煤礦帶式輸送機轉彎裝置的研製與應用
導語
在長距離膠帶輸送機運輸時受到現場地質條件的限製出現拐彎等情況時，往往需要進行搭接，皮帶搭接增加了膠帶輸送機機頭機尾設備數量，且占用較大的空間，增加了係統的複雜性。本期轉化果平台推薦的《煤礦帶式輸送機轉彎裝置的研製與應用》技術成果，通過研製任意角轉彎裝置並經過現場工業性試驗應用，取得了良好效果。
一、項目背景
帶式輸送機是煤礦井下及地麵各類散狀物料運輸的主要設備，傳統的帶式輸送機隻能進行直線運行輸送物料，當運輸線路有變向轉彎的情況下，隻能通過兩部輸送機搭接來實現物料的輸送，因而存在設備多、投資大、運輸係統複雜、崗位人工多、增加檢修量等問題。
現有帶式輸送機轉彎裝置隻能用於固定角度，且存在阻力大，小輥筒使用壽命短等問題。地質條件複雜礦井，在掘進或者回采過程中經常出現巷道轉彎情況，因此研究開發一套轉彎裝置很有必要，該裝置可任意角度轉彎，運行阻力小，小輥筒使用壽命長，且不改變原輸送機工作特性。
二、研究內容
1.技術方案
(1)實現折線轉彎，考慮空間限製，物料必須在轉彎處進行卸載，而且皮帶能夠把卸載的物料接受，要考慮物料撒落，對物料要有擋物板。
(2)膠帶轉向時，膠帶與滾筒間必須是滾動摩擦，這樣能保證足夠小的摩擦力。
(3)為了保證輸送物料的帶麵一致性，膠帶卸載後需有改向滾筒改向;改向時，由於帶麵更換，需要增加清掃器。
(4)在受料點，需增加緩衝托輥組，減少物料對膠帶的衝擊，減緩膠帶疲勞程度，延長膠帶的使用壽命。
(5)受力大的方向要有萬向支撐架;旋轉部件需要增加安全防護罩，保證人身安全。
(6))必須考慮在任意角度的情況下，輸送帶、轉向滾筒、異型輥之間運行關係的一致性。
(7)可適配原帶式輸送機，且不改變其原有性能。
圖1 轉彎裝置設計效果圖
2.設備構成
帶式輸送機轉彎輸送裝置由轉向模塊(轉向滾筒、轉向機架)、改向模塊(改向滾筒、改向機架)、受料模塊(受料機架、緩衝托輥組)及附件(平托輥、清掃器、擋煤板、防護罩、萬向支撐架、調偏裝置、風力清掃器等)組成。
3.工作原理
從機尾方向過來的帶式通過上轉向滾筒進行轉向，然後通過上改向滾筒進行改向，改向後的膠帶通往機頭，物料在轉向的同時進行卸載，落在改向後的膠帶上運往機頭;從機頭返回的膠帶通過下改向滾筒變向後再通過轉向滾筒進行轉向然後通向機尾。因而實現平麵轉向運輸(見圖1、圖2)。
轉向滾筒為特殊結構滾筒，運行時，轉向滾筒和上麵的小異型輥都轉動，膠帶可以在其上實現平穩變向運行而不產生滑移和損傷，並減小了膠帶的運行阻力。膠帶在轉彎輸送裝置處的纏繞方式如結構原理圖所示。該轉彎輸送裝置對膠帶無特殊要求，普通帶式輸送機配套使用該轉彎輸送裝置可以實現連續變向運輸。
普通帶式輸送機隻能作直線運行，遇到變向運輸時需采用兩部帶式輸送機搭接或其他運輸機械來實現運輸，無法實現變向連續運輸，而帶式輸送機轉彎輸送裝置可以很好地解決這一難題。
圖2 轉彎裝置模擬效果圖
4.係統特點
(1)任意角轉向。改變異型滾筒在大滾筒上空間包絡線結構，異型滾筒首尾相接圓周布置，實現了任意角度轉向。
(2)運行阻力大幅度下降。其核心部件轉向滾筒和異型滾筒同時旋轉，降低係統運行阻力。
(3)使用成本大幅度下降。異型滾筒的排列方式改變及大滾筒的旋轉運動，異型滾筒的受力減小，運行速度降低，另外，異型滾筒表麵進行高頻淬火，提高耐磨度，使異型滾筒壽命大幅度提高，成本下降。
(4)結構模塊化設計。根據功能不同，分化成受料模塊、轉向模塊、改向模塊，形成通用化、標準化，有利於安裝、運輸。
(5)安全防護好。①轉向滾筒增加安全防護罩;②極限複位輥設計，使皮帶機安全運行;③萬向支撐梁，增加剛度和強度。
(6)轉向滾筒整體進行鍍鋅防腐處理，確保長時間使用。
