|
李剑峰?兖矿集团设计研究院
（一） 兖州矿业（集团）有限责任公司各矿针对胶带输送机传动及运行方面存在的问题与有关单位共同开展了科技攻关，同时积极应用当前已有的新技术，在研究胶带输送机的传动与运行方面积累了一些有效的经验。 胶带输送机运行阻力和摩擦系数现场测定 不同的设计人员对同一部胶带输送机的计算结果可能不同，其中最关键的参数就是运行阻力系数和摩擦系数。在矿井生产系统中，胶带输送机的运行阻力系数和摩擦系数是随着环境条件的变化而变化的。因此，现场的实际测算结果和从手册中查出的数据有着较大的差异，这就造成常规计算中选用的参数随意性较大。为了准确地掌握这两个参数，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿就如何进行现场测定开展了研究。 此项研究假设驱动滚筒的轴功率转化为牵引力全部用来克服运行阻力，胶带为理想的摩擦传动体，不考虑摩擦生热带来的变化。 对采用胶带输送机空载运行时的电动机输入功率进行测定，称为输入电流法。运行阻力系数的测定是利用单个电动机驱动胶带输送机空载运行，测出电动机功率，计算出轴功率，根据轴功率、牵引力与运行阻力之间的关系，计算出运行阻力系数。 输送带与传动滚筒间摩擦系数的测定原理：临界滑动摩擦测试法。将胶带输送机置于空载运行，控制拉紧力到驱动滚筒刚出现打滑时，记录拉紧钢丝绳上的拉力读数，然后微微拉紧到不打滑状态，并记录该时拉力，同时测出电动机功率。试验不少于3次，计算其拉力与功率平均值，算出驱动滚筒分离点张力，在不打滑条件下按照摩擦传动原理计算出摩擦系数。 迄今为止，该矿已采用此法应用于7部胶带输送机的延伸和4部胶带输送机的增速，效果十分显著。 减小胶带输送机工作阻力的途径 兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿开展了对胶带输送机的运行经验总结，认为使用较高精度的托辊和高性能的胶带有利于减小输送机的工作阻力。 研究表明，托辊旋转阻力和输送带前进阻力占胶带输送机主要阻力的50%～85%。在总阻力计算公式中，机长超过80 m的胶带输送机的总阻力受到诸如按照输送机长度选取的装料系数、与安装情况和工作条件相关的模拟摩擦系数、输送机长度、承载分支托辊单位长度的旋转部分质量、回程分支托辊单位长度的旋转部分质量、输送带单位质量、输送物料单位质量、托辊前倾摩擦特种主要阻力和清扫器摩擦胶带特种附加阻力等参数的影响。其中，承载分支托辊单位长度的旋转部分质量、回程分支托辊单位长度旋转部分质量和输送带单位质量是胶带运输的主要阻力，应充分考虑所选托辊旋转阻力和输送带压陷阻力，才能较准确计算出胶带运行阻力。 实践证明，缩小托辊间距可减小模拟摩擦系数，但阻力总值会增大。除在卸载点为保护胶带外，在一般承载段尽量不要加大托辊密度。与此相反，国外通常采取增大托辊间距来降低阻力总值，但设计和安装要以充分的动态分析和优质的托辊为基础，才能确保胶带输送机可靠运行。 兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿井下北翼胶带输送机使用35°槽角前倾偏置托辊组和平行下托辊组、V形下托辊组，胶带是上覆盖胶8 mm、下覆盖胶6 mm、带宽1200 mm的钢丝绳芯输送带，强度为2 000 N/mm。托辊采用高性能轴承和密封圈，有效降低了托辊旋转阻力；两组托辊相距1.5m，良好地支撑着输送带，使输送带垂度不超过限定值以减小阻力；胶带芯胶和面胶使用了阻燃新材料，既具有优良成槽性，又减少胶带压陷阻力。 