高海拔地区长距离下弯带式输送机的设计

导读

针对某铜矿高海拔地区的铜矿石运输，通过方案比较，确定了两段长距离带式输送机运输方案。根据高海拔地区的气候特点和向下高差大的特殊工况，采用5辊托辊组结构，保证弯曲输送带的对中运行。高强度、小直径、密集排列的钢丝绳芯输送带的应用，改善了输送带的成槽性，减轻了输送带的总质量。为了避免传送带过早老化，开发了一个集成的全封闭走廊。采用立式重锤和液压张紧相结合的张紧方式，保证带式输送机在各种工况下的张紧力；选用向下给料控制系统，使输送机运行平稳，节约能源。该输送系统的设计可为今后类似工程的设计提供参考。

西藏巨龙铜业公司西藏直布拉铜矿位于西藏墨竹工卡县与达孜县交界处，距拉萨70 km，冈底斯山与念青唐古拉山交界处，平均海拔5 000 m以上，地形陡峭，切割剧烈，环境十分恶劣。空气密度和气压低，气温低，昼夜温差大，年降水量少，但暴雨多，大风日多，湿度低，太阳辐射强。260万t/a铜矿石通过破碎站从矿区运输到选矿厂是矿区建设的重点工程之一。矿山破碎站至选矿厂水平距离约11.5 km，道路总长度约17 km，垂直下降高度560 m，采用汽车运输，每天8 000 t的运输能力按每车50 t计算，运输需要160辆汽车。按当地1.5元/(tkm)运费计算，年运费成本为6630万元。汽车运输还存在噪音大、粉尘污染严重等问题，而且会对原本脆弱的植被造成破坏。暴雨季节，道路损毁严重，道路养护成本也大大增加。

采用带式输送机运输，沿途无粉尘污染，对道路的依赖性大大降低；而且铜矿石的势能可以转化为电能，在较大的向下高度反馈到电网。因此，带式输送机是本工程的最佳运输方案。

1 输送方案分析

根据初步可行性研究，带式输送机系统原参数为：输送物料为铜矿石，块度 300 mm，松密度2.11 t/m3，额定输送能力800t/h，起初设计院推荐了两种运输方案。

(1)方案 1,一台长距离弯曲带式输送机，起点标高为5 010 m，终点标高为4 445 m，水平长度为11 386 m，提升高度为-565 m，如图1所示。

图1方案1带式输送机立面布置示意图

(2)方案 2两条带式输送机重叠，中间有一个转运站，转运点标高为4 390 m，1号带式输送机为曲线带式输送机，起点标高为5 010 m，终点标高为4 395 m，水平长度为7 486 m，提升高度为-615m。2号带式输送机为长距离直线带式输送机，起点标高为4 390 m，终点标高为4 445 m，水平长度为3 984 m，提升高度为55 m，1、2号带式输送机总长为11 507 m，立面布置如图2所示。

图2方案2带式输送机立面布置示意图

根据输送系统的基本参数和线路布置，通过带式输送机设计计算软件分析后，对两种方案的技术参数进行了比较，如表1所示。

表1两种带式输送机方案的技术参数比较

选项1

(1)优点：由于没有中间转运皮带机，急停时不会堆积物料；只需要一种规格的输送带，输送带备件占用库存少。

(2)缺点：带式输送机距机尾向下距离8 990 m，向下高度-719 m，下半段整体向上高度2 396 m，向上高度154 m，输送线路和运行工况复杂，全程存在空载和满载、下段无物料和上段无物料、下段无物料和上段无物料等工况。不同工况下，输送带在各水平转向点的张力变化较大，输送带在托辊上的横向运动范围较大，需要进一步提高内侧安装角和托辊槽角；输送带为ST4000，其带宽仅为1 000 mm，因此输送带的成槽性难以保证。皮带机隧道比方案二长约200 m，土建费用相对较高。

选项2

(1)优点：1号曲线带式输送机全线下移，2号带式输送机直线布置，因此传输线路和运行工况相对简单；1号皮带机尾采用双滚筒驱动，2号皮带机头采用双滚筒驱动，控制相对简单；皮带机隧道比方案1短约200 m，土建费用相对较低。