三、應用案例
當運輸線路有變向、變坡轉彎的情況下，可以用一部輸送機來實現物料的輸送。使原來兩部帶式輸送機共用一套機頭機尾，減少了一部帶式輸送機的機頭、機尾、張緊裝置、儲帶裝置、電控等部分;電耗也大大降低，有較好的節能效果;不需專職司機，降低了生產成本;簡化了運輸係統。
案例一
某礦年產原煤340多萬噸。現需改造的井下7228工作麵運輸係統，全長655m左右。(具體如下圖)
圖3 原運輸係統圖
1.原配套帶式輸送機運輸係統技術參數
(1)第一部帶式輸送機
裝機功率200kW;運量1200t/h;最大運量1200t/h;運距226m;帶寬1000mm;帶速3.15m/s。
(2)第二部帶式輸送機
裝機功率2*200kW;運量1200t/h;最大運量1200t/h;運距429m;帶寬1000mm;帶速3.15m/s。
第一部帶式輸送機機頭和第二部帶式輸送機機尾的高差-39m。需要上述兩部大功率帶式輸送機搭接運輸，才能完成運輸任務。
2.使用搭接運輸的不利因素
(1)由於多一台帶式輸送機，整個運輸係統的驅動電機功率及台數增加了，使得井下供配電係統複雜化，同時增加了變配電設備數量;
(2)生產過程中耗電量增大，生產成本大幅度上升;
(3)多台帶式輸送機搭接運輸，將給管理和維護帶來較大的困難，同時增加了維護費用。
(4)由於動力點增加了，每班就需增加操作工人，增加了崗位設置，不利於減人提效。
(5)從原運輸係統線路圖可以看出，搭接點到機頭處為下運，采用帶式輸送機直接運輸的話，要考慮“飛車”的問題，增加了製動的難度，存在安全隱患。
(6)每台帶式輸送機單獨使用的話，在機頭處需要做供電設備的硐室，增加了開掘硐室的工作量。
3.使用帶式輸送機轉彎裝置的好處
(1)簡化了運輸係統，整個係統隻使用一套機頭、機尾、張緊、貯帶、電控等設備，節省了設備投資。
(2)由於係統中有平運和下運，係統合二為一後，運輸係統安全性大大增強。平段的阻力可以作為帶式輸送機的控製力一部分，減少了“飛車”的可能性。
(3)節省了電力能源。由於係統中有平運和下運，係統合二為一後，下運的重物沿輸送帶下運方向的張力可抵消一部分平段的運行阻力，從而可以減少電機的驅動力，節約用電。
(4)減少崗位設置。在轉彎裝置處安裝一個攝像頭，帶式輸送機司機可以通過攝像頭觀察到轉彎裝置處的運行狀況，由此可以省去一個司機。
(5)減少硐室開掘量。轉彎裝置是一個純機械裝置，沒有動力，所以，安裝處隻要空間夠即可，省去了安裝電控設備的硐室。
(6)減少了設備檢修時間。轉彎裝置的關鍵部件是轉向滾筒，其上麵的異型輥都暴露在轉向滾筒表麵，隻要觀察一下旋轉情況就可以，不需要專門拆解檢修，節約了檢修時間和成本。
在廣泛調研後，決定改造原運輸係統，以適應回采運輸的需要，在搭接點處，采用帶式輸送機轉彎裝置1套。改造後的運輸係統圖如下圖。
圖4 改造後的運輸係統圖
4.采用轉彎裝置改造的膠帶技術參數
裝機功率2*200kw;運量1200t/h;最大運量1200t/h;總運距655m;帶寬1000mm;帶速3.15m/s;機頭和機尾的高差-39m;一部左轉45度轉彎輸送裝置。
圖5 轉彎裝置實際應用圖
5.改造效果
帶式輸送機轉彎裝置在該礦7228工作麵安裝調試後，於2018年9月15日正式投入工業性試驗。平均運行時間12小時/天，通過帶式輸送機在空載、輕載、滿載下進行長時間運行，整機運行平穩，沒有出現輸送帶衝擊跑偏現象，沒有出現膠帶滑移現象，設備係統運轉正常，工作安全可靠，實現了無人值守。經監控觀察運行正常，至今無任何故障。
6.試驗結論
(1)配套帶式輸送機經過一次變向轉彎，在運行期間，整機運轉正常，對主參數、運行性能、啟動性能、電氣保護性能等進行測試，均達到設計要求。
