曹 宇

（晉能控股煤業(yè)集團機電管理部，山西 大同 037003）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團劉家梁礦核定生產(chǎn)能力為240 萬t/a，8115 工作面位于301 采區(qū)，主要開采4號煤層，煤層厚度為1.31～5.43 m，平均厚度3.21 m，煤層傾角為1°～25°，平均傾角12°。8115 工作面底抽巷大傾斜帶式輸送機在設(shè)計時，會出現(xiàn)變坡點突然抬升20°以上的狀況。變坡點中間位置抬高，帶式輸送機設(shè)備易發(fā)生飄帶現(xiàn)象。為保障8115 底抽巷帶式輸送機的運行安全，防止飄帶現(xiàn)象的發(fā)生，保證人員和設(shè)備安全，對其進行防飄帶優(yōu)化設(shè)計。

2 大傾角帶式輸送機設(shè)計初始方案分析

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機設(shè)計參數(shù)

2.1 初始設(shè)計“方案一”分析

初始設(shè)計“方案一”：8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機整機設(shè)計為DTII 帶式輸送機，平巷段設(shè)計為35°上槽型托輥組，間距1.5 m；采用平行下托輥組。變坡點抬升角度20°，承載托輥采用60°深槽雙排四聯(lián)V 形托輥組裝置，采用頭部集中驅(qū)動。

帶式輸送機在通過凹弧段時，容易出現(xiàn)飄帶現(xiàn)象，通過凹弧段時張力較大，輸送帶易向上抬起，從而造成帶式輸送機發(fā)生飄帶現(xiàn)象，輸送帶脫離托輥引起撒料、跑偏等安全事故。選擇在空載工況下最容易發(fā)生飄帶現(xiàn)象的情況下對輸送帶凹弧段曲率半徑進行計算校核。凹弧段曲率半徑經(jīng)驗計算公式為：

式中：R2為凹弧段曲率半徑，m；Fx為凹弧段起點處輸送帶張力，N；qb為輸送帶質(zhì)量，kg/m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

經(jīng)計算可得凹弧段曲率半徑R2≥4.91 m，即凹弧段最小曲率半徑為4.91 m。經(jīng)計算在保障不發(fā)生飄帶的情況下抬升高度至少為7.8 m，而8115 工作面底抽巷道高度僅為3.6 m，因此在8115 工作面底抽巷變坡點位置帶式輸送機輸送帶與巷道頂板兩者間會發(fā)生干涉問題。

設(shè)計采用減小凹弧段曲率半徑、安設(shè)壓帶輪的技術(shù)措施來降低帶式輸送機輸送帶在變坡點的抬升高度，如圖1 所示。設(shè)計壓帶輪尺寸大小為Φ400 mm×70 mm，兩側(cè)倒角5×45°，在凹弧起始段和中間位置安裝2～4 組壓帶輪，壓帶輪通過U 形螺栓固定在帶式輸送機中間架上，安裝位置任意可調(diào)。安裝情況如圖2。

圖1 壓帶輪結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 帶式輸送機壓帶輪安裝示意圖

該設(shè)計方案不足之處：設(shè)計的壓帶輪阻礙大塊煤料和矸石的順利通過，運輸過程中因壓帶輪的阻礙導(dǎo)致輸送帶局部受力變大，進而發(fā)生輸送帶跑偏現(xiàn)象；壓帶輪與輸送帶的頻繁摩擦?xí)?dǎo)致輸送帶產(chǎn)生安全隱患，發(fā)生輸送帶撕裂事故。

2.2 初始設(shè)計“方案二”分析

8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設(shè)計“方案二”：根據(jù)該大傾角帶式輸送機的主要技術(shù)參數(shù)，設(shè)計采用兩條帶式輸送機分段運輸方案。在巷道的平巷段1340 m 設(shè)計安裝第一條帶式輸送機，在變坡點20°設(shè)計安裝第二條帶式輸送機，兩條輸送機采用頭尾搭接方案，如圖3 所示。從圖中可知，可將第一條帶式輸送機機頭抬高，直接卸煤至第二條帶式輸送機機尾。

圖3 兩條帶式輸送機頭尾搭接方案示意圖

該設(shè)計方案不足之處：方案中需要采用2 條帶式輸送機及2 套配套的驅(qū)動裝置，設(shè)備的采購和運行成本大幅度增長，另外崗位人數(shù)及設(shè)備維護量增加。

3 大傾角帶式輸送機防飄帶優(yōu)化設(shè)計方案

從8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設(shè)計方案可知，初始方案一和初始方案二都存在一定的問題。為有效防止大傾角帶式輸送機飄帶現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計轉(zhuǎn)載式防飄帶方案。

