大倾角胶带运输机的技术研究和应用

郑州煤炭工业集团有限责任公司超化煤矿

31采区大倾角胶带运输机的技术

研究和应用

研 究 报 告

二○○九年三月

目 录

概述 ???????????????????????2 一、问题的提出与解措 ???????????????3 二、方案的研究与确定 ???????????????5

2.1 深槽构造与挡渣、纠偏、压带的应用 ?????5 2.2 现场冷硫化包胶技术的应用 ?????????8 2.3 机尾张紧装置的改造 ????????????9 2.4 关于31“辅机”的设计与探讨 ???????9 三、31皮带下山胶带运输机选型验算 ????????11 四、关键技术及创新点 ???????????????20 五、社会效益与经济效应分析 ????????????22 六、结论 ?????????????????????23 附图 ???????????????????????24

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概 述

超化煤矿31皮带下山皮带运输机是一部位于大斜坡，集运掘进矸石、煤于一体的胶带输送机。铺设的大倾角皮带，担负31三条下山掘进出碴、31采区工作面主煤流运输及22141下付巷掘进出煤的任务。31下山皮带位于回风巷，条件差，湿度较大。31皮带是超化煤矿唯一安装的大倾角皮带机，该胶带输送机原为大平矿一台闲置的设备，我矿通过集团公司协调，调入我矿应用于大倾角巷道。我矿工程技术人员根据31皮带巷原始参数，对整部胶带机功率、带宽、胶带强度、逆止力矩、制动力矩等进行改造选型。结合31皮带巷的实际条件对原有胶带输送机采取深槽构造，加装槽型压带装置和挡碴装置，在胶带打滑处加铺摩擦胶带机增大摩擦因素，对主滚筒采用新工艺重新包胶等举措，加以改进、投用，已取得良好的效果。成功完成了31皮带机对煤碴的运输任务。保证下山的顺利掘进。

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一、问题的提出与解决方案

自2008年2月份安装投用以来陆续出现由于环境、运输条件、运量、碴块等原因导致物料在运输过程中出现翻滚、转动，皮带、滚筒打滑等隐患。大倾角胶带滚筒打滑是胶带运输一直面临的难题，一方面是驱动滚筒与胶带摩擦因素不足以带动胶带运转，另一方面则是由于巷道运输条件导致单机运行无法带动整机运行。

在对31皮带的改造过程中面临的：

①普通胶带不能满足物料运输的能力，且运输坡度大于15°时物料极容易在胶带上翻滚甚至掉落从而造成事故。

②由于环境、运量等因素，出现因湿度大、斜坡倾角大，导致运输过程中出现胶带打滑等一系列问题，严重制约了工程进度。

③随着开采深度的增加，原胶带机机尾采用锚杆固定移动不方便。31皮带下山的掘进任务，出碴路线面临很大选择。因此为了在掘进过程中能够充分利用胶带输送机的连续运输、高效的特性，结合现实条件，通过技术加工改造，实现碴块的连续运输。

针对以上问题超化矿工程技术人员通过研究论证，从根本上解决了大倾角物料运输、胶带漂高、跑偏和胶带滚筒打滑的问题；通过对耙斗装岩机的改进彻底改变了原有的矿车循环运输的局面，实现了胶带运输机对煤碴的连续运输；在电气控制上将“辅机”电机控制开关与主电机控制实现电气集中控制，减少了电机因起动不同

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步而造成的胶带与滚筒相互摩擦而对胶带的影响。避免了胶带运行事故的发生。通过实际运行证明改造后的胶带机在实际应用中取得了良好效果。解决了在运输过程中存在的安全隐患。

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二、方案的研究与确定

该输送机胶带采用摩擦因素大的整芯“人”字型花纹胶带，皮带机采用四节深槽上托辊组使槽形角达到60°,另外在整部皮带机每20米安装一套压带辊组、每30米安装一套挡煤板。面对以上难题，经超化矿工程技术人员讨论、研究决定：