(2)缺点由于中间转运环节，1号和2号带式输送机需要联锁控制，并采取措施防止物料在转运处堆积。

基于以上分析，业主最终决定采用方案二，即两台带式输送机的方案，中间有一个转运站，中间转运站有一个容量为50 t的缓冲仓，缓冲仓下有给料机。

1.1 输送方案

在高原低温环境下，高强度钢帘线输送带成槽性差，橡胶与钢的摩擦系数降低，导致带槽托辊与输送带的摩擦系数降低。单纯依靠摩擦力无法抵抗水平转弯时输送带张力产生的向心力，需要在转弯段进一步抬高托辊的内角，利用输送带和物料的重力在抬高方向的分量来平衡输送带的向心力。输送线有三个水平转弯，其中一个转弯角度为31，转弯半径为2 000 m  .为了保证水平转弯空载时输送带不会过度移位，满载时物料不会散落，紧急停车时物料不会冲出输送带(1号带式输送机一路下行， 且带速高)，在水平转弯位置的上带面上设置由五个滚轮组成的65度深槽角滚轮组，内角提升8，如图3所示。

图3曲线段五辊托辊组布置结构

一号带式输送机弯道段采用ST3150 (9 7)高强度输送带，适当提高初张力，解决机头低张力区胶带转弯装置张力过低，导致输送带安全系数小于7，不符合设计规范要求；在高海拔、低温环境下，输送带成槽性能差；输送的物料是铜矿石，块度大(300 mm)，可磨性强。基于成槽、使用寿命、节能效果等指标，采用高强度、小直径、密钢绳芯输送带的特殊结构，可以达到抗撕裂、耐磨、高强度、重量轻的目的。常规钢丝绳芯输送带单位长度质量为41.1 kg/m，输送带总质量为615t。专用输送带单位长度质量34.5 kg/m，输送带总质量516 t，输送带质量减轻99 t，按带式输送机最大加速度0.3 m/s2计算，惯性力将减少约300 kN，带式输送机启动和制动的安全性将得到提高。

1.2 2 种方案优缺点对比

由于矿区地处高原，常年大风，太阳辐射强，植被非常脆弱，输电线路周围有村民居住。为了保护脆弱的生态环境

由于输送系统位于高海拔地区，早晚温差达到20，输送带因热胀冷缩移动距离较长。为了满足输送带即使在最恶劣的工况下也不起皱、不撒料的情况，张力需要配置300 kN。为了延长输送带、滚筒、托辊等部件的使用寿命，采用了立式重锤和液压张紧相结合的张紧技术。垂直锤和液压张紧配置的张紧力分别为150 kN。液压张紧装置配有液压缸、液压自动绞车、就地控制箱和张力传感器。张力传感器检查钢丝绳的张力，当张力低于设计范围时，绞车需要张紧；反之，就要松开绞车。

一号带式输送机起点标高5 010 m(驱动装置所在标高)，终点标高4 395 m，水平长度7 486 m，提升高度-615 m，满载运行时总供电量达650 kWh，尾部采用双滚筒驱动，四象限变频器控制，驱动功率2450 kW。经过与世界知名变频器厂商沟通，考虑海拔、散热、变频器扩容等因素，最终选择4台160 V  S120-630 kW/690V变频器匹配450 kW  YPTQ450-4电机。

由于向下高度差大，惯性力大，在满负荷停机时，要保证输送带的安全系数，及时安全停机。刹车控制不好会发生超速等严重事故，所以刹车配置尤为重要。满载急停时，制动力矩需要为320 knm，综合考虑后决定在尾部布置两对闸瓦托，制动盘直径为1 800 mm，每个制动盘配备两套闸瓦托，每个制动盘上的制动力矩为386 knm，考虑到2 mm的间隙，每个制动盘上的制动力可以满足最大制动力矩要求。对于正常、故障和紧急停机工况，制动器的控制方式为：正常停机时，总停机时间设定为120 s，当电机转速降至150 r/min时，制动器灵活停机，制动器制动时间约为15s停机时(拉绳等保护装置动作)，总停机时间设定为15 s，当电机转速降至150 r/min时，制动器立即制动；紧急停车(停电)时，制动器会立即制动。

图5完整的带式输送机系统

西藏巨龙铜业公司直不拉矿铜矿石长距离输送系统从2016年6月开始研发，2017年5月安装并投入重载运行，2018年5月通过用户验收。目前系统运行平稳，约7.5 km全封闭空间曲线带式输送机实现了给料和发电功能，各项指标达到设计要求，环保节能。运行3年运输铜矿石约600万吨，同等运输量比汽车运输节约4800万元，为用户取得了显著的经济效益，并为类似条件下的其他弯曲带式输送机项目提供了设计依据。

来源：矿机之家

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