王浩淇

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司， 山西 晋城 048006）

引言

对于斜井提升的矿井来说，带式输送机（简称皮带）这种连续运输设备较之矿车、箕斗等断续运输设备具有更大的运输能力，且在运输过程中有较低的事故率，目前在斜井提升的大、中型矿井中得到了广泛的应用。

尽管带式输送机有诸多优点，但普通带式输送机由于其爬坡能力较小，从而使其应用范围受到较大限制。设计规范规定：普通带式输送机其运行角度不宜大于16°，实际应用中最大一般也不超过18°，否则会引起煤炭运输过程中在胶带上下滑。而采用大倾角皮带则可使提升角度大大提高（最大可达28°）。以某矿为例，当主井倾角为23.3°时（即采用大倾角皮带），其井筒斜长为764 m，若采用普通皮带，即主井倾角为16°时，则井筒斜长应为1 096 m。显见可节省井筒工程量约330 m。按每米造价2 万元计，则可节约投资约660 万元；按每月井筒施工进度为65 m 计，则可节约工期约5 个月，显见经济效益明显。

因此，采用大倾角带式输送机，可大大减少运输距离，进而减少井筒工程量，从而降低造价、缩短工期。大倾角带式输送机在矿井的应用，具有极高的实践价值和经济价值[1]。

1 大倾角带式输送机工作原理

普通带式输送机靠胶带带面与煤炭之间的摩擦力来带动煤炭随皮带运行，其上托辊组槽角一般为30°～35°，从而使带面形成槽型，以便最大限度地多装物料。大倾角带式输送机，主要包括花纹输送带式或深槽型带式输送机、波状挡边带式输送机、压带式输送机等。在煤矿生产中，最常使用的大倾角输送机是指深槽型带式输送机，带式输送机采用四辊深槽托辊组或者五辊深槽托辊组，加大胶带对煤炭的夹持，从而增大煤炭与输送带的摩擦力，阻止煤炭沿输送带下滑。国内目前实际运行的大倾角带式输送机，其侧托辊的安装角度多为60°（一般侧托辊的角度不低于50°）。

2 大倾角带式输送机的参数选取

对于大倾角带式输送机的设计，与普通带式输送机的设计计算并无较大的区别，主要是在具体参数的选取上，略有不同。

1）带速v。普通的带式输送机，速度最低为0.3 m/s（如捡矸皮带），速度最高可达4.0 m/s。带速不仅影响到输送机的运输能力，也影响到带式输送机配套部件的选用。对大倾角带式输送机来讲，带速的大小还影响到物料输送的稳定性。比如主斜井布置大倾角带式输送机，由于给煤机和带式输送机之间存在落料高差和给料速度，落料速度和带式输送机带速不一致，若原煤和输送带之间的摩擦力不能克服原煤落料的惯性速度，会使原煤和输送带出现错位，造成原煤在输送带上下滑。因此，大倾角带式输送机的带速不宜过大，设计时一般取带速为2.0 m/s 或者2.5 m/s，极限情况下不宜超过3.15 m/s。

2）模拟摩擦系数f。普通带式输送机的模拟摩擦系数f一般取0.03，而大倾角带式输送机采用深槽托辊组和其他装置，摩擦力相对普通带式输送机要大一些，所以在设计计算时，大倾角带式输送机的模拟摩擦系数应该适当增大，设计计算时一般取f≥0.035。

3）输送带的安全系数n。按照煤炭安全规程，棉织物芯输送带的安全系数取8～9，尼龙、聚酯织物芯输送带的安全系数取10～12，钢丝绳芯输送带的安全系数取7～9（当带式输送机采取可控软启动、制动措施时，取5～7）。大倾角带式输送机也应遵守相关规范。对于大倾角带式输送机而言，由于其结构的复杂性，若发生断带事故，损失比普通皮带大的多。因此，大倾角带式输送机输送带的安全系数应取较大值。但是安全系数过大，就意味着要选取较高规格（强度）的输送带，输送带的强度越大，不仅成本更高，而且输送带厚度也增加，会造成输送带的成槽性变差，不利于输送带对物料的夹持。因此，大倾角带式输送机输送带的安全系数也不能过大。