①采用深槽构造，加大胶带成槽性，并在原深槽基础上增加挡碴、挡偏、压带装置；

②采用TOP冷粘新工艺，对皮带机驱动滚筒现场包胶； ③对原有皮带中部加装一台摩擦带式运输机（以下简称“辅机”），以解决胶带机打滑现象。

④在皮带机尾我们采用大功率耙碴机，通过延伸耙碴机的中间槽长度并在胶带机机尾安装设计承接装置，使耙碴机溜槽口与胶带输送机实现了对接。

2.1 深槽构造与挡碴、纠偏、压带的应用

1）、鉴于大倾角皮带机的特殊情况，在上托辊我们采用4节深槽上托辊加大胶带的成槽性，使胶带的槽型角达到60°，同时也增大了物料断面的动堆积角θ。增大胶带与物料之间的摩擦面积，防止物料下滑和滚动。

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(附图一）槽型托辊安装图

普通胶带输送机上托辊都是采用三连棍或三短棍相连改变胶带的槽型角，采用4节短辊能通过挤压使胶带槽型角增大，对于大倾角皮带更具实际意义。

2）、31大倾角皮带上运平均坡度达24°，若由于胶带摩擦系数小，煤矸等载物很容易变滑动摩擦为滚动摩擦。因此为增大胶带本身的摩擦系数，胶带采用“人”字形花纹带，增加运载货物与胶带之间的摩擦系数，防止物料的下滑。对于坡度较小的胶带输送机，采用普通质地的PVG或PVC胶带即可满足要求，“人”字形花纹带能增加运载货物与胶带之间的摩擦因素，应用于31大倾角很具实践意义。

3）、运载的矸石的形状在很大意义上影响货物与胶带的密合度。为防止矸石的滚动下滑，根据现场条件在机架上每30m加装一套挡碴装置，挡碴装置采用单向转动，上皮带运行方向为挡碴装置转动方向，皮带运行时挡碴装置正常开合，即在胶带运行方向货物在运载过程中在自动触碰开挡碴装置，若发生矸石下滑也能将矸石阻挡

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在挡碴装置之上，大碴块则无法继续下滑，起到阻挡碴块下滑的目的。有效的避免了矸石的回运。

(附图二）挡碴装置安装图

4）、在设计安装及皮带安装过程中，由于巷道条件及地质条件的影响，在胶带机安装后出现的胶带机不平及皮带中心不在一条中心线上，出现的皮带跑偏和局部胶带的漂高问题。在胶带机沿线每20m安装一套槽型压带装置。压带装置上的压带辊一方面能防止由于巷道倾角不一而导致胶带的漂高，另一方面两边改造新增的挡偏辊能有效防止胶带跑偏。

(附图三）压带辊、挡偏辊安装图

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2.2 现场冷硫化包胶技术的应用

包胶滚筒是皮带输送运输系统中重要部件和组成部分。滚筒的包胶能有效改善输送系统的运行状况,保护金属滚筒不被磨损,防止输送带的打滑,使滚筒与皮带同步运转,从而保证皮带高效的、大运量的运转。滚筒的包胶还能有效的增大滚筒与皮带之间的滑动摩擦,减少滚筒表面的物料粘结,从而减小皮带的跑偏和磨损。

滚筒在长时间运行过程中，会出现正常或意外的磨损、老化等问题、导致皮带打滑现象的发生、直接影响生产的正常运行。传统的热硫化包胶的滚筒由于硫化压强低，硫含量偏高而耐磨性能差，使用中易老化。采用德国TOP冷粘新工艺、TOP冷硫化包胶技术橡胶密实度高，耐磨性强，寿命为热包胶的数倍；且摩擦系数高，大大降低了胶带应力；橡胶弹性佳，防粘附性能好。并且综合成本大大低于传统的热包胶。

由于长时间运行及环境制约导致对输送带的附着力下降，清洁功能差。滚筒包胶就解决了这一问题，其材料主要有：耐磨防滑橡胶板、阻燃橡胶板、阻燃抗静电橡胶板、超耐磨橡胶板。选择合适胶板及配套的胶水。

