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3.5 胶带机出渣系统

依托工程的两台全断面掘进机设备所配套的连续带式输送机不同:一台的连续带式输送机布置在后配套系统的左侧,另一台在右侧。

两台TBM的出渣连续带式输送机为变频驱动,变频器品牌为日本三菱。该套驱动控制系统工作性能稳定可靠,故障率较低。两台TBM的连续带式输送机驱动方式完全一致,配置有3台驱动电机,各台电机的功率均为300kW,电机采用同步控制。连续带式输送机张紧装置的张紧绞车电机采用恒扭矩控制方式,使连续带式输送机可满足各种工况的启停与安全施工性能要求。

3.5.1 连续带式输送机

依托工程的两台TBM的连续带式输送机与TBM后配套的带式输送机进行搭接,搭接点位于后配套第5节台车,距刀盘最前端的距离为105m。连续带式输送机的功率和宽度主要取决于其出渣长度、坡度、单位时间最大出渣量、渣料的密度和粒径等。

3.5.1.1 与带式输送机相关的基本参数

决定TBM掘进出渣连续带式输送机功率的相关参数,一般包括TBM开挖直径、出渣隧洞的长度和坡度、TBM最大掘进速度、单循环进尺长度、换步时间、出料粒径以及出渣料的密度等参数。

1.工程基本参数

依托工程的两台TBM开挖直径为8.53m,隧洞坡度为0.28‰(两台TBM均逆坡掘进),渣石密度为2.7t/m 3 ,渣石最大粒度小于等于300mm。

2. TBM掘进速度参数及计算

依托工程的两台TBM设备的每分钟最大掘进速度为 120mm/min,换步时间小于5min,TBM单次循环长度为1.8m。

TBM掘进的小时最大平均掘进速度(含两个掘进循环之间的换步时间)为6.0m/h,计算如下:

其中

式中: 为TBM掘进的小时最大平均掘进速度,m/h;L h 为TBM掘进单次循环长度,m,取值1.8;t h 为两个掘进循环之间的换步时间,min,取值4;t j 为掘进单个循环长度所需要的时间,min;v min 为TBM每分钟最大掘进速度,mm/min。

3.输送长度

依托工程两台TBM的TBM1-1、TBM1-2、TBM2-1及TBM2-2掘进段的长度(从贯通掌子面至主支交叉口的连续带式输送机卸料点长度,主支交叉口即为连续带式输送机与支洞固定皮带机的搭接点)分别为9128m、6831m、8529m及7569m,最大输送长度取值为9128m。连续带式输送机储存仓的胶带储存长度为600m。经计算,连续带式输送机最大输送长度为9173m,计算取值为10000m。连续带式输送机最大输送长度L计算如下:

其中

式中:L为连续带式输送机最大输送长度,m;L 1 为TBM掘进段长度(从贯通掌子面至主支交叉口的连续带式输送机卸料点长度,主支交叉口即为连续带式输送机与支洞固定皮带机的搭接点),m;L 2 为连续带式输送机胶带储存仓的计算当量长度,m;L 3 为TBM刀盘至连续带式输送机接料点的长度,m;L c 为连续带式输送机储存仓的胶带储存长度,m;k为连续带式输送机空载长度折减系数,取值0.25。

3.5.1.2 连续带式输送机驱动功率计算

1. TBM最大出渣强度及连续带式输送机的小时运渣量计算

TBM的最大理论出渣强度Q c 为 879.8t/h,连续带式输送机的小时运渣量Q y 为906.2t/h,取值为900.0t/h,计算如下:

其中

式中:Q c 为TBM的最大理论出渣强度,t/h;ρ为岩石密度,t/m 3 ,取值 2.7;V为TBM掘进的小时最大平均掘进速度时的出渣量(实方),m 3 /h; 为TBM掘进的小时最大平均掘进速度,m/h;d为TBM开挖直径,m,取值8.53。

TBM连续胶带机最大小时运渣量Q y 计算如下:

式中:Q y 为TBM连续胶带机最大小时运渣量,t/h;n为安全系数,取值范围一般为1~1.05。n的取值与TBM的换步时间有关,当TBM的换步时间取小值时,n取大值,反之应取小值。依托工程的两台TBM连续带式输送机的n取值为1.03。

依托工程的两台敞开式硬岩TBM配套的连续带式输送机的小时运渣量为900t/h,与TBM最大出渣要求相匹配,满足了依托工程TBM掘进施工的连续出渣需求。

2.带速和带宽的确定

考虑到胶带强度及胶带成槽性(胶带强度越高,胶带成槽性越差),选取连续带式输送机的最大胶带运行速度为3.05m/s。结合TBM后配套胶带机宽度、台车尺寸及隧洞的安装空间,按照带宽、带速与运量的匹配关系,依托工程的两台敞开式硬岩TBM配套的连续带式输送机带宽为914mm。

3.带式输送机基本参数

依托工程的小时运输能力为900t/h,带速为0~3.05m/s,带宽为914mm,托辊直径为102mm,上托辊间距为2.29m,下托辊间距为4.58m,连续带式输送机的储带长度为600m。

4. TBM连续带式输送机功率计算

参照《运输机械设计选用手册》(化学工业出版社)第二章第三节有关公式,连续皮带机的驱动电机功率P计算如下:

其中

按照《运输机械设计选用手册》的计算说明,本计算的皮带机长度远大于80m,且倾角小于18°,故F c 按下列公式计算:

其中

本胶带机系统设有输送带清扫器,但未设置卸料器及翻转回程分支输送带,因此,特种附加阻力F S2 计算如下:

式中:P为连续皮带机的驱动功率,kW;v为连续皮带机带速,m/s,取值3.05;η为传动总效率;η 1 为传动滚筒及联轴器效率,取值0.98;η 2 为减速器效率,取值0.94;F u 为传动滚筒圆周驱动力,N;C为系数,按《运输机械设计选用手册》中的图2-6(引自ISO 5048)或表2-29查取,取值1.02;f为模拟摩擦系数,根据工作条件及制造、安装水平选取,参考《运输机械设计选用手册》中的表2-30,确定为0.019;L为输送机长度(头、尾滚筒中心距),m,取值10000;g为重力加速度,m/s 2 ,取值9.81;q RO 为承载分支托辊每米长旋转部分质量,kg/m,根据《运输机械设计选用手册》中的表2-70、表2-71,单个支撑托辊的旋转部分质量为3.53kg,q RO =3.53kg/个×3个/组/2.29m/组,取值4.62;q RU 为回程分支托辊每米长旋转部分质量,kg/m,根据《运输机械设计选用手册》中的表2-70、表2-72、表2-73单个回程托辊的旋转部分质量为8.4kg,q RU =8.4kg/个×1个/组/4.58m/组查取,取值1.8;q B 为每米长输送带的质量,kg/m,根据《运输机械设计选用手册》中的表1-7、表1-11及各厂样本,取值21.5;q G 为每米长输送物料的质量,kg/m;H为输送机卸料段和装料段间的高差,m,为4;F S1 为特种主要阻力,即托辊前倾摩擦阻力及导料槽摩擦阻力,N,根据《运输机械设计选用手册》中的表2-32选取,本胶带运输系统无导料挡板,无前倾,取值0;F S2 为特种附加阻力,即清扫器、卸料器及翻转回程分支输送带的阻力,N,根据《运输机械设计选用手册》中的表2-32选取,经计算,为405N;A为输送带清扫器与输送带的接触面积,接触长度0.45m,接触宽度0.02m,设3道,取值0.027;p为输送带清扫器和输送带间的压力,取值3×10 4 N/m 2 ;μ 3 为输送带清扫器和输送带间的接触摩擦系数,取值0.5。

因此,TBM1的连续带式输送机驱动电机选3台,电机的输入电压为380V,单台功率为300kW,总功率为900kW。同理,采用上述计算过程,确定TBM2的驱动功率3×300kW=900kW。

