我国煤矿带式输送机现状与发展趋势

2008年第1期

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设计研究

我国煤矿带式输送机现状与发展趋势

蒋卫良

1,2

,韩东劲

1

(1.煤炭科学研究总院上海分院,上海200030;2.中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会,上海200030)

摘　要:　煤矿带式输送机正向着大型化方向发展,分析常用带式输送机的现状和技术难点,提出

急需的关键技术。关键词:　带式输送机;现状;大型化;关键技术中图分类号:TH222　　　文献标识码:A　　　1001--06

DevelopmentSituationMiningBeltConveyor

JIGWei2liang,HANDong2jing

ResearchInstituteShanghaiLtd.,Shanghai200030,China;

2.MiningM2EclectricSpecialCommitteeofChinaCoalAssociation,Shanghai200030,China)

Abstract:　Thenativeminingbelt2conveyorisdevelopingbylarge2sizemodification.needfulkeytechnignes.

Keywords:　belt2conveyor;recentsituation;large2sizemodification;keytechnique

Throughtheagencyof

analyzingthedevelopmentsituationandtechnicalnecksofcommonlyadoptedbelt2conveyor,putsforwardsome

1　概述

功了多种软起动和制动装置以及可编程电控装置。但和国外先进机型相比,国内输送机机型一般较小,带速通常不超过4m/s,普遍沿用静态设计法,设备成本偏高,运行的可靠性偏低。此外,我国尚未形成元部件的大规模专业生产厂,设计制造水平有待提高。3　带式输送机常用机型

(1)固定带式输送机

带式输送机具有长运距、大运量、连续输送等优点,且运行可靠,易于实现自动化集中控制。带式输送机已成为煤炭高效开采的关键设备。上世纪九十年代以来,我国煤矿带式输送机向长运距、高带速、大运量、大功率的方向发展;经过科研攻关和引进、消化吸收国外先进技术,基本满足了发展需求,但与国外先进带式输送机比仍然存在不少差距。为了适应现代化煤矿建设的发展要求,国产带式输送机的设计和制造水平,都亟待有一个质的飞跃。2　国产矿用带式输送机的现状

固定带式输送机是目前煤矿使用量最多的一种机型,主要用于水平或倾角小于18°的场合。目前最大主参数分别为:运量1000～4500t/h,运距1000～8000m,带速2.5～5.6m/s,带宽2200mm,驱动总功率750～5550kW。国产输送机现在钢绳芯带最高用到ST5000,整芯带用到PVG3150S,高强度机械接头仍然需要进口。为了降低胶带强度要求和减小驱动装置尺寸,通常采用中间直线摩擦驱动或中间卸载式驱动,并采用软启动技术。现已开发出近10种软启动方式,较好解决了大型输送机的启动问题。煤科总院上海分院为晋城局赵庄煤矿设计开发制造

十多年来,国产煤矿带式输送机从SDJ、SSJ、STJ、DT等系列定型发展到各种多功能特种带式输

送机系列,如大倾角带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机,大倾角、长运距带式输送机系列产品等,并用动态分析、智能化控制技术等对关键设备进行了理论研究和产品开发,研制成

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89°。

　

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的主斜井带式输送机主参数:运量2500t/h,运距1650m,带速5.6m/s,带宽1600mm,驱动功率3×1850kW,变频调速。

(2)可伸缩带式输送机

可伸缩带式输送机主要用于采煤工作面运输巷道运输,机尾可随采煤工作面的推进收缩,利用储带仓收容多余的输送带,结构紧凑,机架轻巧,拆装方便,一般采用整芯带,用机械接头联结,可配中间驱动装置满足较大运能和较大运距要求。2005年神华集团神东公司年产800万t矿井的高产高效工作面配套了一台国产大型可伸缩输送机,主参数为:运量2500t/h,运距6000m,带速4m/s,带宽1400mm,输送倾角≤3°,功率3×375+3×375kW,整芯带PVG1800S。2006年神华集团神东公司又装备了二台运量4000t/h,运距6000m,带速s,宽1600mm,输送倾角≤3°,功率3,先进水平。

