一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法与流程

本发明属于露天矿开采技术领域，具体涉及一种新型皮带桥结构设计方法。

背景技术：

在露天煤矿的剥离、生产环节中，半连续工艺的应用有利于开采运输成本的降低，并节约能耗，降低有害气体的排放，符合国家节能减排的方针政策，适合我国露天矿山开采的实际状况。但目前我国针对半连续工艺的研究还停留在综述理论层面，诸如使用条件及系统可靠性等方面，对于工艺的服务范围和相互配合的研究仍不成熟，在我国当前露天煤矿的半连续工艺应用中，转载设备一般是转载机，其虽然具有作业时调动灵活的特点，但在每一次移设完成时，都需要对两个转载点进行人工对中作业，由于对中时间较长，该操作严重缩短了半连续工艺系统的有效运行时间。此外，转载机造价较高，且在实际应用中设备稳定性及使用寿命较差，也严重影响了半连续工艺的生产设计和应用范围，因此对露天矿组合台阶开采的皮带桥进行合理的设计能够大幅提升作业的综合效率，本发明公开一种露天煤矿新型皮带桥结构设计方法，旨在通过转载设备的优化设计，提高自移式破碎机半连续开采工艺的适用性和生产效率，在不影响自移式破碎机半连续工艺正常生产作业的基础上，充分考虑组合台阶作业环境的制约，可有效减少系统中的人工对中点，缩短系统转载环节的对中时间，增加半连续工艺系统的有效工作时间，从而提高该工艺的适用性和综合效率，是一项涉及皮带桥结构设计和提高自移式破碎机半连续工艺系统设备配合的综合技术方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种设备运行更稳定、设备总重量和零部件数量较少、人工成本的支出较低、整体对中时间较短的基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法。

本发明的目的是这样实现的：一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法，它主要包括如下步骤：

步骤一：确定皮带桥的转载布置环境，分为单台阶同水平条件下的拓展转载和组合台阶不同水平条件下的升降转载，其中组合台阶的升降转载根据皮带桥受料端与排料端的布置高度不同又分为：①皮带桥受料端高于其皮带桥排料端；②皮带桥受料端与皮带桥排料端同高；③皮带桥受料端低于其皮带桥排料端；

步骤二：确定皮带桥设计的相关条件参数，具体包含转载台阶高度(单台阶同水平拓展时，转载台阶高度为0)h、爆破前(后)转载台阶倾角α1(α2)、爆破前(后)单幅采掘带宽度l1(l2)、工作面运输皮带布置距转载台阶坡顶线距离l皮带、工作面运输皮带高度h皮带、皮带桥排料点应高于运输皮带的安全距离h1、破碎机布置距剥离台阶坡底线的距离l破碎、破碎机排弃点高度h破碎、皮带桥受料点应低于破碎机排料点高度的安全距离h2、皮带桥额定最大运输倾角αmax；

步骤三：完成皮带桥相关参数设计，具体包含皮带桥排料点高度h排料、皮带桥受料点高度h受料、皮带桥长度l桥、皮带桥倾角α桥以及皮带桥与工作面运输皮带夹角α夹角；

步骤四：细化皮带桥设计结构，在步骤三的计算结果基础上，通过造型、结构上的优化增加皮带桥的调节范围和使用灵活度。

所述的步骤一中，根据不同布置环境，皮带桥的设计分为三类：①皮带桥受料端高于其皮带桥排料端；②皮带桥受料端与皮带桥排料端同高；③皮带桥受料端低于其皮带桥排料端；

所述的步骤三中，①当皮带桥受料端高于其皮带桥排料端时：

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝[(h+h受料-h排料)2+(2l1-l2-l破碎+l皮带)2]1/2；

