楊四軍

（彬縣煤炭有限責(zé)任公司， 陜西 彬州 713500）

引言

皮帶機(jī)是煤礦井下主運(yùn)輸和地面選煤廠主運(yùn)輸設(shè)備，也是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)重要組成部分，由于礦井選煤廠擴(kuò)能需要，需將原煤、矸石、精煤運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的改造。

1 雅店選煤廠及生產(chǎn)系統(tǒng)概況

雅店選煤廠隸屬于彬縣煤炭有限責(zé)任公司雅店煤礦，是礦井配套動(dòng)力煤選煤廠。出井毛煤由主井井口房經(jīng)101 皮帶機(jī)運(yùn)至原煤倉儲(chǔ)存,然后經(jīng)倉下給煤機(jī)和201 皮帶機(jī)給入篩分破碎車間，原煤先進(jìn)入預(yù)先分級(jí)篩，篩孔Φ150 mm，篩上+150 mm 塊煤經(jīng)檢查性手選后，給入破碎機(jī)破碎到-150 mm 后與分級(jí)篩選并經(jīng)301 皮帶機(jī)運(yùn)至主廠房進(jìn)行分選。主廠房分選出的塊精煤、末精煤經(jīng)三條精煤皮帶701、702、703 運(yùn)至精煤倉儲(chǔ)存銷售，分選的矸石經(jīng)901 矸石皮帶機(jī)運(yùn)至矸石倉儲(chǔ)存外運(yùn)；副產(chǎn)品煤泥經(jīng)煤泥壓濾機(jī)系統(tǒng)壓制成煤餅在晾干場(chǎng)銷售。原選煤廠主要運(yùn)輸系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 選煤廠運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

2 擴(kuò)能后存在問題

雅店選煤廠擴(kuò)能技能后，煤炭洗選能力由1 000 t/h 擴(kuò)大到1 500 t/h，目前運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行主要存在問題有：201 原煤皮帶機(jī)運(yùn)輸能力不足，原設(shè)計(jì)為1 350 t/h，達(dá)不到本次擴(kuò)能要求；301 入廠皮帶機(jī)運(yùn)輸能力不足，原設(shè)計(jì)為1 350 t/h，達(dá)不到本次擴(kuò)能要求；901矸石皮帶機(jī)運(yùn)輸能力不足，原設(shè)計(jì)為250 t/h，達(dá)不到本次擴(kuò)能要求[1-2]；701、702、703 三條產(chǎn)品皮帶機(jī)運(yùn)輸能力需要校核后確定，根據(jù)實(shí)際需要延長703 皮帶機(jī)尾至新系統(tǒng)處，延長后需要驗(yàn)算；篩分車間手選矸崗位因矸石量大，每班次需4 人進(jìn)行手工撿矸，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3 運(yùn)輸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案

根據(jù)雅店選煤廠擴(kuò)能后的要求以及廠區(qū)原有運(yùn)輸系統(tǒng)能力和設(shè)備布置，擬定運(yùn)輸系統(tǒng)改造方案。101原煤皮帶機(jī)由于原設(shè)計(jì)能力1 515 t/h，且后續(xù)有3×15 000 t 的緩沖原煤倉，故不需要進(jìn)行改造；201 皮帶機(jī)和301 入廠皮帶機(jī)由于運(yùn)輸能力不夠，必須進(jìn)行提升能力改造，鑒于皮帶棧橋尺寸無法變更等因素，可為皮帶提速擴(kuò)能；考慮到篩分車間手選矸崗位勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在安全隱患等因素，方案中將大塊矸石全部破碎后進(jìn)入主洗系統(tǒng)，可節(jié)省手工撿矸崗位人員，并停運(yùn)801 大塊矸皮帶機(jī)；由于901 矸石皮帶運(yùn)量的增加，必須對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)能，根據(jù)系統(tǒng)要求需增至800 t/h的運(yùn)量；701、702、703 三條產(chǎn)品皮帶機(jī)由于可以調(diào)節(jié)分配運(yùn)量，校核三臺(tái)皮帶機(jī)的總運(yùn)輸能力即可[3-4]。

