选煤厂带式输送机输煤装置的优化设计*

尹学辉

(晋能控股煤业集团大地选煤工程有限责任公司，山西 大同 037001)

0 引 言

管状带式输送机广泛应用于国内钢铁、煤炭、水泥等行业的散料输送，取得了较好的经济效益和社会效益，具有长距离、连续化、大型化、系统化和成套化等特点。管状带式输送机的O型圆管状结构确保了物料输送的封闭性，相比传统带式输送机，提高了传输效率[1]。但是，传统带式输送机传输效率较低，运输成本较高。因此，笔者从工作传输效率、绿色节能、结构布置等方向对带式输送机的输送装置系统进行优化设计，通过应用优化后的输送系统，发现相比原输送结构，传输成本降低了20%，为选煤厂输煤设备高效化发展提供了一定的参考建议。

1 输煤装置系统概况

大地选煤厂的带式输送机安装在矿井出煤口，地处山沟的半山腰上，其出煤口与沟底的距离大约30 m。为提高长距离输煤效率，并且保证输送装置平稳安全工作，采用了管状带式输送机，它既可适应复杂的地质形式，也可以减少对生态环境的破坏和污染，其通过空中架设输送带，有效地调整了厂区内交通拥堵问题，最重要的是提高了运输效率，极大地节约了时间成本。带式输送机的输煤装置系统根据该厂地形进行布置，高架输送带通道按照厂区自然地形架设支撑架[2]，此外，由于远距离传输，该输煤装置需布置四套驱动装置，形式采用液压拉紧原理，保证输煤系统的平稳高效运行，同时在输煤装置两端需设置转载运输站，方便煤炭物流的持续运输。带式输送机输煤路线如图1所示。

图1 带式输送机输煤路线图

2 带式输送机输煤装置的优化设计

2.1 输送结构优化

常见带式输送机的输送带结构为敞口平铺式设计，如图2所示，物料的运输过程中常常会受限于气象变化，并且很容易出现物料撒落和扬尘问题，不仅危害生命安全、造成环境破坏，同时也影响物流的传送量，影响经济效益。现将传统的敞口式输送装置改造设计成封闭式输送装置，其承载端和非承载端都设计为管状形式，如图3所示，管状结构的设计可以使物料在管道内传输，不会出现物料撒落和扬尘现象，在保证物料纯净度的同时，还能避免了物料受气象环境的影响，此设计符合环保节能的要求，节省了传统带式输送机的走廊通道建设费用。此外，为了防止煤块落入输送带与滚筒的结合处，需要在输送带尾部安装防卷煤保护装置，该装置可以提前预警异物或者尖锐物料对输送带的损伤，使用红外线传感器、接近开关、超声波传感器等设备装置可以有效保护输送带，保证输送带正常高效运行，如图4所示为输送带防卷边装置示意图。

图2 管状输送机传统带 图3 优化后管状输煤结构示意图

图4 输送带防卷边装置示意图

2.2 输煤装置布局优化

在地形高差不可以避开的情况下，管状带式输送机不需要重新设立转载站，也无需在输送机上增设转弯装置，这是由于该输送机的输送带为圆管结构形式，这样的布置可以在水平和垂直面内实现转弯。此结构布置可降低横向刚度，在空间做任意方向的转弯时可使用小曲率半径实现，根据地形的起伏架设支架可直接绕开厂区内的障碍以及建筑厂房，完成三维空间布置，减少了输送机装备的数量，只需要一条输送带配备驱动装置则可以完成物料向选煤厂的输送，降低企业的基础成本和维修成本，同时提高输煤效率。

空间弯曲的布置格局既适应了该选煤厂地形设置，也提升了输送效率，并且减少了多带式输送机的搭接转载环节，极大地降低了工程施工难度，节约了成本。如果依照传统的设计方法进行规划，该地形需要设置配备四条槽型带式输送机，且需要进行搭接转载才可以完成煤块的输送转运。相反使用管状带式输送机进行运煤，只用一条皮带就可以完成矿井筛分楼到电厂转载站之间的输送，同时还可以降低土建工程量和设备故障失效率，极大程度地降低了运营成本和后期的维修成本。

2.3 大倾角输送物料

常用敞开型带式输送机的输送带与托辊之间的倾角一般小于等于18°，与其相比，管状带式输送机为大倾角，设计大于等于18°，如图5所示。所运输的物料则封闭在输送带内，这种结构设计可以增加输送带内表面与物流之间的接触面积，同时增加了两者之间的侧压力和摩擦力，进一步增大输送带倾角的同时，这也缩短了输送带的水平方向的宽度，经过测试发现，在同工况下，相比传统型结构，管状带式输送机的输送效率提升了48%。

图5 大倾角托辊组

3 优化后输煤装置的特性分析

3.1 输送特性

管状带式输送机的回程管道也可以进行物料传输，这实现了双向传输物料的功能，同时该装备的输送带结构架设在空中，可大幅减少占地面积，从经济和工作效率方面都得到有效改善。矿井中开采出的煤炭可以通过输送机运输到洗煤、筛煤、压滤等设备中，同时经过分类筛选，压滤过的煤炭也能通过输送机反向传输到洗煤装备中进行二次洗煤，整个工艺流程为闭环，不需要转运物料，物料在空中的输煤装置中就可以完成洗煤到选煤的完整工艺流程。

3.2 物料粒度

优化后的输送带结构为O型，可以将物料紧紧的包覆在输送带中，由于输送胶带的结构为O型，因此在原煤的传输过程中会对物料的块径有一定的限制和要求，规定管状输送带的直径比例应大约为物料块径的三倍。针对大地选煤厂，从矿井开采出的原煤，提升到转运站，到达转运站经过筛分再进行传输，要求筛分破碎后的原煤块径小于28 mm，根据此规格，配置管状带式输送机，要求输煤管状结构的直径最小值为900 mm，进而计算得到输送胶带的宽度B为[3]：

(1)

式中：D为管状结构的直径。

4 优化方案验证

大地洗煤厂的实例验证主要从环保节能、工作运转、后期维护等三方面着手，分别对比了优化前后的管状输煤装置和传统敞口型的输煤装置的应用情况，统计结果如表1所列。

表1 优化前后输煤装置成本计算对比 万元/a

从表1可以发现，管状带式输送机的设备单价采购成本要高于传统带式输送机，但综合比较洗煤厂的整个输煤系统，传统带式输送机还需要配置全封闭走廊、除尘装置以及转载站，而管状带式输送机不需要上述搭配装置即可独立完成输煤工作，相比之下，优化后的输煤装置可减少38%的投资成本，经过长期的调研和数据统计分析(生产运营、维护成本)，优化后的输煤装置占总投资和运营成本的15%，而传统的输煤装置占总投资比重的35%，大幅度节约了经济成本，提高了经济收益。

5 结 语

对传统带式输送机的输煤装置进行了优化设计，将其改造为管状带式结构，该结构不受倾角约束，可弯曲布置，可实现封闭式双向运输，同时减少廊桥段基础投资，提高经济效益。通过与传统带式输煤装置系统进行了应用对比，优化后的管状输煤装置运输条件简单，不受地形限制，并且无需配置过多的转载站和连接廊桥，可为洗煤厂节约38%的基础投资。管状输煤装置可双向输送物料，并且维护运营成本低，远距离输送原煤或者筛分好的煤块时，无需再连接带式输送机，输送效率高，相比优化前的生产运营成本，优化后提高了20%。此项优化设计改造具有一定的借鉴推广价值。