式输送机的张力计算成果见表1。

表1 长距离带式输送机张力计算成果表

（3）转弯段设计。①转弯半径。根据计算和分析，初步拟定本工程的长距离带式输送机最小转弯半径为1 800 m，在以后的施工设计中进一步的优化，使输送机的运行更加安全、可靠、平稳。

②转弯段的结构设计。曲线带式输送机是通过将转弯段的输送带内曲线抬高和将托辊倾斜安装，使输送机的转弯段在运行时通过托辊产生向外的推力，克服输送带转弯时由于张力产生的内移力，保证输送带转弯时的正常运行。为了保证转弯能够顺利实现，采取了以下措施。

a.在线路允许的情况下，进一步调整输送机线路，增大弯曲半径，并尽可能避开凹弧段转弯，提高输送机转弯的稳定性、可靠性；b.采用深槽托辊组：根据输送带张力大小和转弯半径的大小，转弯段托辊组采用45°槽型托辊或60°深槽托辊。c.构成内曲线抬高角τ：输送带在转弯曲线的内侧所形成的曲线叫内曲线。内曲线的抬高可减小转弯半径，τ越大对转弯越有利，但过大会使物料向外滚动，因此τ 角不宜过大，一般不大于5°。d.在两回程托辊之间的输送带上面加压辊，减小回空段所确定的转弯半径。e.使转弯处的托辊具有安装支撑角ψ：它是在转弯处使托辊的内侧端向输送带运行方向移动而形成。ψ越小对输送带运行是有利的，但ψ=0时，托辊将不产生对输送带向外的推力，此时输送带将逐渐向内跑偏，一般按经验取ψ=0.5°。

（4）倾角的确定。目前国内长距离输送机可以实现的最大上运角度为25°，最大下运角度为-23°，本运输系统的长距离线路经过优化布置后，实际发生的最大上运倾角和最大下运倾角如表2所示。同时为保证输送带平稳运行，需采取以下三个措施：①采用深槽托辊组，与普通托辊组相比，它可以增加对物料的挤压，增大物料间的内摩擦力，防止物料撒落及滚滑；②采用有效的挡料装置，防止物料滚滑；③采用可靠软启动、制动技术，实现平稳缓慢启动、制动，软启动采用变频启动，制动采用可控盘式制动器。

表2 长距离带式输送机倾角一览表

综上计算成果分析，拟定本工程运输系统各条带式输送机主要技术参数如图3所示。

表3 长距离带式输送机主要技术参数表

4 噪声及粉尘控制

4.1 噪音及粉尘简要分析

成品料运输系统由7条长距离带式输送机组成，在生产运行过程中，主要噪声源为机械设备运转噪音、转载时骨料碰撞溜槽噪音及电机噪音等；主要粉尘源为转载落料处产生的粉尘，粉尘飘落在构筑物内。噪音及粉尘防护控制措施不当，可能会使人产生听力下降、损坏耳膜、呼吸系统等危害影响，构筑物内粉尘达到一定浓度时甚至会发生爆炸等严重影响。

4.2 噪音及粉尘控制措施

（1）噪音控制。为降低成品料运输系统运行时的噪音，首先可以在输送机头部护罩采用流线型弧形头部护罩，卸料漏斗采用诱导风阻尼漏斗，避免物料冲击，可以有效解决物料对设备的冲击磨损，降低噪声污染。

其次，结合工程实际情况，采用以下措施，保证长距离带式输送机噪音达到国家要求以下，减少噪音污染：

①采用全封闭式桁架结构，局部（如民居集中线路段）增加隔音板。②加强运行管理，保证给料均匀，避免造成振动，带动托辊架、桁架振动，产生噪音。③在特殊地段托辊采用高分子托辊，可降低3～5 dB，减少噪音。

再次设置工业电视和集中控制系统，实现远程监控和自动化控制，尽量避免作业人员靠近噪声源。

（2）粉尘控制。成品料运输系统全部采用全封闭式桁架结构，减少物料运输过程产生粉尘。转载落料处采用封闭溜槽转载，并在转载处安装机械除尘器治理粉尘。

5 结语

雄安新区作为新常态新发展模式的改革创新试验田，按照“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”的总体要求，在绿色环保理念的引领下，采用全封闭架空长距离带式输送机输送建筑骨料，不仅确保建筑骨料质量，而且在运输过程较汽车运输安全、节能、环保，对于雄安新区建设有重要的现实意义，同时所获得研究成果可为来城市建设提供参考。