履带牵引连续换带装置更换胶带的研究

舒汉国

（神华宁夏煤业集团红石湾煤矿有限责任公司，宁夏银川750001）

摘要 强力胶带输送机广泛应用于矿山领域的大倾角、长距离的物料运输，钢丝绳芯强力胶带是胶带输送机的重要组成部分，胶带输送机所使用的钢丝绳芯胶带是由若干段强力带经过硫化连接成的一整条完整胶带。由于长时间运转磨损及橡胶的自然老化，一般为10年就需要更换钢丝绳芯胶带。通过采用履带牵引连续换带装置更换大倾角强力胶带，保证换带的安全性，缩短换带时间及矿井停产时间，为神华宁夏煤业集团公司推广应用此项新技术探索出一条新路。

关键词 强力胶带输送机 更换胶带 钢丝绳芯胶带 履带牵引连续换带装置

随着我国经济的不断发展，煤矿行业也不断发展壮大。新技术的不断更新解决了一系列的重大难题，煤矿主运输强力胶带输送机是煤矿原煤运输的咽喉，其作用至关重要，而钢丝绳芯胶带作为大倾角强力胶带输送机的重要部件。传统的更换胶带的方法是300 m/卷新胶带与老胶带硫化，使用绞车配合下放胶带，再上新胶带与新胶带进行硫化，危险性极大，投入人员多、材料多、延长了矿井的停产时间，针对红石湾煤矿强力胶带输送机的实际情况，采取履带牵引连续换带装置更换胶带技术，大大减少了矿井停产时间，取得了显著的经济效益和社会效益。

本文从更换胶带设备介绍、换带工艺及流程、新旧换带工艺比较、应力计算方面，对履带牵引连续换带装置在更换强力胶带输送机胶带中的应用进行了深入的分析及讨论。

1履带牵引连续换带装置更换胶带主要设备、工器具及材料介绍

（1）主斜井井口制作、安装、叠放平板车轨道。铺设24 kg/m的钢轨20 m×4根，钢轨上分两排布置6辆平板车。制作15 m×5 m移动平台一套，安装在平板车上，并加固成整体。制作皮带硫化平台，并配合硫化工作。

（2）制作安装1套胶带导向架，用于定位新旧胶带。在胶带导向架上方安装2个Φ200 mm×1200 mm改向平托滚，下方安装2个Φ200 mm×1200 mm改向平托滚，用于牵引新旧胶带。

（3）移动平台两侧各20 m处挖埋地锚。在移动平台的南北两侧各安装1台18.5 kW回柱绞车（10t锚桩），缠绕6×37-26-1770钢丝绳。

（4）制作安装卷带装置支架，安装卷带装置。

（5）在机头溜槽前方与驱动装置后方布置型钢支架，安装履带牵引连续换带装置。

（6）将主斜井井口房卸载溜槽前的移动胶带机拆除，安装新带进井口房和旧带出井口房的导向胶带架。

（7）在井口房的井口侧安装布置四根250mm×250mm H型钢戗柱组合框架结构钢梁，安装上下带防溜装置。

（8）将机头处机架的托辊架螺栓进行更换。

2履带牵引连续换带装置特点

BLHD—400/1.6型履带牵引连续换带装置主要由上锁带机构、下锁带机构、上层履带机构、下层履带机构、液压泵站、电控箱、上下带速度检测装置等组成，见图1。具有如下特点：

图1履带牵引连续换带装置实物图

（1）采用“旧带带新带”的原理，履带牵引装置牵引旧胶带（上胶带），下锁带机构控制下放新胶带（下胶带）按编制的PLC控制程序快速安全更换。

（2）上下履带夹紧采用油缸和蓄能器实现恒压夹紧，能有效补偿胶带厚度的变化对夹紧力的影响。

（3）上、下锁带机构采用“液压松闸、弹簧抱闸”工作方式，能够实现在设备故障、断电情况下对胶带的锁紧，在换带过程中通过压力变送器对上、下锁带机构的夹紧油缸的压力实现在线检测，并具有自动补压和保压功能。

（4）上、下胶带分别装有速度检测装置，实时在线检测上、下胶带的速度，具有过速自动保护功能。累计上、下胶带的行走距离。

（5）电控采用PLC控制，具有检修和自动两种操作模式，操作简易。斜井胶带输送机胶带下放液压制动刹车装置在使用的过程中，胶带固定刹车可通过液压传动系统来实现，刹车装置作业时瞬间动作，制动力矩大，传动效果好，直接将整条胶带刹住固定，动作灵敏可靠，操作简单，使用方便，安全可靠。

3换带工艺及流程

3.1换带工艺

更换胶带的主要方法是采用液压履带换带装置更换胶带。履带连续牵引装置布置在卸载滚筒前方，牵引旧胶带沿上托辊组出井，新胶带沿下托辊组拖放入井，液压卡、制动器及手动卡共同作用控制胶带的拖放速度及胶带停与放。保证新胶带入井和旧胶带出井同步进行，该套装置设有失速保护，一旦出现失速现象，液压履带装置就会自动刹车，见图2。

