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摘要：目前，我国中东部地区现有煤矿已开采多年，大多向着深部延伸，地质条件复杂，掘进、开采及运输难度都增大。井下带式输送机机巷倾角大、下山运输等情况愈来愈多，带来的煤炭运输难度大增，存在较大安全风险。适用此种巷道的大倾角下运带式输送机的开发应用成为紧要的现实需求。大倾角下运带式输送机负载正常运行时，系统处于发电工况。如带速超过设计带速，带式输送机便进入飞车运行状态，造成胶带叠带、损坏输送机机架、物料洒落堵塞巷道掩埋机头等现象，酿成生产安全事故。重载停车时，停留在胶带上的原煤会产生很大的下滑力，极易造成胶带下滑、飞车、断带等事故。本项目采取了多项创新设计，解决了制约大倾角下运带式输送机安全运行的诸多问题。经过实践应用证明，该项目输送机设计合理，安全运行效果良好，效益显著。

关键词：带式输送机；大倾角下运；飞车

0 引言

我国中东部煤炭资源较少，煤炭赋存条件差，井下地质条件复杂恶劣。随着开采的不断深入，煤炭走向变化多端，极不规则，大倾角、多起伏的带式输送机机巷越来越常见。针对这样的特殊巷道，如何充分地发挥带式输送机安全、高效、经济的运输特点，是需要我们攻克的一个重要课题。

1 项目概况

安徽恒源煤电股份有限公司钱营孜煤矿西三采区带式输送机上山机巷为卸载段短平巷后接大倾角斜巷的巷道，上口平巷长度60m，下口卸载段平巷长度67m，整体倾角0～-16.5～0°，提升高度：H= -265m。需安装的带式输送机主要技术参数如下：a、运输量：1300t／h；b、带宽：1.2m；c、带速：3.15m/s；d、整机长度：1130m。

2 设计思路及方案

2.1 创新设计思路

该带式输送机是井下固定巷道用输送机，工作环境较差，下运角度大，服务时间长，所以设计时要满足高强度、高寿命、高可靠性的使用要求。

带式输送机传统设计思路是将驱动系统和传动装置、张紧装置、卸载装置一起布置于机头卸载段，尾部只布置一个机尾装置，布置方式简洁。但下运工况下，输送机运行过程中制动，极易造成叠带、打滑、“飞车”等现象，且上口段胶带张力很大，对张紧装置、张紧车等部件规格及性能要求高，不利于整机安全运行。

研究采用在输送机尾部采用多点驱动+制动的布置方式，将驱动系统、传动装置、盘式制动器设置于上口平巷段，其中一套传动装置兼作机尾；卸载及张紧系统设置于下口卸载平巷段。这样张紧系统张紧力极大降低，输送带所需带强大幅下降，各滚筒、托辊、机架受力均减小，输送机可在较低受力状态下运行，安全系数得到提升，也能减少设备成本投入。

2.2 设计方案

依据该带式输送机主要技术参数，进行计算选型设计。本着驱动系统设计简单高效、节省空间原则，选用3×400kW/AC1140V永磁同步变频电动机。输送机采用机尾集中三滚筒三电机（1：1：1）驱动方式，永磁同步变频电动机直接驱动驱动滚筒，驱动滚筒另一端安装盘式制动器，每套盘式制动器制动力矩均能满足输送机制动力矩需求，充分保障输送机能够长期连续工作。

设置独立卸载装置，直接往井下“大眼”内卸料；输送带张紧采用能实现输送带自动张紧的自控液压张紧方式，保证输送机动态张紧、平稳运行。

驱动滚筒为带式输送机的核心部件之一，基于可靠耐用、减少维护量的原则，选用陶瓷包胶驱动滚筒，滚筒轴承采用进口优质轴承，同时配置温度和振动测量元件，实时监测、预警和保护。

该输送机为固定式，倾角大，需长期服役，故选用钢丝绳芯胶带：ST/S2500。经计算，所需带强m=7.5符合标准要求，满足安全运行需要。

设置多种方式的安全保护装置，全方位精准保护输送机安全运行。输送机下行承载段间隔布置阻尼、阻矸装置，防止“飞车”事故发生。在斜巷段靠近上口、下口50米处设置全断面断带抓捕器各一套，通过检测传感器持续监测皮带张力的变化，将皮带张力骤降作为断带抓捕依据，同时向皮带机主控系统发送停机信号，避免事故扩大，降低损失。配置钢丝绳芯胶带在线监测装置，实时监测、保护钢丝绳芯胶带。