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2.3 机尾张紧装置的改造

1、胶带机张紧装置设计在机尾，通过手动张紧装置采用钢丝绳牵引机尾滚筒前后运动来实现胶带的张紧。张紧装置由机尾滑槽架、滑块轴架、牵引轮、机尾滚筒、手动张紧器和钢丝绳组成，其工作原理为：摇动张紧器，张紧器滚筒转动带动牵引钢丝绳运动，钢丝绳通过牵引轮带动滑块轴架在滑槽内运动，从而使机尾滚筒运动，起到张紧胶带的作用。

(附图四）手动张紧器机尾滚筒张紧位置2.4 关于31“辅机”的设计与探讨

31皮带属上运胶带机，皮带上运平均坡度为24°。按照集团公司要求：巷道坡度大于5°时，在胶带机安装合格制动装置的同时都必须要有安全可靠的防逆止装置。为此根据选型计算，我们在31胶带上配备有浙江金基NF63-N-80型逆止器。通常逆止器都是安装在最后一级输出轴上或中间轴上，由于输出轴输出逆止力矩大因此对

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选型要求大，并且价格高昂；我们选择在中间轴上安装一台逆止器，转速高但输出逆止力矩较小，并严格控制温升，保证了大倾角胶带机的可靠逆止。

随着开采深度的增加，下山掘进中的物料中参杂了一定的水分及湿煤，降低了胶带与滚筒间的摩擦系数，致使胶带机出现了由于张紧力和摩擦力不够而引起胶带打滑现象，我们提出在不改变原有胶带绕向的情况下在现有胶带机中部加装一台驱动电机、驱动滚筒与主驱动一致的线摩擦带式输送机（以下简称“辅机”），以解决胶带机打滑现象。

在实际生产运转中出现的主皮带与“辅机”起动运转不同步的情况，超化矿技术人员通过电气改造将主驱动滚筒电机与“辅机”滚筒电机实现电气联锁控制。主控制信号设置在皮带机头处，在主电机处设一发射台，摩擦电机处设一接收台，通过数字信号皮带主电机起动时发射台发出信号、接受台接受信号并起动皮带，达到了同时起动的目的。避免了因起动不同步对胶带的影响及消除了运行事故隐患，提高了皮带运行安全系数。

在对“辅机”的长度设计选择上，兼顾各种输送条件之后，确定增加一部56m线摩擦带式辅机即可满足要求。通过使用证明辅机的增加为圆满的完成了下山掘进矸料的运输问题提供了可靠保证。

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三、31皮带下山胶带运输机选型验算

31皮带下山全长667m，最大坡度24°，选用DTL80/30/160型胶带运输机，电机功率160KW，胶带为1250S-800mm型PVG整芯胶带，纵向拉断力为1250N/mm，带速2m/s。31皮带前期负责两个掘进头的施工任务，最大运输量Q=200t/h，后期负责一个掘进头的施工任务，最大运输量Q=100t/h，下面就前后、期胶带机进行选型验算。

一、前期

最大出煤量：Q=200t/h，煤的松散密度：ρ=0.8-1t/m3 ； 运输长度：L=107m；最大倾角：β=24° 胶带运输机为上运皮带。 1、选型计算： ①计算胶带宽度： B=

AK*v*?*C200=458*2*0.92*0.8=0.545m

式中：A-设计运输量，取200t/h K－货载断面系数，取458 c－输送机倾角系数，取0.8 v－胶带运行速度，取2m/s 选用 B=800胶带输送机。 对带宽进行块度校核：

B≥2αmax+200=2*300+200=800mm

式中：αmax-货载最大块度的横向尺寸，取αmax=300mm 故胶带宽度满足要求。

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②运行阻力与胶带张力计算

初选1250S-800型PVG整芯胶带，纵向拉断力P=1250N/mm 皮带每米重：qd=19.6kg/m 上托辊传动质量：qg′=9.3kg/m 下托辊传动质量：qg″=4kg/m A、重载运行运行阻力与胶带张力计算 1）运行阻力计算： 重段运行阻力

wzh=g*(q1+qd+qg′)*L*w′*cosβ+g*(q1+qd)*L*sinβ =10*(27.78+19.6+9.3)*107*0.03*cos24°+10*(27.78+19.6)*107*sin24°