(3)大倾角上、下运带式输送机

大倾角上、下运带式输送机是上海分院承担的国家“七五”攻关项目,先后获国家计委、国家科委和财政部颁发的科技攻关重大成果荣誉奖,煤炭部科技进步一等奖和部推广二等奖。到目前为止,已投入使用300多台,其中输送倾角26°～28°的5台,输送倾角30°～35°的4台。为了适应国内煤矿使用大倾角上运带式输送机的迫切性和广泛性,经过系列化设计满足不同需要,改进和研制不同带宽的双排V形深槽托辊组,使输送倾角提高到了+35°,下运输送机倾角也可达-28°。大倾角上运带式输送机系列既能实现软启动和均载,又能改善制动性能。输送机带宽增加到1600mm;功率增加到3000kW;运距达到1500m以上;带速提高到4.5m/s;运量提高到2500t/h;原煤允许含水量放宽到20%。

(4)水平拐弯带式输送机

水平拐弯带式输送机可以绕开建筑物或不利地形,减少甚至不设中间转载站,集中系统供电和控制,减少物料溢出或堵塞的危险,减少粉尘飞扬和噪声,减少了不必要的能耗。

我国对水平拐弯的输送机研究较早,上世纪90年代,试制成功水平拐弯装置,在煤矿井下成功应用。2001年在上海地铁工程施工中,也采用了水平拐弯可伸缩输送机,隧道长度2000m,多处拐弯,最小水平曲率半径为360m,最大水平拐弯角达到

水平拐弯带式输送机在法、美、德和奥地利得到广泛应用。1980年法国一台拐弯带式输送机机长11.12km,高差577m。澳大利亚恰那矿的一台水平拐弯带式输送机曲率半径9km,弧长4km,功率3×700kW(直流)。

(5)下运带式输送机长运距、大运量、大倾角下运带式输送机的使用,可较大幅度地减少采区运输巷道工程量,降低基建费用和缩短施工周期,电动机发电运行时还可向电网输电,,移动部分和,,生产中经常,因此下运输送机的关。目前国内外煤矿常用的制动装置有:①液力制动装置;②液压制动装置;③盘式制动装置。国家“六五”重点科技攻关项目带液力制动装置系统的下运带式输送机,是在驱动装置中装设液力制动系统,分两步实现制动,即先将输送机运行速度降低至额定速度的三分之一(减速度保持

2

在0.1～0.3m/s的范围内),然后由机械抱闸最终制动。当井下发生突然停电事故时,仍可实现二级制动。这种下运带式输送机目前达到的主参数为:倾角-25°,运量1500t/h,带速3.15m/s,运距2000m。盘式制动装置是下运输送机最简单的制动装置,但由于高速制动时产生火花及大量热量,仅用于每小时制动次数少于10次的低速制动。阻尼式下运带式输送机是在输送带底面施加阻尼力抵消载荷下运时产生的下滑力,也具有较广泛的应用前景,其驱动装置可以布置在输送机的下端,使电动机在驱动运转中始终保持电动状态。改善了输送带受力情况,同时可解决下运可伸缩带式输送机输送带不易伸缩的难题。在倾角不大于16°的下运工况均可应用,可随时调整防止下滑的阻尼力,十分灵活方便;这种带式输送机具有输送带张力小,结构简单,可以实现长距离运输等一系列优点,而且还具有软启动和功率平衡等功能;安全保护设施完善,微机控制、传感器监测,能满足煤矿防爆要求,使用安全可靠。平朔、华亭等矿区的下运可伸缩带式输送机,技术主参数为:运量2500t/h,运距3000m,带速3.15m/s,带宽1200～1400mm,输送倾角≤3°,功率3×375kW。

(6)垂直提升带式输送机

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国外从60年代末开始发展垂直提升带式输送机,德国TrellexFlexowell公司已有5万余台产品,