3.5.1.3 连续带式输送机设备参数

依托工程的连续带式机的输送能力为900t/h,胶带最大运行速度为3.05m/s,胶带抗拉强度等级为ST1600,允许运输的渣料最大粒径为300mm,胶带宽度为914mm,钢丝绳直径为4.9mm(6×19 IWS),托辊直径为102mm。胶带储存仓容量为600m(分10层布置)。连续带式输送机基本技术参数见表3.5-1。

表3.5-1 连续带式输送机基本技术参数表

3.5.2 支洞胶带机

依托工程的TBM1固定带式输送机最大斜长为2381m(为2号支洞,其洞外斜长为86m,洞外卸料形式为分渣楼),1 号固定带式输送机斜长为 2104m(其洞外斜长为120m,洞外卸料形式为堆积卸料)。TBM1固定带式输送机的驱动功率为900kW,采用3台电动机,电动机的单台功率为300kW;TBM2固定带式输送机最大斜长为1730m(为3号支洞,其洞外斜长为 91m,洞外带式输送机跨越既有公路线,洞外卸料形式为分渣楼),4号固定带式输送机斜长为876m(其洞外斜长为63m,洞外卸料形式为分渣楼);TBM2固定带式输送机的驱动功率第一段为600kW,采用两台电动机,电动机的单台功率为300kW。第二段掘的驱动功率为900kW,采用3台电动机。

固定带式输送机的驱动功率计算方法基本与连续带式输送机一致。

固定带式输送机的输送能力为900t/h,胶带最大运行速度为3.05m/s,允许的渣料粒径为300mm。胶带宽度为914mm,胶带钢丝绳规格为ST1600,钢丝绳直径为4.9mm(6×19IWS),托辊直径为102mm。固定带式输送机的生产厂家为美国罗宾斯,基本参数见表3.5-2。

表3.5-2 固定带式输送机主要技术参数表

3.5.3 带式输送机工作效率评价

依托工程的两台TBM连续带式输送机和固定带式输送机带宽均为914mm,胶带最大运行速度为3.05m/s,允许的渣料粒径为300mm,输送能力为900t/h,满足了本项目开挖直径为8.53m的敞开式TBM掘进机出渣要求。

3.5.3.1 设备性能评价

TBM连续带式输送机采用国际知名品牌变频电气控制系统。该系统工作性能稳定可靠,故障率较低。通过变频控制柜实现对驱动电机变频控制、同步控制、转速控制及张紧恒扭矩电机的力矩控制,使连续带式输送机可满足各种工况的启停要求与安全施工性能要求。

3.5.3.2 设备使用效果

依托工程的两台TBM连续带式输送机和固定带式输送机设备参数计算合理,选型得当,使用过程中无不良情况,效果良好。

固定带式输送机输送能力与主洞连续带式输送机相匹配,且具有带式输送机之间的启动与停止电气互锁控制功能。各级带式输送机的启动与停机程序设计合理,防止了各级连续带式输送机积料情况发生。

3.5.3.3 设备缺陷及改进建议

连续带式输送机的自我监测能力不足,9173m长大隧道的连续带式输送机沿途仅设拉线式急停开关,全长范围内仅设有防偏轮装置防止跑偏,胶带运行情况依靠人工巡察;在依托工程使用固定带式输送机的过程中,曾两次遭遇雷击,系统控制模块损毁,导致带式输送机突然停运事故发生。因此,制造单位应加强带式输送机设备与装置的防雷保护功能,如控制信号采用光纤传输等。使用单位应做好避雷设施的接地工作,接地电阻不应大于4Ω。

连续带式输送机下料口处因刮渣板除渣能力不足,容易发生渣料堆积,造成环境污染,增加清理人工费用。建议使用更为先进的刮渣、出渣装置。 YP8y4+Yyacp0LQbiuBGwtd9l6i52+JZzxMPoGhCM3KP8aC+Rp9mw7EekMSyv3NtB

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