梅花井煤矿地面原煤运输胶带机提速改造的研究与应用

刘怀江　丁凯　岳许辉　赵俊达

摘要：为有效解决地面原煤运输胶带机实际生产过程中频繁出现瞬时集中过载造成胶带机停机的现象，减少运输系统对原煤生产的影响，现提出对地面原煤运输201、221胶带输送机进行提速改造。通过更换减速器传动轴、传动齿轮、轴承、密封件等配件，降低胶带机减速器的速比，提高带速，解决了地面201、221胶带输送机出现集中过载造成胶带机停机的现象，保证了地面原煤运输胶带机的运输效率和可靠性。

Abstract： In order to effectively solve the phenomenon of frequent and concentrated overload caused by the ground coal transportation belt conveyor during the actual production process， the belt conveyor is shut down and reduce the impact of the transportation system on the production of raw coal， it is now proposed to improve the speed of the ground coal transportation 201， 221 belt conveyor. By replacing the reducer drive shaft， drive gear， bearings， seals and other accessories， it can reduce the speed ratio of the belt conveyor reducer and increase the belt speed， which solves the phenomenon of concentrated overload on the ground 201 and 221 belt conveyors and causes the belt conveyor to stop. The transportation efficiency and reliability of the ground raw coal transportation belt conveyor are improved.

关键词：胶带机;减速器;生产效率;提速

Key words： belt conveyor;reducer;production efficiency;speed increase

中图分类号：TD528                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0170-02

0  引言

梅花井煤矿2018年计划年产量为960万吨。目前有两个采区同时开采，一分区布置1110208和1104205两个综采工作面，其中1110208综采工作面顺槽胶带输送机直接搭接在主斜井胶带输送机上，1104205综采工作面原煤→顺槽胶带机→四区段胶运石门胶带机→井下三号煤仓→仓下甲带给料机→主斜井胶带输送机;二分区布置232201一个综采工作面，工作面原煤→顺槽胶带机→23采区胶运石门胶带机→一煤组胶运下山胶带机→井下四号煤仓（井底煤仓）→仓下甲带给料机→主斜井胶带输送机。地面煤流线：主斜井胶带输送机→201胶带输送机→筛分破碎车间→221胶带输送机→原煤仓上222/223分仓刮板输送机→地面原煤仓。

地面201、221胶带输送机带速为4.5m/s，主斜井胶带输送机最高带速为6.7m/s，由于地面201/221胶带输送机带速低于主斜井胶带输送机带速，在主斜井胶带输送机输送高峰时，造成201、221胶带装载时瞬时集中过载导致重载停机。

1  问题及解决方案

为解决201、221胶带机停机现象，通过改变201、221胶带输送机减速器的减速比，以提高胶带输送机的运行速度。

经过对主煤流系统运量进行分析，二分区（井底煤仓）给到主井带式输送机的峰值运量为900t/h，工作面原煤经过煤仓缓存后再给到主井带式输送机的峰值运量为650t/h，工作面原煤未经煤仓缓存直接给入主斜井胶带输送机的峰值为2000t/h，主井带式输送机的峰值总运量为3550t/h（900+650+2000），主煤流系统瞬时峰值运量大于201、221胶带输送机的设计能力（3100t/h）。煤量瞬时增大时，201、221胶带输送机带速低于主斜井胶带输送机带速，造成201胶带装载率很高最终导致重载停机，每次处理重载停机需人工将201胶带输送机上的原煤清理到栈桥地面上，待胶带机输送机运转正常后再由人工上到膠带机上，清理原煤约15吨，影响矿井生产近两小时。为解决201、221胶带机停机现象，提出对201、221带式输送机提速进行改造。

2  需要解决的关键技术问题

地面201、221胶带输送机提速改造解决的关键技术在于改变减速器速比，通过与设备生产厂家技术联络，利用原减速器箱体，更换减速器传动轴、传动齿轮、轴承、密封件等将201输送机减速器原速比18.06降至14.22，221输送机减速器原速比17.499降至13.578，带速分别提到5.4m/s和5.7m/s。利用原减速器箱体不仅降低设备采购费用，节约矿井生产成本，更有效利用了更换下来的减速器。

3  提速后的胶带机安全运行能力验算

3.1 胶带机运输能力分析验算

改造前，地面201/221胶带输送机设计的运输能力均为3100t/h，主井带式输送机的峰值总运量为3550t/h（900+650+2000）。将201/221胶带输送机改造后的速度为5.4m/s和5.7m/s，根据公式可计算201胶带机的运输能力：

已知带速V=5.4m/s，带宽B=1600mm，按堆积角α=30°，A=0.208m2，查表可得K=0.905（倾角按14.5°计算），煤的散集密度r=900kg/m3，运输能力Q=3.6AVRK=3.6×0.208×5.4×900×0.905=3293.45t/h。