α桥＝arctan[(h+h受料-h排料)/(2l1-l2-l破碎+l皮带)]；

此时，若α桥＜＝αmax，则α夹角＝0，完成皮带桥相关参数设计；

若α桥＞αmax，则以上设计不可行，皮带桥设计倾角大于皮带桥运输皮带的最大运输额定倾角，故应调整为：

α桥＝αmax；

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝(h+h受料-h排料)/sinα桥；

α夹角＝arccos[(2l1-l2-l破碎+l皮带)/(l桥cosα桥)]；

③当皮带桥受料端低于其皮带桥排料端时：

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝[(h+h排料-h受料)2+(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)2]1/2；

α桥＝arctan[(h+h排料-h受料)/(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)]；

此时，若α桥＜＝αmax，则α夹角＝0，完成皮带桥相关参数设计；

若α桥＞αmax，则以上设计不可行，皮带桥设计倾角大于皮带桥运输皮带的最大运输额定倾角，故应调整为：

α桥＝αmax；

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝(h+h排料-h受料)/sinα桥；

α夹角＝arccos[(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)/(l桥cosα桥)]；

②当皮带桥守料端与皮带桥排料端等高时，可用上述任意一组公式计算；

所述的步骤四中，皮带桥的造型优化主要体现在其中部运输桥梁结构，可根据皮带额定运输倾角、具体转载条件进行适当优化角度，将之设计成增加皮带桥的调节范围和使用灵活度的折线或弯曲结构。

本发明提供一种基于组合台阶开采的新型皮带桥结构设计方法，该方法设计的转载设备具有如下有益效果：皮带桥可简化自移式破碎机的卸料结构，排料端可骑行于运输皮带上组合成整体，大大减少设备总重量和零部件数量，造价较低，同时也使得后期维护的费用大大降低，这就在总体上大幅节约了设备方面的投资，总之本发明具有设备运行更稳定、设备总重量和零部件数量较少、人工成本的支出较低、整体对中时间较短的优点。

附图说明

图1是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥受料端高于其排料端的示意图。

图2是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥受料端与其排料端高度相同的示意图。

图3是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥受料端低于其排料端的示意图。

图4是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥设计相关条件参数标注图。

图5是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥设计相关条件参数标注的主视图。

图6是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的皮带桥设计相关条件参数标注的俯视图。

图7是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的直线结构皮带桥造型优化的示意图。

图8是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的两段折线结构皮带桥造型优化示意图。

图9是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的三段折线结构皮带桥造型优化示意图。

图10是本发明一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法的圆弧结构皮带桥造型优化示意图。

图中：1、皮带桥2、转载台阶3、皮带桥受料端4、皮带桥排料端5、工作面运输皮带6、自移式破碎机7、转载台阶高度8、爆破前转载台阶倾角9、爆破前单幅采掘带宽度10、工作面运输皮带布置距转载台阶坡顶线距离11、工作面运输皮带高度12、皮带桥排料点应高于运输皮带的安全距离13、破碎机布置距剥离台阶坡底线的距离14、破碎机排弃点高度15、皮带桥受料点应低于破碎机排料点高度的安全距离16、皮带桥排料点高度17、皮带桥受料点高度18、皮带桥长度19、皮带桥倾角20、皮带桥与工作面运输皮带夹角α夹角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-10所示，一种基于露天矿组合台阶开采的皮带桥结构设计方法，它主要包括如下步骤：

步骤一：确定皮带桥1的转载布置环境，分为单台阶同水平条件下的拓展转载和组合台阶不同水平条件下的升降转载，其中组合台阶的升降转载根据皮带桥受料端3与皮带桥排料端4的布置高度不同又分为：①皮带桥受料端3高于其皮带桥排料端4；②皮带桥受料端3与皮带桥排料端4同高；③皮带桥受料端3低于其皮带桥排料端；