分布于90多个国家和地区。1996年5月,将料袋式垂直提升带式输送机应用于美国纽约北部一个水库隧道的竖井开凿中,连续垂直提升高度为208m,运速2.42m/s。

在适当的条件下使用料袋带式输送机,与箕斗提升和波状挡边式带式输送机相比,初期投资和运营费用都可以明显节省。

垂直提升带式输送机在我国煤矿尚属空白。根据我国大型煤矿的情况,若要满足主井提升需要,主参数必须满足运量1200t/h,提升高度≥400m。垂直提升输送机目前存在的问题:1)输送带a.阻燃性　由于煤炭行业的特殊性,绳芯带具有阻燃性能,21995《判断规则》规定的要求b.安全性　,仍然是垂直提升带式输送机尚未解决的问题,盲目扩大安全系数,既不经济也不科学。国外最新采用X光全程电脑跟踪探伤法,以检测硫化接头的连结可靠性,我国目前仍采用经验法。

c.冷粘技术　波状挡边的基带与横隔板现在是通过二次硫化方法连结成为一体,我国冷粘技术仍有待提高。

d.经济性　输送带价格约为5000美元/m。如果输送带全部依赖进口,大多数煤矿企业是不能接受的。

2)技术性能a.清扫装置　由于输送带结构较复杂,清扫效果是要解决的一个技术关键。

b.凸弧段抛料问题　物料在经过凸弧段时,在

ConveyorCo.Ltd.)于上世纪70年代末逐步形成了

管状带式输送机设计理论和系列产品,在32个国家

获得专利,向12个国家和地区转让技术。据不完全统计,共生产1000多台,最大运量3000t/h,最大机长3414m,最大运输倾角35°42′。90年代初,国内首台管状带式输送机在淮南矿务局新庄孜矿地面运输原煤,运量600t/h,运距227.65m,总提升高度6.52m,带速175m/min,绕过精煤仓有一个圆心角为40.15°,曲率半径115m的垂直弯曲段。它的成功运行开创了国内散状物料运输的新纪元。该机型的优点:

1):,具有):,降低了横,拓展了带式输送机的使用范围。

3)大倾角运输:物料被输送带包裹后,增加了物料与胶带之间的摩擦力和物料本身的内摩擦力,运输倾角可达27°～47°,如为花纹带,则可达60°以上,这对于大高差输送物料尤其重要。

4)不存在跑偏问题。

5)可分别利用输送带的上、下分支同时输送物料。

6)断面积较小,普通带式输送机的断面积为管

状带断面积的1.7～2倍。

7)整机移动方便,重量轻,环境卫生良好。8)可以减少转载环节,便于实现控制。

缺点:

1)对输送物料的块度有一定要求。2)不适用多点装卸料。

3)不适用给料不均匀的场合。

因此,管状带式输送机不适用于井下运输。(8)压带式输送机

压带式输送机由上、下两条闭环输送带组成。下带起承载作用,上带又称为覆盖带,主要用来夹紧物料,产生夹持作用,阻止物料的下滑和滚动,实现物料与输送带同步运行。压带式输送机也是为增大输送倾角而设计的。1954年在德国就有关于压带式输送机的专利。1979年美国大陆输送机设备公司开始研制压带式输送机,并于1983年研制出压带式大倾角带式输送机HAC(High2angleConveyor)运输倾角30°～60°,最大输送能力2900t/h,通过旋转的托辊组加载压带。之后,大陆公司已生产40多台

惯性力和离心力作用下,物料很容易抛落,特别是波

状挡边输送机0°～30°内物料抛落现象更严重。料袋带式输送机满载时也容易抛料。

2001年上海地铁施工采用了一条垂直提升带式输送机,其主参数为:额定连续运量180～200t/h,水平运输距离8.96m,垂直提升高度≥25m,带速1.25m/s,带宽1000mm,驱动功率45kW,该机于2002年9月安装调试完毕,目前正常使用中。

(7)管状式带式输送机

日本管状带式输送机株式会社(JapanPipe

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(2)可控启动技术

　

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HAC。从1991年到1994年,德国的MANTAKPRFODERTECHNIK公司研制了三台用于卸船机的压