221胶带机的运输能力：带速V=5.7m/s，查表可得K=0.89（倾角按16°计算），同上可计算得Q=3418.8T/H。

通过计算可知，提速改造后，201/221胶带机的运输能力均提高。

3.2 胶带机机架受力分析验算

上托辊、输送带及物料的重量全部由中间架上的槽钢承担。中间架托辊承受输送带及物料重量的65%，两边托辊各承受17.5%。两边托辊的倾斜角度随物料重量的不同，在30°～40°之间取值。

每个中间架支腿受力Q1为：

式中 qG—物料单位质量;qB—输送带单位质量;qRU—输送带单位质量;qK—中間架单位质量;g—重力加速度;αo—托辊间距，取3m。

考虑到输送带跑偏后，对钢管产生的合弯矩利用余弦定理可得：T=584.5N，Q1=1966N，则T=2489.4N

槽钢的最大弯矩为：Mc=2489.4×0.75=1867.05N·m，选取槽钢外径D=60mm，内径d=53mm。槽钢的抗弯截面模量为：W=π（D4-d4）/32D=0.83×10-5m3

槽钢的弯曲正应力为：σ=Mc/W=225MPa

选取Q235钢，其抗拉强度σ=380～470MPa，确定槽钢的抗拉强度未420MPa。取安全系数n=1.2，则许用应力为：σ=σ/n=350MPa。

槽钢强度满足要求。

3.3 胶带机安全系数的分析验算

已知201胶带机的技术参数为：V=5.4m/s，带宽B=1600mm，Q=3293.45t/h，r=900kg/m，β=14.5°，L=79m。可计算FU=FH+FN+FS1+FS2+FSG=cfLg[（2qB+qG）cosβ+qR0+qRV]+FS1+FS2+qGHG

经查表f=0.025，MR0=50kg，MRV=42kg，LR0=1.5m，LRV=3m， 可计算qR0=MR0/LR0=33kg/m，qRV=MRV/LRV=14kg/m。

经查表qB=117kg/m，可得出qG=Q/3.6V=111kg/m。倾斜阻力FSG=qGHG=qGgLsinβ=24086.69N

主要阻力FS1=FSa+FSb，前倾角为0°，

FSa=Cαμ0L（qB+qG）gcosβsinα=0N，FSb=0N，故FS1=0N，FS2=FSC+FSd，FSC=APCμ3=700N，FSd=BKa=2400N，FS2=3100N。

FU=28167.99N

摩擦力备用系数n可取1.3～1.7。

a=a1+a2=300°，μ=0.4，

取1.3时，F1=Fmax=F[（n/eμa-1）+1]=33311.02N;

F2=F1/eμa=4102.34N

可得出M=7.9;

取1.7时，则F1=34893.49N，可得出M=7.4;

经查表得，胶带机的安全系数符合规定。

4  减速器改造后的经济效益

4.1 201/221胶带机减速器改造材料费用节约效益

通过表1可得知，购买201、221胶带输送机新减速器费用约为85万元，改造费用为35万元，可节约成本50万元，按实际一台在用，一台备用计算，总计可节约成本100万元。

4.2 201/221胶带输送机改造生产影响节约效益

每次处理重载停机需人工将201、221胶带输送机上的原煤清理到栈桥地面上，待胶带机输送机运转正常后再由人工上到胶带机上，清理原煤约15吨，影响矿井生产近两小时。经对2017年全年因201/221胶带机重载停机统计的生产影响共计96.42个小时。按照主运输胶带机设计能力为每小时能拉出3100吨煤计算的话，96.42个小时可拉出298902吨煤。大大提高了主运输线胶带机原煤运输效率。

5  改造后存在的问题及解决方法

201、221胶带输送机提速改造后，机头物料抛物点发生变动，且对机头卸载仓冲击变大，需要对机头卸载仓进行改造、加固，同时机尾落料点撒煤较多，需将机尾导料仓加长，并在下带加装了扫煤器，防止煤块从下带卷入机尾滚筒。

通过对以上影响部位的整改，确保胶带输送机提速后正常运转。

6  总结

通过对地面原煤201、221胶带输送机的提速改造，有效解决瞬时集中过载造成胶带机停机的现象，减少了运输系统对原煤生产的影响。在改造过程中，利用原减速器箱体，更换内部件，即达到改变减速器速比的效果，同时降低了设备采购费用，节约矿井生产成本。自2018年投入使用至今，提速改造后消除了201、221胶带输送机重载停机对矿井生产的影响，提高了设备运行效率。

参考文献：

[1]宋四祥.关于胶带机提速的研究与应用[J].煤，2015.

[2]张钺.新型带式输送机设计手册[M].冶金工业出版社，2001.

[3]刘天元.带式输送机提速改造校核分析[J].煤矿机械，2012.