图2大倾角胶带机采用履带牵引连续换带装置更换胶带工艺图

3.2换带流程

换带流程特点如下：

（1）更换主斜井胶带，型号ST/S4000胶带2500 m，包括新胶带地面叠放，旧胶带卷带及旧胶带拆除、新胶带安装。

（2）拆、安机头卸载溜槽，清扫器、导料槽，皮带防护罩。

（3）拆、安上平托辊40个，下平托辊25个。拆、安张紧装置。

（4）主斜井井口房凿砖墙洞3 m×2.8 m×0.24 m，拆、安排矸皮带。

（5）拖放胶带时安装18.5 kW回柱车2台，埋设10 t地锚2个；QBZ防爆开关共2台，缠Φ20钢丝绳400 m共2根，电缆MYP 0.66/1.14 3×35+1×16电缆100 m共2根。

（6）安装履带式牵引装置1台及配套液压站1台、液压管路，调试设备。

（7）安装卷带装置1台及配套设备，调试设备。

（8）安装卷带平台。

（9）安装液压夹紧装置1套及配套液压管路，设备调试。

（10）安装履带牵引装置、卷带装置、液压夹紧装置配电箱3个，敷设MYP0.66/1.14 3×50+1×35履带牵引装置配电箱及电缆100 m共1根，30 m 2根，敷设MYP 0.66/1.14 3×16+1×10卷带机、液压夹紧装置至配电箱电缆100 m共2根，30 m共4根。

（11）上部胶带机机头溜槽拆除，为更换胶带出旧皮带做准备。恢复现场、调试、试运转，见图3。

图3履带牵引连续换带装置换带示意图

4履带式与传统方法更换胶带的比较分析

大倾角胶带输送机传统更换胶带的方法一般采用先抽旧胶带后放新胶带的方法，这种施工方法存在工序繁杂、施工困难、耗时多、安全风险大等缺点，本文采用履带式换带装置新式更换法。生产实践表明，大倾角胶带输送机胶带采用履带式换带装置新式更换法可完全实现提前整体或整段连接，施工时只需完成出旧带进新带工作，施工安全系数高，更换过程快速简单，施工地点灵活，投入的人力、物力较少，停机、停产的时间短，适应性强，除此之外，安全效益远大于其他效益。

传统换带方式：在主驱动机房外安装5台JHDB-30/3.5绞车，沿井筒方向搭建胶带展放平台，将新旧胶带分上下隔开，平台上方叠放新胶带，平台下方抽出旧胶带。在井口变坡点处安装上、下胶带刹车装置，在驱动机房墙面开孔作为新胶带下放通道，并作为旧胶带回收通道。新胶带在地面硫化连接为一体，在合适位置将旧胶带断开，把旧胶带与新胶带硫化连接为一体绕过机头滚筒从下带下放，旧胶带另一端穿出抽带通道与牵引绞车钩头连接从上带抽出。用绞车抽旧胶带同时利用刹车装置下放新胶带，如此循环直至将旧胶带全部抽出，将新胶带接头硫化，整条胶带更换完毕。

履带式换带装置：更换胶带主要采用液压履带换带机更换胶带。履带连续牵引装置布置在卸载滚筒前方，牵引旧胶带沿上托辊组出井，新胶带沿下托辊组拖放入井，液压卡、制动器及手动卡共同作用控制胶带的拖放速度及胶带停与放。保证新胶带入井和旧胶带出井同步进行。

4.1传统换带方式缺点

（1）需要安装5台JHDB-30/3.5绞车，增加基础浇筑，大量设备投入。换带时间达10天。

（2）主驱动机房需要整面墙体开孔。

（3）5台绞车同时抽旧带过程中，速度同步很难控制，绞车钢丝绳极易弹起伤人。

（4）工序复杂，下放新胶带，需频繁操作夹带装置，增加了跑带的风险。

（5）施工投入人员多，交叉作业多，安全风险高。

4.2履带式换带装置优点

（1）换带周期短，仅需20h，就可以将整条胶带更换完毕，减少矿井停产时间。

（2）主驱动墙体不需要开孔，减少土建投入。

（3）安全效益高，利用履带式换带装置的液压系统，夹带力强，保证下放新带、抽出旧带不跑带，安全可靠。

（4）人员投入少，交叉作业少，安全可靠。

（5）主斜井井口安装履带牵引连续换带装置，不受巷道限制，适应性强。

（6）履带牵引连续换带装置设备整体配置合理，便捷安装，换带工艺各细节可控。

采用传统工艺与新工艺更换强力胶带的比较见表1。

表1采用传统工艺与新工艺更换强力胶带的比较

5应力计算

5.1履带机牵引力校验

F垂=胶带每米重量×提升高度=72×480=34560 kgf

F阻=（胶带每米重量+托辊转动部分每米重量）×胶带机长度×cos25°×阻力系数×槽形系数=（72+22）×1252×cos25°×0.022×1.2=2816 kgf

F=F垂+F阻=34 560+28 16=37 3761 kgf<40 t

下带下滑力计算：F’