3 优化部件设计配置

3.1 驱动系统优选

驱动系统选用行业最新产品永磁同步变频电动机，替代以往的电动机+减速器+变频器布置方式，通过变频控制，提高多个驱动单元之间的同步性，使设备负荷分布更加均匀，具有提升传动效率、减少事故率、减轻检修劳动强度、节约安装空间、节能降耗等优点。

电动机配备用于温度连续监测的定子及轴承测温元件，且测量值能在变频器显示屏上显示，且具备数据上传功能，与输送机主控连接，超温报警停车。

配套矿用隔爆兼本质安全型交流变频器，调速范围：0～电机额定频率；控制方式：开环矢量控制，稳速精度±0.2%，本地/远程切换控制模式；拓扑结构：三电平，四象限。具有电机过载、过热保护；过电压、欠电压；输入、输出缺相；短路保护；漏电保护；接地保护功能。

配套自循环水冷机三台，一台水冷机冷却一台永磁同步电动机，确保冷却效果，实现永磁电机24小时连续工作制。

3.2 陶瓷包胶驱动滚筒

所有滚筒均采用整体铸焊结构，滚筒与轴之间采用胀套联接，拆装方便快捷；驱动滚筒直径为Ф1280mm采用陶瓷包胶，其余直径Ф1000mm及以上滚筒采用菱形包胶，摩擦系数大，排水排污能力强，使用使命长。

滚筒选用进口优质轴承，配置用于温度和振动连续监测的测量元件，测量值能在操作台显示屏上显示，与输送机主控连接，具备超值报警停车功能。

3.3 创新设计托辊组布置

（1）输送机下运角度大、运量也大，如采用正常的35°三联槽型托辊组，物料运输过程中极易滚动滑落。考虑增大托辊组槽型角，将输送机斜巷段上托辊组由35°三联槽型托辊组改为60°四联深槽型托辊组，搭配40°和50°槽型托辊组过渡，增大胶带与物料之间的接触面积，提升物料运行中的稳定性，同时也减少物料在制动过程中产生滑动造成的物料堆积和推倒机架的事故发生。

（2）平巷承载段采用35°三联槽型托辊组，下部空载段采用V型托辊组+平托辊组搭配使用，靠近滚筒处布置平托辊组，其余布置具有胶带调偏功能的V型托辊组。同时配置上下自动纠偏装置，均匀布置，有效防止胶带跑偏。

3.4 安全可靠的张紧系统

在巷道下口平巷段设置矿用永磁变频恒扭矩变频自动张紧装置，可根据设定的张紧力跟踪调节监，在输送机起动时，主控系统给张紧系统一个起动信号，张紧系统会起动变频器，将输送机张紧到额定张力的1.2倍；当输送机起动过程结束后，张紧系统自动将输送机张力调整到额定张力范围内，并随着输送机的运行实时调节胶带张力，使输送机张力始终维持在额定张力范围内。

同时变频自动张紧留有接口与主机电控联接，能够实现集中控制；张紧车设置导向轮，既能游动导向，也能防止张紧车偏摆掉道。

3.5 制动系统创新应用

（1）盘式制动器选配

盘式制动器是当前下运带式输送机的必备配套件，科学配置至关重要。根据设计计算，给予该项目输送机配置KPZ-1400型盘式制动器3套，与驱动滚筒、永磁电机按（1：1：1）平行布置。采用“三盘两站”式组合方式，即3台盘式制动器加2台液压站，其中1台闸盘配置1台液压站，其余2台闸盘共用1台液压站。液压站均采用双液压回路，一用一备，确保生产运输连续性。参照汽车ABS制动系统设计盘型制动器制动系统，具有超速、打滑、制动盘超温检测及保护功能。能与永磁同步变频电动机协同控制，输送机停车减速度控制在0.05∼0.3m/s2范围内可调，当控制系统突然断电或保护停车指令发出时能可靠制动直至平稳停车。

（2）液压阻尼装置创新应用

创新研制液压阻尼装置，布置于斜巷下运段中间架上，增大胶带运行阻尼，有效提升输送机安全运行系数。液压阻尼装置（见图3）主要由槽型框架、高性能阻尼板、油缸座、油缸、缓冲底座、液压站及液压软管、电控箱等组成。油缸采用RSC型薄型油缸。检测输送带和物料瞬时重力、运量或主电机电流参数，一旦超出设定值，输送机主控发出动作信号，实施一级阻尼保护；输送机主控采集瞬时带速，输送带超速时，主控同时向盘闸及液压阻尼装置发出制动信号，液压阻尼装置实施二级阻尼保护，降低带速；输送机启动、停机或掉电时，液压阻尼装置动作，辅助制动。

