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大倾角强力带式输送机制动滚筒更换优化工艺及方法
摘要：为解决大倾角强力带式输送机更换制动滚筒难度大、耗时长的问题,运用理论计算及现场实际应用等手段,研究并优化了大倾角强力带式输送机制动滚筒更换的工艺和方法。为有效解决滚筒重量重、施工现场空间有限对滚筒更换效率造成的影响,针对现场施工空间、安全等方面的考虑,提出了大倾角强力带式输送机更换主滚筒施工工艺优化方案。施工艺优化后色连二矿主斜井滚筒更换安全可靠性提高,耗时减少,不仅实现了安全施工,而且大大提高了检修效率。
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中北煤化工有限公司现有主斜井带式输送机将井下煤炭直接运输至地面选煤厂，主斜井带式输送机作为色连二矿唯一煤流运输通道，其运行时间直接影响着矿井产能和效益。主斜井巷道倾角15°，采用DTL160/270/(3+1)×1800S型带式输送机运输，带式输送机井筒部分长1500m，采用双滚筒三电机驱动(三用一备)，采用S/ST5400型钢绳芯阻燃胶带，带宽1.6m，胶带重量1t/10m，带式输送机经长时间运行，制动滚筒出现故障需整体更换，由于制动滚筒规格为1830mm×1800mm，重量约19.5t，滚筒较重，且现场施工空间有限，用传统的方法需利用行车和手拉葫芦相配合拆装、起吊滚筒后需穿过带式输送机H架，施工难度大，耗时较长，且施工安全风险大。因此，很有必要对滚筒更换施工工艺进行优化，缩短更换时间，提高矿井安全效益和经济效益[1,2,3,4,5]。
1、滚筒更换工艺
1.1 总体思路
通常更换滚筒方法是利用起重机或手拉葫芦相互配合起吊滚筒后拆装、安装。由于带式输送机滚筒重量重，起吊过程需要穿过带式输送机H架，起吊过程安全风险较大，且以往更换制动滚筒的施工方法效率低，耗时长，工人劳动强度大、安全风险也高。为了提高带式输送机滚筒更换过程的安全可靠性和施工效率，决定采用创新性的滚筒更换工艺，利用大倾角带式输送机带面夹紧装置和大型滚筒更换的轨道平台，实现滚筒安全快速更换，满足以下要求[6,7,8,9,10]:
1)优化滚筒整体拆除、安装工艺，利用设计的大型滚筒更换的轨道平台，减少施工过程中手拉葫芦配合起吊次数，降低了起吊风险，提高了滚筒整体更换的安全可靠性。
2)优化带面夹紧工艺，采用大倾角带式输送机带面夹紧装置，带面固定安全可靠。
3)缩短夹带时间，提高作业效率。
1.2 有关技术核算
1.2.1 胶带下滑力计算
胶带下滑力计算公式如下:
式中，H为斜面力;G为胶带自重力，取154.3t;φ为—带式输送机倾角，取15°。
式中，N为垂直带面的正压力，kN。
摩擦力计算公式如下:
式中，F为摩擦力;μ1为托辊架与托辊摩擦系数，取0.01;μ2为胶带与托辊摩擦系数，取0.05。
单层胶带下滑力P为:
1.2.2 带面夹紧装置受力分析
胶带总重量约为309t，单层胶带下滑力为28.3t，夹板尺寸为δ=30mm普中板，2200mm×400mm，上、下层胶带各有2组夹板，每组夹板两端各有2台10t手拉葫芦，每组手拉葫芦受力:
式中，F1为每组夹板承受的下滑力。
式中，F2为葫芦最大拉力;Fmax为—每台葫芦最大拉力，10t;χ为葫芦数量，取4;Κ为系数，取0.8。
由于F1<F2，故满足胶带夹紧后不下滑要求。
1.2.3 夹板紧固磨擦力计算
1)夹具总压力计算:
式中，Fy为8.8级M36螺栓预紧力，取382kN;χ1为固定螺栓数量，4;Κ1为系数，0.8。
2)每组夹板的动摩擦力计算:
式中，F3为每组夹板动摩擦力;F为钢与橡胶的动摩擦因数，取0.6。
则上、下带面各使用2组夹板夹紧，2组夹板紧摩擦力F4=F3×2=1466kN×2=2933kN。
3)安全系数验算:
安全系数满足使用要求。
4)屈服强度验算:自制夹板采用δ=30mm普中板，空心矩形200mm×300mm。材料屈服强度235MPa，自制夹板螺栓中心距胶带中心为0.8m。
弯矩计算:
Fy为8.8级M36螺栓预紧力，382kN;
屈服力计算:
式中，Fe为屈服时的恒定力;Wz为抗弯截面系数，1451cm3。
屈服力<材料屈服强度=235MPa，满足要求。
1.2.4 夹具所用钢丝绳安全系数验算
钢丝绳型号6×19S+FC-24mm-1770。
式中，Qq为钢丝绳破断拉力总和，取1344kN;Fz为所受拉力，每组夹板两端头各使用2根24mm的钢丝绳连接，每组夹板承受下滑力，Fz=F1=14.15t=141.5kN。
计算得:m=1344kN/141.5kN=9.4>6。
钢丝绳安全系数满足使用要求。
1.2.5 滚筒起吊安全系数计算
制动滚筒自重(含制动滚筒和闸盘连接轴套、逆止器)17t(170kN)，滚筒逆止器侧使用1台10t手拉葫芦，制动闸侧使用1台10t手拉葫芦带住，满足使用要求。
1根钢丝绳双头起吊与行车配合垂直起吊滚筒，经查表钢丝绳最小破断拉力336kN。
起吊安全系数验算:
式中，Fh为钢丝绳的破断拉力总和;Qj为最大静张力。
安全系数m=2×336kN/(170/2)=7.9>6，满足使用要求。
1.3 大倾角带式输送机滚筒更换主要流程
1.3.1 大倾角带式输送机带面固定
在卸载滚筒的上胶带处和变坡点向下2m处，用2组自制夹带装置将上层胶带夹住，在变坡点向上3m处及张紧改向滚筒前2m处用2组自制夹带装置将上层胶带夹紧，防止带式输送机的带面下滑。带式输送机带面夹紧装置安装位置如图1所示。
图1带式输送机带面夹紧装置安装位置示意图(mm)
1)上带面夹紧:(1)将自制夹具在上胶带卸载滚筒处用M36螺杆紧固夹紧，在夹板两侧分别用钢丝绳头及卸扣将夹板和2台10t手拉葫芦连接，手拉葫芦勾头和卸载点基础框架连接;(2)将自制夹具在上胶带变坡点下方2m处用M36螺杆紧固夹紧，在夹板两侧分别用钢丝绳头及卸扣将夹板和2台10t手拉葫芦连接，手拉葫芦勾头通过24mm的钢丝绳与张紧改向滚筒基础框架连接。
2)下带面夹紧:(1)将自制夹具在下胶带变坡点前3处用M36螺杆紧固夹紧，在夹板两侧分别用钢丝绳头及卸扣将夹板和2台10t手拉葫芦连接，手拉葫芦勾头和张紧改向滚筒基础框架连接;(2)将自制夹具在下胶带张紧改向滚筒前2m处用M36螺杆紧固夹紧，在夹板两侧分别用钢丝绳头及卸扣将夹板和2台10t手拉葫芦连接，手拉葫芦勾头通过24mm的钢丝绳与张紧改向混凝土基础连接。
3)将上述4组夹具同步拉紧，确保上、下带面的2组夹板均匀受力。
4)各道夹带装置紧固完毕后，安排专人检查螺栓的紧固是否牢靠，生根点是否牢靠，胶带带面受力是否平衡。
5)在各个胶带夹紧点处喷漆，点动松液压张紧绞车，安排机工检查各个夹紧点是否固定牢靠，胶带是否下滑。
6)确定胶带固定牢靠后方可松张紧处胶带，胶带各处固定点设置专人观察，一旦发现带面有滑动迹象，及时撤离、停止作业。
7)手动启动张紧绞车将胶带缓慢松动4m左右，确保需更换滚筒处带面松弛，留出施工空间。
1.3.2 旧滚筒拆除
1)提前拆除制动闸座、油管、滚筒轴承座传感器及逆止器的销轴。
2)利用行车将自制的轨道平台起吊至待更换滚筒的左下方位置，固定好轨道平台后，将平板车推至滚筒的正下方。
3)滚筒制动闸侧主轴使用1根从行车横梁上绕过的钢丝绳，双绳头上挂2台10t手拉葫芦，使用起重链条将主轴系牢，系在制动轴套和轴承座之间;滚筒逆止器侧主轴，用2台10t手拉葫芦和行车主钩分别通过25t卸扣连接，使用起重链条将主轴系牢，系在滚筒和轴承座之间。
4)制动滚筒主轴两侧手拉葫芦相互配合将制动改向滚筒分别带住，拆除标记好的定位螺栓，拆除两侧轴承座的固定螺栓。
5)通过行车主钩和2台10t手拉葫芦相互配合，将制动滚筒缓慢起吊200mm高度，点动行车大车将制动改向滚筒平移至平板车正上方，制动盘侧手拉葫芦和行车主钩相互配合将滚筒缓慢放置到轨道平台上，滚筒放置到轨道平台后使用四个橡胶斜插将滚筒掩实。
6)拆除旧滚筒主轴两侧的手拉葫芦，使用1台5t手拉葫芦将平板车在轨道平台上平移出带式输送机架，再用行车起吊至安全位置。
1.3.3 新滚筒安装、校正及带式输送机恢复