=22297N

式中：q——每米胶带上的货载质量； q1=Q1/3.6V=200/（3.6*2）=27.78kg/m； qd—胶带每米质量，取qd=19.6kg/m； w′—槽形托辊的阻力系数，取0.03； 空段运行阻力：

wk=g*[(qd+qg″)*L*w″cosβ-qd*L*sinβ]

=10*(19.6+4)*107*0.025*cos24°-10*19.6*107*sin24° =-7959N

式中：w″--直托辊阻力系数，取0.025 2、胶带张力计算

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用逐点计算法求胶带各点张力

S2=S1+wk

S3=1.04S2=1.04S1+1.04wk S4=S3+wzh=1.04S1+1.04wk+wzh

S5=S6=1.04S4=1.042S1+1.042wk+1.04wzh ① 按摩擦传动条件考虑摩擦力备用系数列方程：

S6=S1[1+(eua-1)/m′]=S1[1+(e0.2*8.5-1)/1.15]=4.66S1 ② 式中：m′—摩擦力备用系数，取1.15；

μ—胶带与滚筒之间的摩擦系数，取0.2； 方程①和②联立解得： S1=4075N S2=-3884N S3=-4039N S4=18258N S6=S5=18988N ③胶带垂度与强度验算： 3、垂度验算

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重段最小张力点张力：S3=-4039N 按垂度要求重段允许的最小张力为： [Smin]=5*g*(q1+qd)*Lg*cosβ

=5*10*(27.78+19.6)*1.5*cos24°=3248N

因为S3＜[Smin]，所以胶带垂度不满足要求，为保证胶带的悬垂度要求，令：S3=3248N，代入原方程组中求得：

S1=11082N S2=3123N S3=3248N S4=25545N S6=S5=26567N 4、胶带强度计算

m*SzdSd =B=10*26567/800 =332N/mm<1250N/mm

式中：m--胶带安全系数，取10；

所以，胶带选用1250S-800型PVG整芯胶带，满足要求。 5、计算牵引力与电动机功率 ①输送机主轴牵引力为：

w0=（S6-S1）+0.04*(S6+S1)=16991N ②电动机功率为：

N=kw0*V /1000η =1.15*16991*2/1000*0.85=46kW 式中：η--减速器机械效率，取0.85； k--功率备用系数，取1.15；

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所以，输送机在重载运行时电机功率选用160kW，满足要求。 二、后期

最大出煤量：Q=100t/h，煤的松散密度：ρ=0.8-1t/m3 ； 运输长度：L=600m；平均倾角：β=24° 胶带运输机为上运皮带。 1、选型计算：

①运行阻力与胶带张力计算

初选1250S-800型PVG整芯胶带，纵向拉断力P=1250N/mm 皮带每米重：qd=19.6kg/m 上托辊传动质量：qg′=9.3kg/m 下托辊传动质量：qg″=4kg/m A、重载运行运行阻力与胶带张力计算 1）运行阻力计算： 重段运行阻力

wzh=g*(q1+qd+qg′)*L*w′*cosβ+g*(q1+qd)*L*sinβ =10*(14+19.6+9.3)*600*0.03*cos24°+10*(14+19.6)*600*sin24°

=89109N

式中：q——每米胶带上的货载质量； q1=Q1/3.6V=100/（3.6*2）=14kg/m； qd—胶带每米质量，取qd=19.6kg/m； w′—槽形托辊的阻力系数，取0.03；

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空段运行阻力：

wk=g*[(qd+qg″)*L*w″cosβ-qd*L*sinβ]