综上，大倾角带式输送机安全系数的选取，实际也就是输送带的选取，必须核实，既要满足输送带强度的要求，也要满足成槽性要求。

3 大倾角带式输送机设计改造实例

本文将以寺河二号井矿井的主斜井带式输送机的改造设计为案例，说明大倾角带式输送机的设计在实际生产改造中的应用。

3.1 主斜井带式输送机现状

寺河二号井主斜井带式输送机为西北煤机二厂生产的一部钢丝绳芯胶带输送机，主要提升原煤，2006 年底投运。设备型号为DTC100/60/2×250，运输物料为原煤，物料粒度0～300 mm。设备带宽1 000 mm，带速2.8 m/s，皮带倾角23°～20°，运输距离483 m，运量为600 t/h，配套2 台南阳防爆电机厂生产的YKK450-4 型电机，电机功率250 kW，电压10 kV。减速器型号为H3SH13，胶带采用ST/S2000（阻燃胶带）型胶带，胶带安全系数11。

3.2 设备改造理由

矿井现主井皮带提升能力为230 万t/a，已不能满足集团总公司对矿井产量的要求以及矿井发展的需要，故需要对主井提升设备进行改造。初步确定按主斜井带式输送机年提升能力为350 万t/a 进行改造，故本次设计方案按满足350 万t/a 提升能力进行设计[2]。

3.3 方案设计内容

主斜井带式输送机按每年工作330d，每天18h 提升煤炭，在规定时间内完成最大提升任务进行设计。

年提升能力350 万t/a 时，主斜井带式输送机小时提升能力计算：

式中：k为不均衡系数，取1.15。经计算Q=677 t/h。

根据计算，并根据集团公司意见，选取主斜井带式输送机小时提升能力为680 t/h。根据带式输送机输送能力，反算带宽，计算如下：

式中：α 为断面系数，取440；γ 为物料容重，取0.9 t/m3；C为倾角系数，取0.75；ξ 为速度系数，取0.90。

当Q=680 t/h，选取速度v=3.15 m/s，得带宽B=0.96 m<1.0 m；选取速度v=2.8 m/s，得带宽B=1.02 m>1.0 m。由于甲方要求利用原有带式输送机胶带及中间架，所以选取皮带运行速度v=3.15 m/s。

经过多方案布置比选，同时考虑与矿井新建选煤厂的搭接，最终改造方案为对原有带式输送进行延伸，对机头驱动单元进行改造，并新建井口房。改造后的主斜井带式输送机设计采用头部交流变频器调速驱动装置驱动，主要技术数据为：运量Q=680 t/h，带宽B=1 000 mm，带速v=3.15 m/s；机长L=523 m；角度α=23°～20°～12°；采用阻燃防撕裂胶带ST/S2000；采用双滚筒双驱动方式（功率分配1∶1）；配套2 台400 kW 电机和交流变频器调速驱动装置；设有1 套盘形制动器和1 套低速逆止器；拉紧方式采用尾部重载车式拉紧装置。

3.4 皮带改造配套技术

3.4.1 防止物料滚滑

本次设计为保证原煤运输的稳定性，设计皮带上托辊组的间距维持原有的1 200 mm 不变。因为按照经验，大倾角带式输送机上托辊组的间距不宜超过1 200 mm，这样减小输送带的下垂度，保证运输的稳定性。

为进一步加强运输的稳定，防止运输过程中块煤失稳下滑。设计时考虑沿运输方向每隔30 m 左右设置一组使原煤单向通过的挡料装置。

3.4.2 采用软启动装置

采用软启动装置，不仅可以改善设备的启动性能、减小对系统的冲击，而且可以避免输送机带载启动时加速度过大而造成的物料失稳下滑。本次设计改造后的带式输送机选用变频软启动装置，安全可靠。

3.4.3 防止皮带逆转

本次设计皮带采用双滚筒驱动，在低速轴上设置逆止器，同时在高速轴上加设制动器，作为防止逆转的第二套保险装置，有效防止皮带逆转[3]。

4 结语

大倾角带式输送机可大大减少井筒工程量、降低造价和缩短工期，因此，在条件允许的情况下，主斜井煤炭的提升应尽可能采用大倾角带式输送机。