矿用输送带损伤原因及其预防 目前，带式输送机已在工矿企业得到了广泛应用。输送带既是牵引构件，又是承载构件，在带式输送机中占有重要地位，其价值约占整个带式输送机价值的1/3。最近，位于兖州煤田的山东里能里彦矿业有限公司依据生产实践，对矿用输送带损伤进行了研究分析，找出输送带损伤的主要原因，并结合现场实际提出了具体的预防措施，对矿用输送带安全运行和管理具有指导意义。 这些预防措施包括：（1）所有给煤机卸料口重新更换卸料斗，并倾斜一定角度，在其下部增设缓冲件，大块煤矸石不再直接砸在输送带上，减少其对输送带的冲击力。（2） 将所有落煤点的导料槽和和输送带皮子加长，并增设3～5 m的网式导料护网，大块煤矸石落下后便被护网挡住顺着输送带运行方向前移，而不致卡住或掉到托辊架与回程段输送带之间。（3） 在托辊架上焊接几个加固支架，各焊接口用补焊来增加托辊架强度。在安放托辊的槽口上方增设挂钩环来固定托辊，使托辊不会被砸下。（4）在所有安置带式输送机的巷道最低洼处增大托辊架密度，即在每个托辊架之间增加2个托辊架，以减小此处托辊架跨距。这样，输送带运送煤矸石经过低洼处，不再下垂于托辊架空内。（5） 制作4个U形环，把拉紧小车的4个边角固定在钢轨上，防止其上下跳动或左右摆动，避免煤矸石掉道，但不妨碍前后移动，既不影响根据工况调整输送带的张紧力，也不影响拉紧装置正常工作。（6） 加强对输送机安全保护装置日常维护和保养，保证各种保护装置灵敏可靠。使带式输送机不会长时间在无保护状态下运行。通过上述整改，输送带损伤几率由56.4%降为13.1%,极大提高了运输效率。 大功率带式输送机的应用 兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿采煤工作面多年来使用SSJ1200/3×200型带式输送机，采用电动机和耦合器配套使用的驱动方式，利用TK100通讯系统控制运行，有运距短、运量小、占用设备多和性能不可靠等缺点，已不能适应当前高产高效工作面长运距开采。为此，在顺槽运输中改用SSJ1400/3×400型带式输送机以后，设备事故率大为降低，杜绝了断带、撕带等恶性事故，减少了输送带和托辊更换量，保证工作面月产60万t。 为避免大功率、长运距带式输送机启动时的波动现象，配套采用可调张紧力的张紧装置，启动阶段提供大的张紧力来防止输送带打滑，正常运行时降低张紧力来维持带式输送机运行，工作面检修时使输送带完全松弛，防止输送带长时间张紧而产生变形现象。另外，采煤工作面主要使用伸长率大的阻燃整芯输送带，让传统的重锤张紧和回柱绞车张紧方式产生局限性，使这些张紧装置难以适应大功率、长运距带式输送机运行要求。为减少输送带费用和提高输送带使用寿命，选用进口LAD自动张紧装置，实现张紧力动态监测和动态调整，大大提高输送带设计安全系数。与该装置配套使用的储带装置，利用张紧泵站提供的动力完成多重叠带功能，增加了储带长度，且减少了每次张紧时间，大大提高了储带效率。 经过对带式输送机多种软起动装置的分析比较，兴隆庄煤矿根据工作面生产特点选择澳大利亚产BOSS4000型液体粘性传动调速装置。该装置通过改变离合片间距，达到改变粘性液体间剪切力来改变传递力矩。与矿井常用电动机组合使用，组成液粘软起动装置作为驱动系统，实现带式输送机满速、满载及平稳起动，使多台电动机负载平衡，降低了对电气及其他部件技术要求，也提高了输送机可靠性和使用寿命。 普通胶带机实现超长转弯运输 兖州矿业公司北宿煤矿6606#运输顺槽走向长1?206 m，巷道按中线沿煤层顶板掘进，起伏较大，局部坡角达11°，且在水平面内有3个拐弯角。