=10*(19.6+4)*600*0.025*cos24°-10*19.6*600*sin24° =-44627N

式中：w″--直托辊阻力系数，取0.025 2、胶带张力计算

用逐点计算法求胶带各点张力

S2=S1+wk

S3=1.04S2=1.04S1+1.04wk S4=S3+wzh=1.04S1+1.04wk+wzh

S5=S6=1.04S4=1.042S1+1.042wk+1.04wzh ① 按摩擦传动条件考虑摩擦力备用系数列方程：

S6=S1[1+(eua-1)/m′]=S1[1+(e0.2*8.5-1)/1.15]=4.66S1 ② 式中：m′—摩擦力备用系数，取1.15；

μ—胶带与滚筒之间的摩擦系数，取0.2； 方程①和②联立解得： S1=12409N

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S2=-32218N S3=-33507N S4=55602N S6=S5=57826N ③胶带垂度与强度验算： 3、垂度验算

重段最小张力点张力：S3=-33507N 按垂度要求重段允许的最小张力为： [Smin]=5*g*(q1+qd)*Lg*cosβ

=5*10*(14+19.6)*1.5*cos24°=2303N

因为S3＜[Smin]，所以胶带垂度不满足要求，为保证胶带的悬垂度要求，令：S3=2303N，代入原方程组中求得：

S1=46841N S2=2214N S3=2303N S4=91412N S6=S5=95068N 4、胶带强度计算

m*SzdSd =B=10*95068/800 =1188N/mm＜1250N/mm

式中：m--胶带安全系数，取10；

所以，胶带选用1250S-800型PVG整芯胶带，满足要求. 5、计算牵引力与电动机功率

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①输送机主轴牵引力为：

w0=（S6-S1）+0.04*(S6+S1)=53903N ②电动机功率为：

N=kW0*V /1000η =1.15*53903*2/1000*0.85=146kW 式中：η--减速器机械效率，取0.85； k--功率备用系数，取1.15；

所以，输送机在重载运行时电机功率选用160kW，满足要求。 6、胶带机制动力矩验算： 胶带机铺设长度L=600m 机头机尾巷道垂高H=-280-（-500）=220m （机头标高为-280，机尾标高为-500）

胶带机铺设平均坡度 β=sin-1(220/600)=24° 则驱动滚筒上所加的制动力矩

D*gT0=2*[ q*H-(q+qd)*L*w′*cosβ-qd*L*w′′*cosβ1*10=2*[14*220-(14+19.6)*600*0.03*cos24°

]

-19.6*600*0.025*cos24°] =5*2258=11290N*m

式中：D--驱动滚筒直径，取D=1m； q--每米胶带上的货载质量；

q=Q/3.6V=100/（3.6*2.5）=14kg/m； qd--胶带每米质量，取qd=19.6kg/m； w′--槽形托辊的阻力系数，取0.03；

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w′′--直托辊的阻力系数，取0.025；

因电动机额定转速n=1480r/min，带速v=2m/s，则传动比为

n*?*D1480*3.14*1 I0=60*v=60*2=38.727

如果制动器安装在高速轴上，则制动力矩 T高=T0/38.727=292N*m 取制动力备用系数K=1.3，则 T制=292*1.3=380N*m

因为任一台制动器的制动力矩必须满足整条胶带机制动力矩的需要，所以胶带机的制动力矩

胶带机所配备的液力制动器型号为BYWZ5-500/90，额定制动力矩为1000N*m，大于胶带机所需要的制动力矩，所以胶带机配备一台液力制动器满足要求。

7、胶带机逆止力矩：

逆止器安装在减速器高速轴上，则逆止力矩 T逆0=T0 /i0=11290/38.727=292N*m

因为任一台逆止器的逆止力矩必须满足整条胶带机逆止力矩的需要，所以每台逆止器所需的逆止力矩

T逆'=T逆0=292N*m 取安全系数K=1.3，则逆止力矩

T逆=K* T逆'=1.3*292=379N*m<800N*m

由计算可知，选用NF-63-N-80型逆止器，额定逆止力矩为800N*m，满足要求。

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三、关键技术及创新点

1、在上托辊我们采用4节深槽上托辊加大胶带的成槽型，使胶带的槽型角达到60°，同时也增大了物料断面的动堆积角θ。采用“人”字型花纹带增大胶带与物料之间的摩擦面积，防止物料下滑、滚动。