带输送机。前苏联和日本等国也研制了这种带式输

送机。国内生产的压带式输送机倾角可达90°,物料最大块度可达到300mm。这种输送机由于本身结构的缺陷和经济上的原因,目前还没有在煤矿井下应用。

4　国产矿用带式输送机的发展方向

(1)大型化、提高运输能力

大型带式输送机启动是个加速过程,输送带发

生粘弹性变形而产生动张力。当带速越高、启动时间越短时,启动加速度与输送带粘弹性变形就越大,动张力也越大,严重时就会损坏输送带与其它元部件。

采用可控启动(又称软启动)技术,可使输送带启动时初张力下降小于10%,保证输送带不打滑。可控启动装置,必须具有以下性能:

1)启动时间可随带式输送机主参数调节,使启动速度曲线平稳,。

2),./s)。,在多机驱动时,还应。

5)具有过载保护功能。

6)启动时尽量降低对电源的冲击,避免对电源电流与电压产生污染。

7)输送机短时停车时,可以不停电动机。8)操作维护简便,工人易于掌握。

近几年来,国内外相继开发成功多种形式的软启动装置:

a.液粘性软启动装置,如澳大利亚的BOSS系统、美国的CST等;

b.液力型软启动装置,如调速型液力偶合器、加长后辅腔液力偶合器等;

c.电气型软启动装置,如变频调速、可控硅控制

2

在今后10年内输送能力要提高到3000～

10000t/h,带速提高至5～8m/s,可伸缩带式输送机输送距离要达到6000m以上,钢绳芯强力带式输送机须达到14000m以上,单台电机功率要达到1000～2500kW以上,输送带抗拉强度大于/mm(钢绳芯)和3150N/mm(整芯)(2)靠性,还要不断研究新的技术和开发新的元部件。

(3)扩大功能,一机多用

将带式输送机结构作适当修改,拓展运人、运料或双向运输等功能,做到一机多用,使其发挥最大经济效益。

(4)开发专用机型

我国煤矿的地质条件差异很大,为了满足特殊要求,应开发特殊型带式输送机,如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。5　矿用带式输送机发展的技术前瞻

(1)动态分析技术

对整机运行过程的动态特性进行分析,涉及基础理论和现代先进技术,是综合性的高新技术。德国、美国、日本等国较早开展动态特性研究,并已在实际工程中应用。应用动态分析技术优化设计大型带式输送机,安全系数最小可达4.8。国产输送机未经动态特性分析,即使使用了可控启动装置,其安全系数也需要取到8左右。官地矿即将使用的一条大型带式输送机使用了可控启动装置,安全系数仍须取8.02,只能选用ST3500钢丝绳芯强力输送带。如果采用动态设计,光输送带一项就可节省费用600多万元,经济效益相当可观。掌握动态分析技术,可使我国带式输送机技术水平有一个质的飞跃,应尽快开展这方面的研究工作。

开关磁阻启动等;

d.机械式软启动装置,如BEST、德国力士乐公司的辅助液压马达周转齿轮系统。

(3)下运制动技术下运带式输送机在正常运转时,借助电动机转子达到同步转速时产生的反力矩来限制输送带速度的提高。但当停机或电源中断时,由于失去控制,会造成滚料或飞车事故,故必须进行制动。制动过程是个减速过程,同样存在输送带变形与储存能量的释放问题,如控制不当,除了发生滚料、飞车事故外,还会损坏输送带及元部件,严重时可能发生输送带的折叠现象。

下运带式输送机的技术难点为:1)制动能量大

制动器吸收的机械能转化为热能,温度急剧升

高,超过150℃就有引起瓦斯和煤尘爆炸的危险。且使闸衬摩擦系数下降,制动器的制动力矩急剧下

降,以致造成飞车事故。

2)制动平稳性要求高

2

制动减速度要求限制在0.1～0.3m/s范围之内,制动时间约10～20s。为保持稳定的制动减速度,要求制动力矩能随负载的大小自动调节。

3)事故停电时要求迅速安全制动制动装置必须满足的技术要求:

2

a.制动减速度必须限制在0.1～0.3m/s范围内;

b.每小时制动10次,接触面除不产生火花外,各元部件温度不得高于MT820-1999《煤矿井下用带式输送机技术条件》中规定的温度;

c.整个采区停电也必须保证能够制动液力制动装置,积庞大,,易出事故,需要改进提高、重量轻,省掉一套机械抱闸制动器,操作维护简便,更适合于煤矿井下使用。但目前还有关键技术问题有待解决。

(4)自动张紧技术在确保输送带最小初拉力能满足挠度要求的条件下,驱动滚筒趋入点和奔离点的张力比应为定值。要求启动张紧力与额定张紧力的比值1.4～1.5,允许波动±10%;在正常工作过程中为0.9～1.1。

大型带式输送机张紧装置的技术要求:1)自动调整张紧力能随着输送带张力变化自动调节,使驱动滚筒趋入点和奔离点的张力比保持为定值。

2)响应速度快

当输送带张力发生变化时,张紧装置使其恢复到原值的响应速度越快越好,使输送带张力稳定,平稳运行;否则,可能产生振动,甚至发生共振。

3)不出现死区

如机尾有低谷的高垂度输送机,制动时输送带可能摺叠和严重变形,导致物料滚落,应予避免。重力张紧装置因受到煤矿井下空间的限制,仅用于倾斜带式输送机上。绞车与油缸相结合的自动张紧装置,经实际使用证明,能达到使用要求。使用液压绞车的自动张紧装置,响应速度与可靠性要高得多。张紧装置安装在不同的位置上,其所需张紧力与张紧行程相差甚大。目前国产张紧装置响应速

度不快、可靠性不高,有待进一步改进。

(5)中间驱动技术

采用中间驱动可以降低输送带的最大张力,降低输送带的强度要求,由于单元驱动装置小型化,不仅搬运、安装方便,而且还可减少安装空间,使巷道的拓宽量大为减少。中间驱动有两种:直线摩擦式与滚筒卸载式。直线摩擦式采用子带输送机向母带输送机输入功率,不但投资较大,且装拆子带输送机工作量大,影响工作面的推进,因而可伸缩带式输送机大多采用滚筒卸载式中间驱动。中间驱动的关键。解决(,提高带速比加大带。为了安全起见,带速一般控制在4～5m/s。带速提高后,托辊转速和旋转阻力增大,使用寿命降低。标准规定,托辊转速不得超过600r/min。

提高托辊质量对降低能耗、节省费用、增加运行可靠性具有很大的意义。托辊的使用寿命主要取决于轴承的性能,轴承摩擦阻力约占托辊旋转阻力的1/4～1/8,托辊常用204、205系列滚动轴承。国产

轴承的性能与英国、西德等国基本相同。国内研制开发了KA系列托辊专用轴承,主要改进措施是:

1)增大轴承的径向游隙和允许的偏转角,使不同心度和污物堵塞对轴承的影响小得多。

2)采用爪型柔性尼龙保持架。

3)加大沟槽半径,加大钢球直径,提高轴承的承载能力。

KA系列托辊专用轴承在非常恶劣的条件下运转,试验寿命可达到204轴承的10倍以上,而旋转阻力小一多半。带速一般不能超过4.5m/s。美国、澳大利亚等使用了新型注油托辊,轴承采用稀油润滑,其运行阻力小,托辊寿命可达10年以上,托辊速度高达6～8m/s。国内外托辊质量存在差距的另一个主要原因是加工质量,国内托辊生产厂家的加工工艺与设备精度保证不了设计要求,必须革新加工工艺和设备,才能制造出高质量的高速托辊,满足大型带式输送机高带速的要求。

