礦井主斜井提升系統(tǒng)選擇與選型計算研究

宋大樂

摘要：礦井提升機被稱為有礦井咽喉，其運行好壞直接影響井下工作人員的生命安全和整個礦井的生產(chǎn)能力。根據(jù)工程實際，對某礦井主斜井提升系統(tǒng)方案進行了選擇，并對其主斜井帶式輸送機進行了選型計算，通過選型計算，從源頭上保證設(shè)備的安全運行，結(jié)論可供類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng)；選型計算；可靠性

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.30.094

1工程概況

某礦區(qū)采場設(shè)計規(guī)模為800萬噸/年礦石，項目分兩期建設(shè)，其中優(yōu)先對南區(qū)驗證工程進行改擴建，擴建后南區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為400萬噸/年礦石（53.3萬噸/年鉀肥）；二期為在北區(qū)新建礦山，生產(chǎn)規(guī)模為400萬噸/年礦石（53.3萬噸/年鉀肥），最終產(chǎn)品規(guī)模為106.6萬噸/年鉀肥。

礦山開采主要采用井工開采，綜合機械化掘采采礦工藝，并輔以炮采采礦工藝。為加快礦區(qū)開發(fā)進度，增強礦區(qū)開發(fā)強度，盡快將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，需對本礦井主斜井提升系統(tǒng)進行改擴建設(shè)計。

2礦井主斜井提升系統(tǒng)方案的選擇

2.1主斜井工程概況

根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，主井提升需滿足4.0Mt/a生產(chǎn)能力的提升要求。主井采用斜井開拓，井口標高+153m，井筒落底標高-56m，斜長863.9米，傾角14°，下部水平段84.9m。

2.2礦井提升方案對比

斜井提升可選用帶式輸送機、斜井箕斗、串車提升等提升方式，但是斜井箕斗、串車提升的方式無法實現(xiàn)連續(xù)運輸，且維護麻煩、成本較高。帶式輸送機提升運行平穩(wěn)，作業(yè)連續(xù)，提升能力大，維護成本低，適合本礦井大規(guī)模生產(chǎn)的需要。故本礦井主井提升采用帶式輸送機運輸?shù)奶嵘绞健?/p>

2.3礦井提升系統(tǒng)簡述

井下采區(qū)礦物經(jīng)東翼主運輸帶式輸送機、集中運輸巷帶式輸送機運至主斜井底，由主斜井帶式輸送機提升至地面，轉(zhuǎn)載進入地面生產(chǎn)系統(tǒng)。該方案運行平穩(wěn)，作業(yè)連續(xù)，提升能力大，維護成本低，適合本礦井大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

3礦井主斜井提升設(shè)備選型計算

主斜井提升能力4.0Mt/a，根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，確定主斜井帶式輸送機提升工作制度按年運行5000小時，不均衡系數(shù)取1.2，計算提升能力為：Q=A×K/h，其中Q-帶式輸送機運輸能力，（t/h）；A-年運輸能力，A=4000000（t/a）；K-不均衡系數(shù)，K=1.2；h-年運行小時數(shù)，h=5000（h/a），則Q=4000000×1.2/5000=960t/h，綜合確定主斜井帶式輸送機按1200t/h運輸能力進行選型設(shè)計。

3.1主斜井帶式輸送機主要技術(shù)設(shè)計計算

3.1.1帶速、帶寬

按帶速V=3.15m/s，帶寬B=1200mm，35°槽形三托輥，運行堆積角20°校驗輸送能力k，式中：k—傾斜系數(shù)，k=0.91；S—輸送帶上物料的最大橫截面，S=0.16506m2；ρ—物料松散密度；ρ=1700kg/m3；Q=3.6×0.16506×3.15×0.91×1700=2895.54t/h，滿足要求。

按物料的最大粒度較核膠帶寬度：B2dmax+200=2×300+200=800mm，式中：dmax—物料的最大粒度，mm。由此可以看出，帶寬與帶速可以滿足Q=1200t/h的輸送能力。

3.1.2初定設(shè)計參數(shù)

提升能力Q=1200t/h，輸送機下部水平長度75m，上部傾斜長度914.38m，總機長L=989.38m，運行傾角δ=0～14°，上托輥間距a0=1.0m，上托輥槽角35°。下托輥為V型托輥，間距au=3.0m。上下托輥輥徑133mm。由于輸送機下部和上部的水平長度較短，對設(shè)備選型計算結(jié)果影響不大，為使計算簡便，輸送機暫按長度989m，傾角14°來進行選型計算。

3.1.3計算圓周驅(qū)動力和傳動功率

驅(qū)動圓周力：FU=CFH+FS1+FS2+FSt，式中：C=1.09；附加阻力系數(shù)；FH=fLg[qR0+qRU+（2qB+qG）]cosδ；輸送機的主要阻力；qR0=25kg/m，承載分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；qRU=6.7，回程分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；暫定膠帶為ST2500鋼絲繩芯膠帶，其帶強為2500N/mm，qB=47.64kg/m，每米長輸送帶的質(zhì)量；qG=Q/（3.6v）=1200/（3.6×3.15）=10582kg/m，每米長輸送物料的質(zhì)量g—重力加速度，g=9.81m/s2；f—模擬摩擦系數(shù)，f=0.03；L—輸送機長度，L=989m；δ—輸送機在運行方向的傾斜角；δ=140；v—輸送帶速度；v=3.15m/s；經(jīng)計算，F(xiàn)H=66.02kN。