2、加装摩擦皮带，依靠皮带摩擦带动中部皮带云装。“辅机”驱动相当于整机的中间驱动。“辅机”原理在于利用辅机驱动滚筒驱动线摩擦皮带，通过主、辅胶带的摩擦带动原胶带机中部胶带，并使主、辅胶带同步运转。“辅机”驱动相当于整机的中间驱动。“辅机”的电机起停均在皮带机头控制，皮带司机可以通过对主电机开关的起停控制“辅机”的起停，从而达到同步的目的。避免了因起停不同步而造成

3、胶带机机尾设计安装承接装置与耙斗装岩机实现完美搭接。机尾架采用地锚固定方式，安装在耙斗装岩机溜槽口下，便于装载物料，改变运输方式。一般掘进巷道中都是采用矿车循环运输，但这种运输方式不仅劳费人力、物力，而且效率也无法与胶带输送机相比。因此将耙斗装岩机溜槽口与皮带机机尾相搭接创新项目极具推广意义。

4、采用进口技术，对传动滚筒进行包胶处理，增加滚筒传动摩

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擦因素。根据生产介绍经验，定制加工菱形花纹，以增大橡胶板表面摩擦力，减少皮带打滑，提高运行效率和安全系数。在几乎不停产的情况下，对皮带机驱动滚筒现场包胶，解决了皮带打滑问题。冷硫化采用材质致密、弹性好、摩擦系数高的胶板，具有极高的耐磨性并且抗拉力及抗撕裂性能好，相比热硫化包胶具有更长的使用寿命且不用拆卸打回平地，在井下现场包胶即可，

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四、社会效益与经济效应分析

该装置投用后，提高了掘进的效率，保证了31下山的顺利掘进。从改造闲置设备到加装“辅机”实现电机的连锁集中控制，超化矿技术人员积极摸索大倾角皮带的安装条件和大倾角皮带巷常见的运行隐患。采用了深槽60°四节托辊组，另外在整部皮带机每20m安装一套压带棍组、每30m安装一套挡煤板。改造后的31大倾角胶带机具备以下优点：

（1）实现驱动滚筒的集中控制； （2）控制使用和维护方便；

（3）实现了物料的安全、可靠、连续输送； （4）保证了有效的生产时间； （5）可靠的制动及逆止装置； （6）节约了装备投用成本； （7）提高了输送机的输送安全系数。

从改进、安装应用到现在，整部胶带机运行可靠，电气控制稳定，并实时监控滚筒表面附胶情况。并及时更换表面包胶磨损的滚筒或及时对井下滚筒现场包胶，并无运行事故发生，已取得了良好效果。保证了31下山煤矸的连续输送任务。

通过对原闲置胶带机的自主改进，节省了大量的设备购进资金，31大倾角皮带实现了物料的连续运输，相比以前的矿车循环输送，节省了大量的劳工数量和物力提高了掘进效率，并提高了设备的安全性。经过2年的使用共节约资金约320万元。

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五、结 论

31大倾角胶带机从安装至投用至今，在对闲置设备的加工改造后整部胶带机在防止物料的回运和物料打滑技术已成熟。对滚筒冷包胶和增加“辅机”的举措成功克服了胶带机的打滑情况，使输送机的安全系数大大提高。

改造后的31胶带机在实现驱动滚筒集中控制的同时也使控制使用和维护更加方便，既实现了物料的安全、可靠、连续输送又保证了有效的生产时间。原有掘进都是耙斗装岩机卸载端与矿车配合运输，通过矿车循环运输实现煤矸输送，大大减低了工人的劳动强度。改进后实现了煤矸的连续运输，充分实现了31皮带连续运输、高效的优点，同时也降低了劳动强度、节约了物力。具有很大的社会效益和经济效益。

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31皮带下山坡度示意图二水平车场溜煤眼31021上付巷溜煤眼31041上付巷溜煤眼31皮带下山断面图轨道中线巷道中线31041下付巷溜煤眼31061下付巷溜煤眼注：1、31皮带下山设计全长667m， 最大坡度23°。 2、煤段断面宽4.7m，高3.5m； 岩段断面宽4.4m，高3.6m。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hv55.html