通过精心计算、认真施工和严格管理，实现了普通胶带输送机超长转弯运输。 6606#面工作面的煤层厚度约1 m，采用爆破落煤。使用的SSJ800/90型落地式可伸缩胶带输送机，额定输送长度1000 m，运输能力400 t/h，胶带速度2 m/s，电动机功率90 kW，胶带机的宽度800mm，3层尼龙布橡胶胶带，强度1 960 N/（cm·层），胶带重8 kg/m，上托辊重14 kg/m，底托辊重5 kg/m，托辊组间距1.5 m，驱动围包角450°。 胶带转弯的措施如下：将原巷道的3个转弯改为1个拐弯10°的摆设胶带，拐点至胶带机头898m，转弯弧长282 m，总长1 180 m，转载机26 m。拐弯由4个胶带输送机架完成，每个由2.5°曲线的段托辊组内侧端挂钩挂入承托管上调节板前孔，外侧端挂钩挂入调节板后孔，形成3°的安装支撑角，调节孔间距为50 mm，托辊组支架宽度1 120 mm。曲线段底托辊内侧轴置于胶带机架上的调偏口第三口，外侧轴置于第一或第二调偏口，调偏口的间距为30 mm，曲线段的内曲线抬高2°～5°，胶带机架内侧垫高50～104 mm。施工中严格按中腰线铺设胶带，中线偏差不大于20mm。在垂直方向上，先利用胶带机架上3个调节孔抽拉活腿至分段腰线的大体位置，然后再在架下垫木块，使其与腰线相差小于30 mm。曲线段每段弦长大于16 m，使机尾架15 m无拐点，收缩胶带时避免机尾处在拐弯位置。同时，加强平时维护与润滑，及时调偏，避免重载启动。对拉面的两个单面不得同时响炮，避免高峰煤量。 法国强力胶带机跑偏治理 兖州矿业（集团）公司东滩煤矿石门、岩集胶带运输巷使用从法国进口的强力胶带输送机，输送距离全长7?200 m。胶带机初期运行平稳可靠，使用5年后，出现轻度跑偏，采用多种方式调整治理后维持正常运行。此后，胶带出现全程大面积、无规律跑偏漂移，整个胶带偏至槽形托辊一侧，造成全巷道撒煤、机架堵塞和运行维护困难等问题，危及安全生产，必须进行全面治理。 经过分析，胶带由于老化已逐步失去弹性，成槽性能差，与槽形托辊组接触面积逐年减少，因而造成胶带复位力降低。实际治理方案如下：（1）调整机头、机尾滚筒及全程槽形托辊组与胶带机输送中心线的垂直度；调整全过程H形支架横向水平度；改造溜槽，杜绝偏心装载。这些措施主要是为了消除系统中胶带所受横向干扰力，在胶带运行初期取得理想的治理效果。（2）增设跑偏限位装置的方法在跑偏量小时作用不大，当跑偏量较大时不仅起不到限位作用，反而会使胶带侧边卷曲、磨损，造成胶带报废，故一般不采用此方法。（3）加强回转式调心托辊组支承座强度，恢复复位力的调心作用，但效果甚微。（4）分段、密集布置调心托辊组，并将调心托辊组抬高20 mm安装，使其与胶带接触应力增大，约25%的托辊组调偏作用得以恢复，跑偏距离控制在了200 mm左右，极大缓解了运输危机。但是，此类调心托辊有“时间延误”和摩擦力矩过小时的无反应区，会不断将胶带拨向另一边，并进一步加剧胶带底胶磨损。（5）全程胶带翻转使用后，胶带与槽形托辊组的接触良好，使复位力大于干扰力，从而使胶带重新稳定运行，不但节约大量资金，更重要的是延长了胶带更换周期，为法国强力胶带国产消化赢得了时间。 综掘可伸缩胶带机底部胶带跑偏防治 胶带输送机的上部胶带装设有防跑偏装置，而且处于负载状态，跑偏量比较小。下部胶带处于空载状态，重量轻，特别是综掘使用的800型和44型胶带输送机，带面窄、带型薄，更易跑偏。兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿通过对综掘可伸缩胶带输送机底部胶带跑偏原因的进行分析后，采取了有效的防治措施，取得了良好效益。 该矿的防治措施包括安装和运行两个方面。在安装阶段采取的措施如下：胶带输送机道施工时，严格按照巷道中线施工，减少巷道左右歪斜量；胶带输送机安装时，吊挂胶带输送机道的中线利用激光定向严格按照中线施工，减少胶带输送机左右歪斜量；胶带输送机H架安装时，要清理浮煤或浮矸石到硬底，避免H架底角处有浮煤或浮矸石；胶带铺设接头对接时，要找齐对正，避免由于人为因素造成胶带跑偏。 在使用阶段采取的措施如下：清理胶带输送机道时不使用压力水冲刷胶带输送机H架底角，发现H架失脚时及时采取措施垫实、垫牢，减少H架的左右倾斜量；对于胶带输送机输送物件造成的H架左右歪斜，运送完物件时要及时调整复位；对运行中跑偏的底部胶带，要加装防跑偏立辊及调偏装置，防止底部胶带左右偏离胶带输送机中心线，造成胶带与H架相互摩擦。 底部运行胶带加装防跑偏立辊及调偏装置的方法是：在胶带输送机H架左右歪斜量大的地方加装底部胶带调偏装置，在调偏装置前后歪斜侧每3?5个H架加装1组防跑偏立辊。在胶带输送机运行中底部胶带的歪斜侧加装防跑偏立辊。改造以后，底部胶带跑偏量减少，胶带边的磨损量也减少，延长了胶带使用寿命，降低了成本，而且由于胶带边不露带芯，也减少了对煤炭质量的影响。  （二） 兖州矿业（集团）有限责任公司各矿针对胶带输送机传动及运行方面存在的问题与有关单位共同开展了科技攻关，同时积极应用当前已有的新技术，在研究胶带输送机的传动与运行方面积累了一些有效的经验。 顺槽胶带输送机调试过程中跑偏治理 兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿23上11综采工作面运输顺槽长1 420 m，落差47 m，坡度2°～10°，平均为6°。在接面生产调试过程中，发现运输顺槽胶带多处跑偏严重，掉煤现象较多。为此，技术人员对这条顺槽胶带输送机进行了综合治理，运行状况明显好转，取得了良好的效果。 新安装的胶带在调试中要找好基准，胶带中间部分保证上、下托辊手把方向一致，H架与托辊边梁垂直、不迈步；胶带机头、机尾与中间部分必须保证平、正，并与胶带中心线保持一致；要保证巷道变坡点处不飘带，并使用同样级别的胶带，保证所做的胶带接头质量。 他们的治理措施如下：（1）调整H架及托辊、滚筒。重新拉线调整与胶带中心线不垂直的H架，垫、挖、整平阴阳部H架，保证机头、机身与机尾平、直、稳。在中间部分巷道变坡点处对H架加高，增大曲线半径，使胶带与托辊良好接触。调整中间部分托辊手把，使上托辊手把全部打向机头方向，下托辊手把全部打向机尾方向，确保滚筒、托辊的轴线与带式输送机中心线互相垂直。另外，调整转载点装煤收容装置，使转载机头下装煤居中。（2）强化胶带接头质量。对不合格接头重新接头，割胶带接头时保证胶带切口与胶带中心线垂直，使用同一型号的卡子。运转中加强接头检查，及时更换不合格接头。（3）加设防跑偏托辊，更换不匹配胶带。在胶带易跑偏地段的固定机架上安装防跑偏托辊，强行阻止胶带跑偏。在该综采面，更换不合格、不匹配的高强度胶带400 m。（4）经常检查、清扫装置，随时清除机尾煤矸石等杂物。检查清扫装置时特别要注意检查卸载滚筒处的清扫器是否完好，交接班时一定要清理好机尾积煤矸石等杂物，运转中也要时刻保持机尾干净，加强巡视防止托辊被矸石、毛线等杂物卡住，每天安排专人割毛线，保证每个托辊都灵活运转。 强力胶带输送机跑偏的处理 胶带输送机运行时胶带跑偏是最常见的故障。兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿对强力胶带输送机跑偏的处理经验进行了总结，认为解决这类故障的重点是要注意安装的尺寸精度与日常的维护保养。 解决方法如下：（1）调整承载托辊组。胶带在胶带输送机中部跑偏时可调整托辊组的位置。托辊架两侧安装孔都加工成长孔，胶带偏向哪一侧，托辊组的哪一侧就朝胶带前进方向前移或另一侧后移。（2）安装调心托辊组。调心托辊组有中间转轴式、四连杆式和立辊式等，其原理是采用立辊在水平面内转动阻挡或产生横向推力使胶带自动调心调整胶带跑偏。一般在输送机总长度较短时或输送机双向运行时采用此法，长运距输送机最好不用此法，因为调心托辊组会影响胶带寿命。（3）调整驱动滚筒与改向滚筒。滚筒安装位置须垂直于输送机长度方向的中心线，若偏斜过大必然跑偏。对于头部滚筒，如胶带向滚筒右侧跑偏则左侧轴承座向前移动，也可将右侧轴承座后移。尾部滚筒调整方法与头部相反。（4）胶带张紧调整。使用螺旋涨紧或液压油缸张紧时，张紧滚筒两个轴承座应同时平移，以保证滚筒轴线与胶带纵向垂直。调整方法与滚筒调整类似。（5）转载点落料位置对胶带跑偏的影响。落料位置对胶带跑偏有非常大的影响，尤其在胶带输送机直交时影响更大。通常应考虑转载点处上下两条胶带的相对高度。相对高度越低，物料的水平速度分量越大，对下层胶带的侧向冲击也越大，物料也很难居中，使胶带横断面上的物料偏斜，最终导致胶带跑偏。设计中应尽可能加大两部胶带机的相对高度，受空间限制的移动散料运输机械上下漏斗和导料槽等部件的形式与尺寸更应认真考虑。（6）双向运行胶带输送机跑偏调整。其比单向胶带机跑偏调整要困难许多。要仔细观察胶带运动方向与跑偏趋势的关系，逐个进行调整；先调整一个方向然后再调整另一个方向。重点放在驱动滚筒和改向滚筒调整上，其次是托辊调整与物料落料点的调整；硫化接头时注意使胶带断面横向上受力均匀。 强力胶带输送机的技术改造 兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿建矿以来的胶带运输系统一直采用DX4型强力胶带机，分为东西两翼两个独立的系统共同承担全矿的原煤运输任务。随着矿井生产的不断发展，原煤运输系统已成为制约生产的瓶颈。因此，他们采取加大功率、提高带速的方式对胶带输送机进行了技术改造，使运输能力由1?300 t/h提高到1 600t/h，为本矿后续几部DX4型强力胶带输送机改造及其它矿井提供了成功范例。 从经济性、实用性、可靠性等方面综合考虑，将原限矩型液力偶合器改为加长后辅式的YOXG650型限矩型偶合器，减速机采用弗兰德H2SH11硬齿面减速机，并配有胶带逆止器。其优点是提高了电动机的启动能力；保护电动机，防止其过载；减少冲击、振动和减小启动力矩；加大启动时间，延长胶带使用寿命，亦相对提高了胶带和接头强度；协调多机驱动的负荷分配。鉴于原有机械式张紧绞车的张力不可随着工况变化而自动调整，而使胶带始终处于一种张紧力为最大的张紧状态，将直接影响到胶带使用寿命。而且其滑轮组安装在张紧车的两侧，张紧小车在张紧过程中存在跑偏现象，故而决定改为液压自动张紧装置。 电控系统采用PLC与地面计算机相匹配并辅以工业电视，实现了对胶带输送机的远程监控，符合煤矿井下胶带机安全生产要求。煤仓的煤位与胶带机和给煤机的开停实施闭环控制，避免了胶带重载停机和再启动产生的危害。整个驱动部分的基础与原基础完全吻合，不需重新做基础。一切改造到现场即能安装使用，不影响矿井正常生产，用工时间短，改造效率高。 