(7)机尾快速自移技术

高产高效工作面,要求可伸缩带式输送机机尾在不停机的条件下快速移动。现在国外自移机尾都

配置液力驱动履带行走机构,其动力由支架泵站供应。我国已引进了几十台,但还没有自己设计和制

造的快速自移机尾。

(8)带式输送机运人技术

英国煤矿有近千台载人带式输送机、前苏联顿巴斯煤矿1998年就有140台载人运货输送机投入使用。1969年,兼运煤和人员、倾角大于18°的上山钢绳牵引带式输送机在本溪彩屯煤矿投入使用。随着长距离带式输送机技术的不断发展,煤矿越来越需要解决一机多用途技术,运人技术的研究成为当前急需解决的问题之一。

(9)电控与监测自动化技术

为了实现输送机可控启(制)动、中间驱动、功率平衡、带速同步、自动张紧与机尾自移以及各种保护装置、通信与信号联络等综合功能的要求,型带式输送机都已采用高档以及数据采集、处理、,完整的自动监控系统,除了自动监控输送机的可控启(制)动、带速同步与功率平衡等外,还对各种保护与安全装置、输送带张力、传动滚筒与托辊轴承温度、输送带接头强度、输送量计量等实行监测。国产带式输送机采用中档PLC可编程序控制器来控制输送机的整个工作过程,没有自动监控装置、没有故障诊断与查寻,也没有人员呼救的功能。

(10)CST的国产化技术

CST是最好的可控启动技术,迫切需要国产化。2001年8月国家科技部将动态软起动装置课题下

载机构的启动控制方面属国际领先,填补了国内空白,可替代复杂昂贵的进口产品,有十分广泛的应用前景。

(12)变频防爆技术

变频调速具有优越的软启动、软停止特性。在空载验带状态下,变频器可在5%～100%额定带速范围内任意调整电机工作转速。由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式,低频运转最大可输出150%额定转矩,因此最适于输送机“重载启动”特性。多电机驱动时其负载均衡精度很高。当输送机载荷变化较大时,。

研制W:

,同时目前市场上还没有用于恒转矩负载启动和调速的400kW/1140V防爆型变频器成品。

2)散热问题功率器件散热约占整个变频器散热量的一半,它直接影响变频器的寿命。

3)电磁兼容(EMC)

变频器由主回路和控制回路两部分组成,由于主回路进行开关动作的非线性,变频器本身就是谐波干扰源。变频器的控制回路是小能量、弱信号回路,极易遭受干扰,使变频器无法工作。解决好电磁兼容抗干扰问题是防爆型变频器正常工作的关键之一。

4)防爆外壳的设计防爆外壳的设计要兼顾散热、电磁兼容以及防爆结构的技术要求。6　结语

达给了上海分院,目前正在研制中。

(11)双电机差动软启动传动技术2001年上海分院研制了“双电机差动软启动传动系统”,这种软启动传动系统主要由大功率主电动机、小功率辅助电动机、差动行星传动机构等组成,能够在零至额定转速的范围内实现无级调速,并且能够在低速状态下可靠和稳定地长期工作,能够实现大功率机械的软启动、软停车、大范围无级调速、过载自动保护以及多驱动功率平衡等多种功能。不仅能够有效地节约电能,延长电动机和相关电器设备的使用寿命,也大大降低了对变压器和空气开关等设备的选型要求。与国内外常用的软启动装置相比,这种软启动装置还有以下特点:传动效率高,发热量小;工作可靠,使用寿命长;机械和控制系统简单,维护成本低等。它在大功带式输送机及其重

高产高效矿井原煤运输系统都采用带式输送机,且在向大型化与自动化方向发展,某些技术已进入当今世界高新技术领域。本文列述了目前应该抓紧解决的一些技术关键。只有重视采用新技术,大力开展关键技术的创新研究,才能使我国煤矿大型带式输送机设计水平、运转性能与可靠性有一个质的飞跃,满足煤矿高产高效的要求。

作者简介:蒋卫良(1961-),男,研究员。1984年毕业于淮南矿业学院,2002年获上海交通大学工程硕士学位,现任煤科总院上海分院运输机电中心总经理,发表论文20余篇。

(收稿日期:2007-10-30;责任编辑:陶驰东)