煤矿带式输送机选型及关键参数设计

王跃锋

（阳煤一矿机电工区， 山西 阳泉 045000）

引言

煤矿带式输送机自18 世纪问世以来，就成为了煤炭运输体系中的重要组成部分。随着带式运输机技术的不断发展，现有的带式运输机具有动力大、运量足、运输距离长的优点。但是由于煤矿地质条件复杂和一些型号带式输送机的设计缺陷，有时还会发生电机损坏，运输效率变低，甚至工作人员被卷入引起伤亡的事故[1]。为了消除和减少这些危险事故的发生，本文从安全控制理论出发，分析了煤矿带式运输机的选型,然后对所选机型的关键参数进行研究，具体阐述如下。

1 煤矿带式输送机选型设计

1.1 带式输送机运量计算

普通带式输送机的结构图如图1 所示，其主要设备包括驱动滚筒、输送带、托辊、中间架和尾架[2]。带式运输机在工作时输送带成闭合环状，利用张紧装置将其拉紧，在电动机的驱动下，利用各个滚筒和输送带之间的摩擦力使皮带运动，从而达到运输物料和煤炭的目的。

图1 带式输送机结构图

在分析煤矿带式输送机的选型时，需要结合井下的地质情况和矿井的巷道布设位置。在进行输送机选型前，要以需要施工地点的一些数据作为设计的依据，这些数据包括矿井主斜井的倾角、井口及井底的标高、井筒斜长、矿井的排班制度和矿石的一般参数（包括煤的块度、水分、硬度和块煤率）。

表1 带式输送机设计参数

根据计算输送能力公式：

式中：Q为带式输送机运输能力，A为矿井年产量，3 Mt/a；af为不均衡系数，一般选取1.15；C为矿井生产富余系数，一般选取1.2；M为每年工作日；N为每日净提升小时。

根据我国规定的《煤炭工业矿井设计规范》，一般来说矿井每年工作330 d，每天工作时长为16 h，将其带入公式中，计算得Q=784.12 t/h。

结合矿井中其他输送机的工作效率，该生产能力的矿井设计运输能力可为900 t/h。

1.2 设计技术要求和机型选择

带式输送机以PLC 为电控核心，电控装置系统由控制箱、操作台和传感器组成[4]。在该系统中必须设计保护功能，包括跑偏保护、急停保护、堆煤保护、烟雾保护、高温保护和速度保护。此外，电控装置还应该设有后台设备连锁装置。传送带是由电机滚筒和运输带之间的摩擦力驱动，而滚筒和其他装置应该通过轴传动。为了满足上诉运输能力和技术条件，选取型号为DTL140/90/2×1400 的带式输送机为该矿的提升运输装置。

2 输送带参数设计

输送带是输送机的主要部件，它的设计要求包括输送带类型、宽度和输送线路的选择。井下环境复杂，在选择输送带材料时应注意防火性和可靠度，最好选用分层带。在抗拉强度相同时，还要考虑自重，所以尼龙层带和维尼龙帆布层带是选用度最高的材料。在计算输送带宽度时，根据公式：

式中：B1为满足设计要求的带宽；Q为设计输送能力；K为物料断面系数，根据经验，在文中选取236；v为输送带速度，该型号为4.0 m/s；γ 为物料散状密度，一般为0.9 t/m3。c为倾角系数，在文中选取25。

关于心肌生物标志物的应用，新的定义中强调cTn，尤其是hs-cTn的重要价值。cTn的动态变化有助于临床医师对急性心肌梗死进行确诊或排除，以及与慢性心肌损伤进行鉴别诊断(图2)。

代入数据计算得B1=1 221.5 mm。

在输送带线路的选择上，结合矿井的巷道设计和地质条件，选取双滚筒分别驱动的线路方式，这样输送带的张力较小，还具有结构简单、维护方便的优点，其具体布置线路图如图2 所示。

图2 输送带驱动装置布置图

3 滚筒参数设计

在设计滚筒宽度时，首先要计算输送带的许用张力，这样才可以设计合适的滚筒宽度来实现驱动。输送带许用张力计算公式为：

式中：Se为输送带许用张力；Qd为带芯拉断强度，一般选取4 500 N/mm；B为输送带宽度，选取1 400 mm；M为输送带安全系数，钢丝绳取11。

计算得Se=572.74 kN。

对于采用钢丝芯的输送机，其滚筒直径D根据经验公式D≥150d（d为钢丝芯直径，一般为8.1m），可以得出D≥1 215 mm。

为了防止覆盖胶脱落，根据公式：

式中：S为输送带张力，由上可知为572.74kN；a为钢丝绳间距，该矿中为15 mm；p为许用表压，一般取1 MPa。

计算得传动滚筒直径D=1 520 mm。为了满足在适度超重下输送带的运输力，在本装置中选择1 800 mm 的传动滚筒直径。

对于装置中改向滚轮的直径，根据经验公式：

计算得出，对于尾部的改向滚筒直径D1为1 440 mm，位于其他位置的改向滚筒直径D2为1 080 mm。

4 输送带张力设计

输送带张力能保证输送机在工作时不会发生打滑现象。输送带和传动滚筒之间的摩擦系数根据不同工作条件各有不同[5]，其具体数值如表2 所示。

表2 输送带和传动滚筒摩擦系数表

本系统选择双电机双筒传动输送机，假设FA1、FA2分别为第一和第二滚筒的圆周力。根据公式：

式中：Fu为滚筒圆周驱动力，该型号为440 000 N；KA为启动系数，一般取1.30。

根据公式：

式中：S2为第二传动滚筒处输送带绕出张力，N；μ 为摩擦系数，选取0.35；α2为第二传动滚筒包围角，为200°。

当第二传动滚筒的eμα2足够时，计算得S2=154 595 N。

所以带式输送机的下垂度为S2垂=FA-S2=417405N。

为了满足带式输送机在运行时不打滑的工作需求，S1垂=S2垂+Fu=857 405 N。

根据安全经验公式：

式中：B为传送带长度，选取1 400 mm；St为单位长度内传动带张力，该系统为4 500 N/m。

5 结论

以某矿为例，对带式输送机选型设计的结果为：输送带的宽度设计为1 221.5 mm，采用双滚筒分别驱动的布置方式；设计的驱动滚筒直径为1 800 mm，尾部的改向滚筒直径为1 440 mm，其他位置的改向滚筒直径为1 080 mm。在一般的工作环境下，该带式输送机输送带材料的安全系数为7.35，强度可以满足设计和实际工作要求。