主要特種阻力FS1=Fg1；其中導料槽欄板的摩擦阻力Fg1=1000μ2I2Vρgl/（v2b21）=0.274kN；在本運輸帶式輸送機中μ2—物料與導料槽間的摩擦系數(shù)，μ2=07；b1—導料槽兩欄板間寬度，b1=10m；l—導料槽欄板長度，l=30m；IV—輸送能力；IV=Q/（36ρ）=01307，其它符號同前。經(jīng)計算，F(xiàn)S1=Fg1=0274kN。

FS2=Fr=∑Apμ3；式中：Fr—輸送帶清掃器摩擦阻力；A—清掃器與輸送帶接觸面積；A=0015+00225=00375m3，p—清掃器與輸送帶的壓力；p=10×104N/m2，μ3—清掃器與輸送帶間的摩擦系數(shù)；μ3=07，經(jīng)計算，F(xiàn)S2=028kN。

傾斜阻力FSt=qGHg；H—物料提升高度，H=21417m，其余符號同前，經(jīng)計算，F(xiàn)St=22233（kN）。

驅(qū)動圓周力：FU=109×6602+0274+028+22233=24233（kN）。傳動功率計算：傳動滾筒軸功率：PA=FU×v=76334（kW）。

3.1.4電機功率的計算

N=kPA=14×76334=106868（kW），式中：N—電動機總功率，k—電動機功率系數(shù)，k=125～14，取k=14，其它符號同前。

3.1.5驅(qū)動裝置的選擇

根據(jù)本帶式輸送機的輸送能力、帶速、功率等因素，其驅(qū)動裝置采用減速器+液粘軟啟動裝置+高壓電動機。根據(jù)驅(qū)動裝置的布置，選用雙滾筒驅(qū)動，傳動配比為2：1，配3臺500kW的Y2系列高壓電動機。配套3臺速比為i=355的減速器。

3.1.6輸送機膠帶張力的計算

輸送機正常運行，必須滿足以下兩個條件：

（1）滿足輸送帶下垂度要求。

為了限制輸送帶在兩組承載托輥間的下垂度，作用在輸送帶上任意一點的張力必須大于最小張力Fmin。承載分支：Fmin=[a0（qB+qG）g]/[8（h/a）max]=2258（kN），回程分支：Fmin=auqBg/[8（h/a）max]=724（kN），（h/a）max—輸送帶許用的最大垂度，（h/a）max=001；其它符號同前。

（2）輸送帶不打滑。

輸送帶不打滑條件為：S1FUmaxeuα1/（euα1-1）

式中：FUmax=FU/3=24233/3=8077（kN）；驅(qū)動滾筒的圍包角α1=180°，α2=200°；μ為輸送帶與傳動滾筒的摩擦系數(shù)，μ=025。S3=S4=0，時即可滿足不打滑條件，但滿足膠帶不下垂條件必須S3=S4Fmin=2258kN，取S3=S4=23kN。S1=38745kN，SZ=18931kN，S2=9024kN，S1/SZ=38745/18931=205<220，SZ/S2=18931/9024=210<24，上式中：eμα—尤拉系數(shù)。

根據(jù)以上計算可知，雙滾筒驅(qū)動時可以滿足不打滑要求。輸送機膠帶的最大張力S1=38745kN，膠帶的安全系數(shù)M=774。參照2008年12月1日開始實施的《帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范》（GB50431-2008），當采用鋼絲繩芯膠帶時，安全系數(shù)可取7～9，所以選用ST2500型鋼繩芯膠帶滿足設(shè)計要求。根據(jù)傳動滾筒傳遞扭矩及合力要求，選用傳動滾筒直徑為1430mm。

3.1.7拉緊裝置選擇

本帶式輸送機選用ZY-400型自動液壓拉緊裝置，功率為55kW，拉緊裝置布置在機尾。膠帶輸送機驅(qū)動裝置均采用高壓電機，拉緊裝置采用固定帶式輸送機液壓自動拉緊裝置，膠帶機配備防打滑保護裝置、溫度保護裝置、堆料保護裝置、防跑偏保護裝置、防撕裂保護裝置、雙向拉繩開關(guān)及可靠的制動、逆止裝置等。

3.2礦井主斜井提升設(shè)備選型結(jié)果

通過計算，主斜井帶式輸送機主要技術(shù)參數(shù)為：B=1200mm，Q=1200t/h，V=315m/s，L=98938m，a=0～14～6°，膠帶為ST2500型鋼繩芯膠帶，帶強2500N/mm。電機功率：N=4×500kW，帶式輸送機型號為DTL120/120/4×500S，其中后部驅(qū)動滾筒兩套驅(qū)動互為備用。雙滾筒驅(qū)動，功率配比2∶1，軟啟動方式采用液粘軟啟動裝置。

參考文獻

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