综掘工作面胶带输送机机尾快速拉移装置 在煤矿综掘工作面生产中，综掘机可依靠自身泵站提供的动力完成行走，而胶带输送机机尾只能依靠外部提供的动力或人力实现后移。兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿通常使用链条将胶带输送机机尾和综掘机连接在一起，依靠综掘机行走拉移输送机机尾来完成输送机长度的延伸，但是有生产效率低、安全隐患多的缺点。为此，他们参照采煤工作面转载机自移装置工作原理，研制出了胶带输送机机尾迈步式自移装置，并取得良好的使用效果。 结构组成：用槽钢将输送机机尾和5节承载段焊接成一个刚性整体机尾，在槽钢上焊接调高耳座和拉移耳座；调高耳座为箱体结构，内部固定调高千斤顶，缸体与耳座联接，活塞杆与滚轮铰接；拉移千斤顶缸体与拉移耳座铰接，活塞杆与导轨铰接；整体机尾每侧布置5个调高千斤顶和1个拉移千斤顶，调高千斤顶活塞杆与在导轨上滚动的滚轮座铰接，滚轮座随活塞杆回缩时能将导轨抬离底板。 工作过程，拉移机尾时，综掘机停止截割和耙装作业，综掘机液压泵站向输送机尾自移装置提供液压能，控制元件控制调高千斤顶和拉移千斤顶伸缩，使整体机尾和自移装置互为支点交替前移。拉移距离长时，还可实现整体机尾的连续自移。 具体步骤如下：液压泵站向调高千斤顶供液，调高千斤顶活塞杆伸出，将整体机尾抬离底板，整体机尾通过滚轮支撑在导轨上。液压泵站向拉移千斤顶供液，拉移千斤顶活塞杆推出，由于整体机尾在导轨上的滚动摩擦力小于导轨在底板上的滑动摩擦力，支撑在导轨上的整体机尾向后移动。拉移千斤顶活塞杆完全伸出后，整体机尾停止移动，完成拉移行程，液压泵站向调高千斤顶供液，调高千斤顶活塞杆缩回，与调高千斤顶活塞杆铰接的滚轮座将导轨抬离底板，整体机尾下落在底板上。液压泵站向拉移千斤顶供液，拉移千斤顶活塞杆向缸体内收缩，导轨随活塞杆一起向后移动，完成一次拉移循环。 井下大功率胶带输送机无功补偿技术 兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿在井下660 V系统中推广无功补偿节能技术，成功地应用于强力胶带输送机集中运输系统，获得了可观的经济效益。 该矿井下主运输系统设有4条强力胶带输送机，其中3条由工作面向采区煤仓输煤，1条经给煤机、转载机装煤后向主煤仓输煤，均为660 V异步电动机拖动。其拖动方式为3×160 kW的3组、2×160kW+2×75 kW的1组，由安装在主控室4台控制柜分别进行控制，变电所的5台320 kVA变压器供电。由于胶带输送机运输距离长，胶带自身的重量较大。起动时冲击电流维持时间长，变压器发热严重。同时，输电线路电压降较大，恶化了电动机工作条件，降低了系统运输能力。经测试，胶带输送机空载时，电动机功率因数仅为0.5左右，而正常运煤时功率因数不足0.72，导致系统无功电能损耗严重。无功就地补偿是在电动机的接线端并联电力电容器，以补偿电动机本身消耗的无功功率。采用无功补偿技术可明显提高电网功率因数，从而降低损耗，保证电网供电质量，有效改善电动机拖动特性和增大力矩，还可提高变压器等供电设备利用率，增强带载能力。 无功补偿分为集中补偿、分散补偿和就地补偿3种形式，集中补偿效果欠佳，就地补偿效果最好。经过反复论证，他们决定在主控室内进行补偿，补偿柜与控制柜并联，即在原控制柜的出线侧进行就地补偿，既有利于现场操作和维护，又可避免另凿峒室。采用无功补偿技术后，提高了功率因数，电动机、变压器和电缆等性能都有了明显改善，每年节电量为315万kW·h。仅此一项效益，只需不到2年就可收回投资。 |
|
|