3.1 上運凹弧段優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設(shè)計方案，基于設(shè)備凹弧段半徑計算結(jié)果可知，需要采用設(shè)置多組壓帶輪的方案來防止帶式輸送機飄帶事故的發(fā)生，但是對輸送帶的磨損較大，會造成重大安全事故。

根據(jù)8115 工作面底抽巷走勢和高度等情況，設(shè)計大傾角帶式輸送機轉(zhuǎn)載式防飄帶優(yōu)化方案。具體內(nèi)容：設(shè)計一組H 型組合鋼架，讓H 型組合鋼架與改向滾筒進行彼此配合，實現(xiàn)原料的2 次卸載，如圖4 所示。

圖4 變坡點優(yōu)化設(shè)計示意圖

在H 形組合鋼架上安裝改向滾筒，調(diào)整輸送帶繞帶方式。從圖4 可知，從煤料運行方向來看，輸送帶繞過第1 改向滾筒后保持原運行方向，經(jīng)P 形清掃器和H 形清掃器后，繞過第2 改向滾筒仍保持原來運行方向。P 形清掃器安裝在第1 改向滾筒下方位置，對輸送帶煤泥進行清掃；H 形清掃器安裝在第1、第2 改向滾筒輸送帶中部下方位置，對輸送帶煤泥進一步進行清掃，保障第2 改向滾筒輸送帶上不粘結(jié)煤泥，防止輸送帶跑偏事故的發(fā)生。煤料轉(zhuǎn)載落入輸送帶上，在第1 改向滾筒正前方設(shè)置有緩沖床裝置，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。變坡后輸送機傾角高達20°，設(shè)計安裝有60°深槽四聯(lián)托輥組，增加煤料堆積角度和堆積深度，可大幅度提高煤料、輸送帶及其相互之間的摩擦力，防止煤料滑落。設(shè)計第3 改向滾筒即防飄帶的壓帶滾筒，當(dāng)通過凹弧段張力較大時，起到防飄帶發(fā)生的作用。

3.2 下運大傾角帶式輸送機優(yōu)化設(shè)計

下運大傾角帶式輸送機在大變坡角度位置也會發(fā)生飄帶現(xiàn)象，同樣將上運凹弧段優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于下運大傾角帶式輸送機，其優(yōu)化設(shè)計情況如圖5 所示。60°深槽雙排四聯(lián)V 形托輥組、擋偏裝置、擋滾煤裝置、H 形鋼架、第1+第2+第3 改向滾筒、P 形清掃器、H 形清掃器等部件與上運凹弧段大傾角帶式輸送機變坡點優(yōu)化設(shè)計基本一致；另外經(jīng)過第2 改向滾筒后，在轉(zhuǎn)載落料區(qū)域設(shè)置有緩沖床，可有效降低煤料對輸送帶的沖擊。

圖5 下運大傾角帶式輸送機優(yōu)化設(shè)計

4 主要運行參數(shù)和應(yīng)用效果

劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機采用2 臺TYBVFT-1000L-60（1000/1140）型礦用隔爆型永磁同步變頻調(diào)速一體機進行驅(qū)動，采用2 臺BPQJ-3×1000/1140 型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型組合變頻起動器，KZP-1000 型帶式輸送機用盤式制動裝置，NJZ280 逆止器。

2021 年5 月，對8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機上運、下運凹弧段進行了優(yōu)化改造設(shè)計并投入到實踐應(yīng)用。當(dāng)前該工作面底抽巷大傾角帶式輸送機已安全穩(wěn)定運行10 個月時間，運行期間未出現(xiàn)一起大傾角帶式輸送機的飄帶和跑偏事故，防飄帶裝置的應(yīng)用效果理想，大傾角帶式輸送機防飄帶裝置的優(yōu)化設(shè)計合理。

5 結(jié)語

針對劉家梁礦8115 工作面底抽巷大傾角帶式輸送機初始設(shè)計方案當(dāng)中存在的問題，對大傾角帶式輸送機防飄帶設(shè)計方案進行了優(yōu)化，設(shè)計采用轉(zhuǎn)載式防飄帶設(shè)計方案。該優(yōu)化改造方案從2021 年5月進行了實踐應(yīng)用，已安全穩(wěn)定運行10 個月時間，期間未出現(xiàn)一起大傾角帶式輸送機的飄帶和跑偏事故，有效地解決了8115 工作面底抽巷帶式輸送機平巷或小角度直接抬升至大角度時造成的飄帶現(xiàn)象。