4 設(shè)備改造選型計(jì)算及校核

4.1 201 皮帶機(jī)改造選型

4.1.1 帶速確定

選煤廠入洗能力改造后為1 500 t/h，據(jù)此皮帶機(jī)運(yùn)輸能力應(yīng)大于1 500 t/h，由于僅對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，富裕系數(shù)不宜取過大，可取1.1 倍的富裕系數(shù)，改造后201 皮帶機(jī)運(yùn)輸能力達(dá)1 515 t/h 即可。201 皮帶機(jī)原參數(shù)為帶寬B=1 200 mm，皮帶機(jī)長度L=146 m，其中平段長度71 m、斜長度75 m，運(yùn)量Q=1 350 t/h，帶速v=3.15 m/s，皮帶機(jī)傾角β=0°~16.5°，入料粒度為0~300 mm，驅(qū)動(dòng)布置形式為機(jī)頭驅(qū)動(dòng)，中間拉緊，減速機(jī)采用M3RSF60+N+壓力潤滑，減速比i=25，電機(jī)高速軸連接YOXII560 型液力偶合器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用YB2-355M1-4 型185 kW，660 V 防爆電機(jī)。依據(jù)皮帶機(jī)的運(yùn)輸能力計(jì)算公式Q=3.6 qv 可知，運(yùn)量與速度成正比關(guān)系，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，根據(jù)比例關(guān)系則擴(kuò)能后的帶速公式為：

將Q后=1 515 t/h，Q=1 350 t/h，v=3.15 m/s 代入式（1）可得：改造后201 皮帶機(jī)帶速為v后=3.53 m/s。并據(jù)此驗(yàn)算皮帶機(jī)各主要部件是否符合要求。

4.1.2 基本參數(shù)的計(jì)算

1）所選膠帶為帶寬1 200 mm 的鋼絲繩芯膠帶，所選膠帶的單位長度輸送帶質(zhì)量qd=43.92 kg/m。

3）皮帶機(jī)配套上托輥通常為沖壓槽型托輥，間距1.5 m，下托輥為沖壓平行托輥，間距3 m，則上托輥和下托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)線質(zhì)量分別為q1=13.33 kg/m；q2=18/3=6 kg/m。

4）托輥運(yùn)行阻力系數(shù)為重載段系數(shù)ω=0.03；空載段系數(shù)ω'=0.03。滾動(dòng)軸承處于正常溫度，一般塵埃的環(huán)境。

4.1.3 運(yùn)行阻力計(jì)算

阻力計(jì)算公式為：

1）傾斜段重載運(yùn)行阻力Wzh1=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=36 787.40 N。

2）水平段重載運(yùn)行阻力Wzh2=[（q+qd+q1）Lωcosβ±（q+qd）Lsinβ]g=3 683.84 N。

3）傾斜段空載運(yùn)行阻力Wk1= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=-7 682.98 N。

4）水平段空載運(yùn)行阻力Wk2= [（qd+q2）Lω'cosβ±qdLsinβ]g=1 195.15 N。

4.1.4 皮帶機(jī)各點(diǎn)受力分析及計(jì)算

根據(jù)201 皮帶機(jī)布置及膠帶的纏繞方式，繪制皮帶機(jī)分段受力圖如圖2 所示。

圖2 201 皮帶機(jī)膠帶纏繞及受力點(diǎn)分析圖

為了分析計(jì)算系統(tǒng)受力情況，把上述系統(tǒng)中分為8 個(gè)受力點(diǎn)，分別標(biāo)記為1、2、3、4、5、6、7、8。其中輸送帶在滾筒上受到的阻力段為3-4 段、6-7 段、8-1 段，阻力分別用W3-4、W6-7、W8-1表示，阻力大小由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：S1、S2、S6、S8分別為輸送帶在各點(diǎn)上的張力，N。