1)用行车25T钩头上挂的1台20t手拉葫芦和横梁上2台10t手拉葫芦配合手拉葫芦将新滚筒起吊至平板车上，滚筒固定在轨道平台后拆除起重钢丝绳。
2)使用1台5t手拉葫芦将放置有新滚筒的轨道平台平移至滚筒安装位置的下方。
3)起吊新滚筒的方法与起吊旧滚筒一致。
4)通过行车主钩头的20t手拉葫芦和10t手拉葫芦相互配合，缓慢起吊滚筒至基础框架，将滚筒轴承座平稳的放到基础框架上。
5)固定滚筒轴承底座螺栓，并找正滚筒位置。
6)拆除各处的夹带装置，张紧胶带，恢复带式输送机并试运行。
2、主要创新点
2.1 大倾角带式输送机胶带夹紧装置
通过利用自制加工的带式输送机胶带夹紧装置，分别在主斜井井口变坡点位置和变坡点五米向上位置对带式输送机上、下胶带进行夹紧，相比在主斜井井筒五个不同位置利用10组夹板对上、下带面分段夹持固定的工艺，此创新成果大大减少了人力和带面夹紧固定的时间，缩短了施工时间，取得很好的效果。
2.2 更换大型滚筒的轨道平台
由于制动滚筒重量重，以往更换制动滚筒的施工方法在起吊过程需要穿过带式输送机H架及胶带，起吊安全风险较大，效率低，耗时长，工人劳动强度大。通过该方案的优化和设计，应用轨道平台更换大倾角带式输送机制动滚筒，解决了耗时长，工人劳动强度大、安全风险高的问题，提高了施工效率，降低了安全风险。更换大型滚筒的轨道平台是由轻轨和MPC25-9H型平板车平移滚筒，解决了因为空间局限造成拆除和安装制动滚筒的困扰，施工过程中利用此轨道平台，可方便、安全地吊卸滚筒，省时又安全。
3、效益分析
3.1 经济效益
大倾角带式输送机更换制动滚筒的施工工艺优化应用后，大大提高了工时利用效率，原更换滚筒需要32h，现只需18h就能将滚筒更换完毕，较原来施工工艺缩短了至少14h的施工时间，为原煤运输争取了时间，提高了矿井经济效益。若按主斜井带式输送机2500t/h运输量计算，14h至少生产3.5万t原煤，产生经济效益532万元(80%洗选率，吨煤单价按190元/t计算)。原施工工艺中需20人分布在井筒中五个位置进行夹持胶带，现通过施工工艺优化，只需利用4付夹带装置在井口位置对上、下带面进行夹紧，较以往在斜巷井筒利用10组夹具对上、下带面进行固定，减少了大量的人力和时间，节约了成本。
3.2 安全效益
施工过程中利用该大型滚筒更换轨道平台后，施工工序更合理、安全、简便，不仅避免了起吊重物穿过带式输送机H架及胶带的工序，而且该平台为组合式平台，重量轻、搬运方便，大大降低了施工的安全风险，安全可靠性高。
4、结论
1)通过对大倾角带式输送机带面固定工艺优化，利用自制加工的大倾角带式输送机带面夹紧装置，分别在带式输送机上口变坡点位置和变坡点五米向上位置对带式输送机上、下带面进行夹紧，对比在大倾角带式输送机主井筒的五个不同位置，利用10组夹具对上、下带面分段夹持固定的工艺，大大减少了人力和带式输送机胶带夹紧固定的时间，缩短了施工时间，取得很好的效果，对煤矿安全生产的发展具有重大意义。
2)通过对滚筒拆除、安装工艺优化，利用此大型滚筒更换轨道平台拆除和安装滚筒，应用此轨道平台更换大倾角制动滚筒，解决了以往更换制动滚筒时工作效率低，耗时长，工人劳动强度大、安全风险高的问题。大型滚筒更换轨道平台是由轻轨和MPC25-9H型平板车平移滚筒，解决了因为空间局限造成拆除和安装制动滚筒的困扰，施工过程中通过此轨道平台，可轻易的吊卸滚筒，省时省力，对提升矿井的系统安全和运行效率，实现减员增效具有重大的经济价值和现实意义。
3)该工艺在现场应用快捷、安全可靠，与煤炭安全、高效开采思路一致，可以推广到其他矿井使用。
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期刊名称：煤矿机械
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主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所
出版地方：黑龙江
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