F’垂=胶带每米重量×提升高度=72×480=34560 kgf

F’阻=（胶带每米重量+托辊转动部分每米重量）×胶带机长度×cos25°×阻力系数=（72+10）×1252× cos25°×0.022=2047 kgf

F'=F’垂-F’阻=34560-2047=32513 kgf

履带牵引装置能满足要求。

5.2钢丝绳安全系数校验

钢丝破断拉力总和=公称抗拉强度（MPa）×钢丝总断面积（mm2）

钢丝破断拉力=钢丝破断拉力总和×换算系数

钢丝绳安全载重力=钢丝绳破断拉力÷安全载重系数

吊车起吊钢丝绳计算：选用钢丝绳结构为6×37；换算系数为0.82；钢丝绳的公称抗拉强度选用1670 MPa；安全载重系数取6。

钢丝绳采用捆绑式起吊，每片梁有两根钢丝绳在梁端附近捆绑起吊，因此有2根钢丝绳分别受力，两个吊点的2钢丝绳受力分别按100 kN考虑。安全载重力取10 t，即100 kN。

钢丝绳破断拉力=钢丝绳安全载重力×安全载重系数=100 000 N×6=600 000 N

钢丝破断拉力总和=钢丝破断拉力÷换算系数=600 000 N÷0.82=731 707 N

钢丝总断面积=钢丝破断拉力总和÷公称抗拉强度（MPa）=731 707÷1670=438（mm2）

根据钢丝总断面积查表得：

钢丝绳规格6×37的钢丝绳满足钢丝总断面积438 mm2，钢丝绳绳径为26 mm，丝径为1.2 mm（此规格的钢丝绳钢丝总断面积为426.5 mm2）。满足起吊要求。

注：钢丝绳的规格和公称抗拉强度有变化时可根据具体情况重新计算求得钢丝绳的直径。

绞车及绳头钢丝绳选用：向上拉300 m胶带的牵引力N; Q为300 m胶带自质量；F1为胶带垂直作用在托辊上的力；F2为胶带自重引起的下滑力；F摩为胶带与托辊之间的摩擦力；Fj为绞车额定最大牵引力，Fj=15 T; f为胶带与托辊之间的摩擦系数，取0.035。

Q=72×300=21600 kg

F1=Q×cosa×g=21600×cos17.5°=4752 N

F摩=F1×f=4752×0.035=166.32 N

F2=Q×Sina×g=21600×Sin17.5°=6480 N

N=F摩+F2=166.32+6480=1107 N=6.646 kN

钢丝绳选型：选用6×19—Φ21.5 mm的钢丝绳及绳头。查表得出6×19—Φ21.5 mm（钢丝绳公称抗拉强度1670 MPa）的钢丝绳的最小破断拉力为221 kN，其安全系数K=221/N=221/6.646=33；取安全系数为33。选用JK15型慢速绞车，其容绳量为200 m。满足要求。

5.3钢梁承重校验

皮带下滑力：F’

F’垂=胶带每米重量×提升高度=72×480=34 560 kgf

F’阻=（胶带每米重量+托辊转动部分每米重量）×胶带机长度×cos25°×阻力系数=（72+10）×1252× cos25°×0.022=2047 kgf

F'=F’垂-F’阻=34560-2047=32513 kgf

钢梁承重力：

利用工字钢32a作梁，两端支撑在混凝土结构上，跨度6.5 m。工字钢焊接，将全部工字钢梁连成整体。

32a工字钢材料参数：

h=320 mm, b=136 mm, d=10 mm, t=15.8 mm；截面积（cm2）∶76.48；每米重量（kg/m）∶60.037；截面惯性矩Ix（cm4）:15800；截面抵抗拒Wx（cm3）∶875；钢梁自重：q1 =0.60037 kN/m；钢梁承受荷载：F=15× 6.5×4=390（kN）；化为等效均布荷载：q2=15 kN/m；总荷载q=q1+q2=15.6 kN/m。

钢梁承受荷载＞皮带下滑力，F’满足要求。

6结语

主斜井大倾角强力胶带机是煤矿安全生产的基础性设备，胶带是胶带机运输的重要组成部分，是胶带机运行的安全保障。近年来，煤矿机电运输事故频发，对煤矿机电运输专业应用新技术保障安全生产，提出了更高的要求，及时有效地解决大倾角胶带的更换难题，是保障煤矿机电运输安全工作的关键。

参考文献

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部．带式输送机工程设计规范［M］．北京：中国计划出版社，2008.

［2］焦方杰，于兴建．煤矿安全生产标准化［M］．徐州：中国矿业大学，2017.

［3］闻邦椿．机械设计手册［M］．北京：机械工业出版社，2016.

作者简介

舒汉国，1972年出生，先后在原灵武矿务局建井工程处、神华宁煤集团灵新煤矿、神华宁煤集团羊场湾煤矿、神华宁煤集团金能公司、神华宁煤集团清水营煤矿从事机电运输管理工作。2012年6月至今担任神华宁煤集团红石湾煤矿有限责任公司副经理。