用逐點(diǎn)計(jì)算法找出S1與S8的關(guān)系：

按照摩擦傳動(dòng)的條件可得，S1與S8應(yīng)該滿足下列關(guān)系：

式中：e 為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)；f 為滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)，與滾筒的表面材料及空氣的干濕程度有關(guān)系，滾筒采用的是包膠處理，取0.4；α 為滾筒與膠帶之間的包圍角，用弧度表示，由于輸送帶傾斜段運(yùn)輸長度較長，取180°，換算成弧度制為3.14；n 為摩擦力備用系數(shù)，取1.15。

則將各參數(shù)數(shù)值帶入式（7）得：

將式（3）—（6）聯(lián)立后，并帶入數(shù)值得：

聯(lián)立式（8）和（9）計(jì)算得：S1=48984.61N；S8=13955.73N。

4.1.5 其他阻力

清掃器、導(dǎo)料槽等其附屬阻力，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，按摩擦系數(shù)0.1 倍的S1計(jì)算。即：WN=0.1×48 984.61=4 898.46 N。

4.1.6 驗(yàn)算電機(jī)功率

當(dāng)皮帶機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行總阻力為：Ff=S1-S8+0.04×S1+WN=41 886.72 N。

皮帶機(jī)的電機(jī)軸功率為：

式中：v 是輸送帶的運(yùn)行速度，取3.53 m/s；η 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，取0.85。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（10）得：N0=173.95 kW。

電動(dòng)機(jī)選型時(shí)，要考慮到15%的功率備用系數(shù)，則所需電機(jī)功率N=1.15×173.95=200.05 kW。

原201 皮帶機(jī)配套電機(jī)功率為185 kW 不能滿足要求，改造后可將電機(jī)功率增大至220 kW。為了保持與原有安裝尺寸和電壓等級(jí)一致，選擇電機(jī)型號(hào)為YB2-355M1-4 型220 kW、660 V 防爆電機(jī)。

4.1.7 減速機(jī)型號(hào)驗(yàn)算

根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、帶速、驅(qū)動(dòng)滾筒直徑可計(jì)算出配套減速機(jī)的傳動(dòng)比22.2。其中n 為轉(zhuǎn)速；D 為驅(qū)動(dòng)滾筒直徑。

改造后，需將原減速機(jī)速比進(jìn)行降低低于22.2即可，更換為M3RSF60+N+壓力潤滑，減速比i=20。

4.1.8 膠帶型號(hào)驗(yàn)算

由于皮帶機(jī)為有一定傾角、大運(yùn)量固定帶式輸送機(jī)，對(duì)接頭安裝不頻繁，但對(duì)輸送帶的強(qiáng)度要求較高。在選擇時(shí)，首先考慮高強(qiáng)度的采用硫化接頭的鋼絲繩芯輸送帶。

式中：B 為輸送帶的寬度，取1.2 m；Gx為輸送帶的破斷強(qiáng)度，N/m；Smax為輸送帶的最大張力，前節(jié)已計(jì)算出輸送帶的最大張力點(diǎn)在1 點(diǎn)，最大值為48 984.61 N；安全系數(shù)取9。

將數(shù)值代入式（11）得：GX=367.38 kN/mm。

原皮帶機(jī)配套膠帶型號(hào)為ST1600 型的鋼絲繩芯膠帶，帶強(qiáng)為1 600 kN/mm，滿足要求，無需更換。

4.2 301 皮帶機(jī)改造

301 入廠皮帶機(jī)原帶寬為1 200 mm，機(jī)長85.75 m，運(yùn)輸能力為1 350 t/h，帶速為3.15 m/s。按計(jì)算后可得：運(yùn)輸能力由1 350 t/h 提升至1 515 t/h 后，在帶寬不變的前提下，需將帶速提升至3.53 m/s 以上。更換原有185 kW 電機(jī)為220 kW 電機(jī)，配套的減速機(jī)更換為M3RSF60+N+FAN，減速比i=20，其他不變[5]。