实施普通阻尼板和液压阻尼装置联合应用，有效增加胶带运行阻尼。在斜巷承载段按30米间距设置槽型普通阻尼板30套，通过阻尼板和输送带之间产生的摩擦力，来克服输送带物料产生的下滑力。

3.6  优化控制系统设计

（1）优化启动程序，启动前先给永磁电机低频启动信号，让电机输出一定扭矩，通过滚筒与胶带产生摩擦力大于胶带上、下分支运行阻力之和，防止重载启动时胶带下滑飞车。

（2）优化防飞车控制程序。在驱动装置主轴上增加轴编码器采集速度，控制系统通过对胶带速度与驱动装置速度的比对，判断胶带是否存在超速趋势，一旦检测到超速趋势，及时由控制系统控制制动装置采取贴闸运行方式，增加制动力；张紧装置快速张紧，调整胶带松紧程度，增加胶带与驱动滚筒之间的摩擦力；液压阻尼装置自动投入，增加胶带运行阻力等方式，同时停止上级输送带给煤，通过以上措施增加胶带的外界制动力，使胶带减速运行；待胶带运行速度小于“飞车”临界速度后，外加制动力逐一解除，使带式输送机运行在额定速度下。

（3）优化停车控制程序。正常停车时，先给永磁电机降频信号，低速运行，待制动装置、张紧装置停止后，变频器控制电机停止工作。非正常停车时，主机控制系统将采取快速贴闸制动方式进行制动，降低制动对胶带的冲击和损伤。

通过优化主机控制系统，更加有效控制驱动装置，及时调整张紧力，合理控制制动装置投入时间，充分发挥各配套设备的性能，确保在不同运行工况下做到“飞车”可控。

3.7 多方位安全防护措施

1）配置全断面断带抓捕器2套：抓捕器采用无源动力纯机械结构，检测传感器通过持续监测胶带张力的变化，将皮带张力骤降作为是否发生断带的依据；抓捕过程中，传感器立即向胶带机主控系统发出断带故障信号，使主电机停机，防止事故扩大；抓捕方式为上、下胶带全断面同时接触抓捕；分体式结构，方便运输安装，独立安装于输送机的两侧，平时对输送机正常工作无任何影响，制动时机体单独受力，不会对输送机架造成损伤。

2）在斜巷段行人侧全程设置防护网，防止物料飞出伤人。间隔20米布置阻矸装置，横向安装于输送机中间架上，有效阻挡物料持续滚动。

3）在斜巷段与普通支腿间隔布置防倒支腿，防止长期大运量物料运输冲击压垮中间架和支腿。

4）配置矿用钢丝绳芯输送带无损监测系统

该系统采用 X 射线照射钢丝绳芯输送带，利用钢丝和橡胶对 X 射线透过率的不同，采用成像技术准确的对内部钢丝进行检测，能够准确检测钢丝绳输送带内部钢丝断丝、磨损、疲劳、锈腐蚀等各种损伤和输送带接头钢丝的抽动。

4 应用效果

4.1安全效果

该输送机2022年8月在钱营孜煤矿西三胶带机巷下运系统的应用，到目前未出现过叠带、“飞车”现象，实现了不同运行工况下“飞车”可控，系统整体运行平稳。

4.2经济效果

（1）该输送机投入使用后，累计运输原煤50余万吨，年销售收入3亿元。

（2）按照满载时发电功率675kWh分析，年节能量计算如下表：

5 客观评价

煤矿井下大倾角下运带式输送机的创新设计与应用，在满足带式输送机设计、安装、运行等国家标准的基础上，根据设备实际工况、运行安全隐患，采用有针对性的优化设计，创新并应用液压阻尼系统及ASB制动系统，有效解决了带式输送机在下运过程中长期存在的“飞车”、叠带、压架现象，有效保障了输送机运行安全。

各种保护系统、防护措施投入较多，整个系统较为复杂，能否长期稳定运行不得而知，需要长期应用和评估验证。

工作面设计时，设计部门应综合考虑巷道掘进走向、机电设备投入及运行成本、后期安全生产、设备运行风险及隐患等因素，选择最佳方案。尽可能采用先进的掘进设备、工艺，使最终巷道走向有利于后期机电运输及开采设备高效安全稳定运行，产生最大效益。

参考文献：

[1] GB/T 50431 《带式输送机工程设计规范》

[2] MT 820 《煤矿用带式输送机技术条件》

[3] GB/T 10595-2017《带式输送机》