步骤二：确定皮带桥1设计的相关条件参数，具体包含转载台阶高度7(单台阶同水平拓展时，转载台阶高度为0)h、爆破前(后)转载台阶倾角α1(α2)8、爆破前(后)单幅采掘带宽度l1(l2)9、工作面运输皮带布置距转载台阶坡顶线距离l皮带10、工作面运输皮带高度h皮带11、皮带桥排料点应高于运输皮带的安全距离h112、破碎机布置距剥离台阶坡底线的距离l破碎13、破碎机排弃点高度h破碎14、皮带桥受料点应低于破碎机排料点高度的安全距离h215、皮带桥1额定最大运输倾角αmax；

步骤三：完成皮带桥1相关参数设计，具体包含皮带桥排料点高度h排料16、皮带桥受料点高度h受料17、皮带桥长度l桥18、皮带桥倾角α桥19以及皮带桥1与工作面运输皮带夹角α夹角20；

步骤四：细化皮带桥1设计结构，在步骤三的计算结果基础上，通过造型、结构上的优化增加皮带桥1的调节范围和使用灵活度。

所述的步骤一中，根据不同布置环境，皮带桥1的设计分为三类：①皮带桥受料端3高于其皮带桥排料端；②皮带桥受料端3与皮带桥排料端4同高；③皮带桥受料端3低于其皮带桥排料端4；

所述的步骤三中，①当皮带桥受料端3高于其皮带桥排料端4时：

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝[(h+h受料-h排料)2+(2l1-l2-l破碎+l皮带)2]1/2；

α桥＝arctan[(h+h受料-h排料)/(2l1-l2-l破碎+l皮带)]；

此时，若α桥＜＝αmax，则α夹角＝0，完成皮带桥1相关参数设计；

若α桥＞αmax，则以上设计不可行，皮带桥设计倾角大于皮带桥运输皮带的最大运输额定倾角，故应调整为：

α桥＝αmax；

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝(h+h受料-h排料)/sinα桥；

α夹角＝arccos[(2l1-l2-l破碎+l皮带)/(l桥cosα桥)]；

③当皮带桥受料端3低于其皮带桥排料端4时：

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝[(h+h排料-h受料)2+(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)2]1/2；

α桥＝arctan[(h+h排料-h受料)/(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)]；

此时，若α桥＜＝αmax，则α夹角＝0，完成皮带桥相关参数设计；

若α桥＞αmax，则以上设计不可行，皮带桥设计倾角大于皮带桥运输皮带的最大运输额定倾角，故应调整为：

α桥＝αmax；

h排料＝h皮带+h1；

h受料＝h破碎-h2；

l桥＝(h+h排料-h受料)/sinα桥；

α夹角＝arccos[(l皮带+l破碎+l2-l1+h/tanα1)/(l桥cosα桥)]；

②当皮带桥守料端3与皮带桥排料端4等高时，可用上述任意一组公式计算；

所述的步骤四中，皮带桥1的造型优化主要体现在其中部运输桥梁结构，可根据皮带额定运输倾角、具体转载条件进行适当优化角度，将之设计成增加皮带桥的调节范围和使用灵活度的折线或弯曲结构如图8、图9、与图10所示，以增加皮带桥的调节范围和使用灵活度；其结构优化主要体现在受料端处可简化自移式破碎机的卸料结构、排料端处可骑行于运输皮带上组合成整体，避免卸料点的人工对中过程。

本发明在实施时，排料端与运输皮带的整体设计减少了卸料点人工对中的数量，缩短了转载过程中的整体对中时间；皮带桥结构相对于传统转载机构更为简单，从破碎机至工作面仅需一条皮带机，且转载点也相应减少，因此设备维修、保养方便，稳定性及使用寿命将大大提高；较为简单的结构设计也使得该设备的操作更为便捷，在作业过程中可减少操作人员数量及作业量，从而降低人工成本的支出；由于皮带桥中部没有固定点，主要支撑机构为受料、排料两端，因此设备运行更稳定，可适用于坡面或较长距离的转载作业，总之本发明具有设备运行更稳定、设备总重量和零部件数量较少、人工成本的支出较低、整体对中时间较短的优点。