4.3 901 皮帶機(jī)改造

主廠房至矸石倉的矸石皮帶機(jī)，由于矸石量大幅增加，按系統(tǒng)要求約為800 t/h。原皮帶機(jī)運(yùn)量僅為250 t/h，需要整臺(tái)更換。根據(jù)矸石棧橋坡度和長度，經(jīng)計(jì)算最終確定901 矸石皮帶機(jī)各參數(shù)選型如下：帶寬為1 000 mm，皮帶機(jī)長93 m，運(yùn)輸平均坡度為15°，帶速為2.5 m/s，電機(jī)功率選132 kW，電壓等級(jí)660 V；皮帶機(jī)運(yùn)輸能力為820 t/h。

4.4 701、702、703 皮帶機(jī)驗(yàn)算

產(chǎn)品皮帶機(jī)701 皮帶運(yùn)量為450 t，主要擔(dān)負(fù)塊精煤的運(yùn)輸工作，本次系統(tǒng)改造由于塊煤量不變，能滿足要求，無需改造；702 和703 皮帶機(jī)主要擔(dān)負(fù)末精煤的運(yùn)輸工作，系統(tǒng)改造后，末精煤產(chǎn)量由500 t/h增加至1 000 t/h，701 原運(yùn)輸能力為300 t/h，703 運(yùn)輸能力為710 t/h，合計(jì)末精煤運(yùn)輸能力為1 010 t/h，總能力滿足要求，由于選煤廠系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品可以進(jìn)行分配調(diào)整，只要總能力滿足要求即可，不需進(jìn)行改造。根據(jù)新增末煤洗洗系統(tǒng)安裝位置，需要將703 皮帶機(jī)機(jī)尾延伸30 m 與系統(tǒng)搭接，經(jīng)驗(yàn)算，703 皮帶機(jī)延伸30 m驅(qū)動(dòng)裝置及膠帶無需改造。

4.5 篩分車間破碎機(jī)改造

系統(tǒng)改造后，選煤廠的整個(gè)洗選能力增大，篩分車間的原有的大塊矸石破碎機(jī)也無法滿足要求，原破碎能力為50~100 t/h，改造后根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，需撤除人工撿矸環(huán)節(jié)，即全部大矸石進(jìn)入破碎機(jī)破碎。需將破碎能力增至280 t/h 以上。由于車間空間限制和入料塊型較大（300 mm）等因素，選用外形尺寸緊湊，入料粒度大的雙齒輥式破碎機(jī)。經(jīng)計(jì)算破碎機(jī)選擇參數(shù)如下：TCCH800PMV 型雙齒輥矸石破碎機(jī)，處理量Q=300 t/h，入料粒度300 mm，配套電機(jī)型號(hào)為YB3-315S-4 110 kW 的隔爆型異步電動(dòng)機(jī)，電壓等級(jí)380 V[6]。

5 結(jié)語

雅店選煤廠運(yùn)輸系統(tǒng)的改造與選煤廠末煤洗洗系統(tǒng)改造同步進(jìn)行，改造后，經(jīng)選煤廠所有系統(tǒng)至2019 年運(yùn)行至今，原煤運(yùn)輸能力、矸石運(yùn)輸能力以及精煤運(yùn)輸能力均滿足整個(gè)系統(tǒng)要求，使選煤廠入洗能力達(dá)到1 500 t/h 的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在篩分車間更換了破碎能力較大的雙齒輥破碎機(jī)后，將原手選矸崗位的每班次4 人，降為每班次1 人，三個(gè)班次總減員9人，符合煤炭行業(yè)的“少人則安、無人則安”的管理理念，也降低了選煤廠的人工成本。本次改造完全滿足雅店選煤廠擴(kuò)能需求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，保障了選煤廠的安全生產(chǎn)，也為其他類似選煤廠或煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的擴(kuò)能、改造提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。