(2)應用的帶式輸送機轉彎裝置運行狀態良好，達到了設計要求，滿足了工程應用要求和課題設計要求。
(3)配套帶式輸送機空載、負載運行、啟動、停車過程非常平穩，實現了長距離大功率帶式輸送機變向連續運行。
(4)根據現場工業性使用說明，采用的帶式輸送機轉彎裝置可靠性、安全性高、維護量小，性能完善優越。
7.經濟效益
(1)可以減少設備使用台數及其投資。比傳統設備布置設計方案節省了一部帶式輸送機的機頭、機尾、張緊裝置、儲帶裝置、電控等設備。節約投資50萬元。
(2)極大改善了帶式輸送機運輸係統的工作性能。具有壓帶功能，防止凹弧段的帶式飄帶，使帶式運行平穩，不跑偏，使帶式輸送機的運行變得極其平穩，減小了對設備的維護費用。經計算，比傳統的使用兩部設備的方案減少年維護費用8萬元。
(3)減少了裝機容量200kW，按年工作日300天，日工作20小時，負荷係數0.8，電價0.6元/kWh計算，則年節約電費:200×300×20×0.8×0.6=57.6萬元。
(4)省去電控等設備，減少硐室的開掘，減少投資15萬元。
(5)每班節省1個崗位工人，按人均10萬元/年∙人，每年可節省2×10=20萬元。
8.社會效益
(1)帶式輸送機轉彎裝置實現了膠帶任意角度連續轉彎運行，且具有壓帶功能，防止凹弧段的帶式飄帶，使膠帶運行平穩，不跑偏，能較好地滿足複雜地質條件下的運輸。
(2)有下運及平運(或上運)結合時，可以節省電力。可以有效輔助製動帶式輸送機，防止“飛車”現象發生。
(3)巷道掘進設計時，可以根據實際巷道地質情況隨時轉彎，不用考慮必須直線設計，可以利用帶式輸送機轉彎裝置應用技術，借用原有巷道運輸，減少了巷道開拓量。
(4)設備效能充分利用，避免“大馬拉小車”的現象。
(5)為擴大帶式輸送機使用範圍及工況條件進行了很好的探索，進一步促進了帶式輸送機技術的發展。
(6)通過項目研究，解決了煤礦現場的實際問題，培養了人才，豐富和提高了相關人員的技術素養，積累了技術研究經驗。
案例二
1.某礦配套帶式輸送機運輸係統技術參數
帶寬B=1200mm，運量Q=1200t/h，帶速V=3.55m/s，運距L=L1+L2 =692+240=932m，提升高度H1=31m，H2=23m，在896m運距範圍內有一個轉向點B，轉向角為70º，如圖所示，現有裝機功率3*355kW。在調研後，決定采取轉彎裝置代替搭接，以適應回采運輸的需要，在搭接點處，采用帶式輸送機轉彎裝置1套。改造後的運輸係統圖如下圖。
圖6 改造後的運輸係統圖
2.改造效果
(1)應用效果
帶式輸送機轉彎輸送裝置在某礦3306工作麵安裝調試正常後，於2020年1月5日投入工業性試運行。經過空載、輕載、滿載下較長時間運行，整機運行平穩，沒有出現輸送帶衝擊跑偏現象，沒有出現膠帶滑移現象，設備運轉正常，工作可靠、安全、運行情況良好。實現了無人值守。
(2)經濟效益
減少了巷道開寬，施工機頭硐室占用時間和人力以及材料消耗，預計可節省30萬元;皮帶機頭安裝和撤除預計節省40萬元;皮帶機頭、電氣、開關等租賃、維護費用約100萬元;掘進按6個月計算，采煤按12個月計算，節省電費和人工約120萬元;減少皮帶機頭及轉載機改造費用約20萬元;停采線向外延伸10米，多回收原煤約1.6萬噸，約800萬元。共預計可創效1100萬餘元。
(3)社會效益
通過任意角轉彎裝置的成功應用，徹底解決了因巷道轉彎造成皮帶運輸的難題，在平麵轉彎的基礎上是一項重大突破，特別是為運輸路線較為曲折的邊角煤開采提供有力的技術保障。同時，任意轉彎裝置的使用節省了一部皮帶機頭的撤除，縮短了後期安撤所需時間，保證了礦井的正常生產接續。
