大型主立井定量帶式輸送機(jī)裝載選型設(shè)計(jì)

張 捷

（陽(yáng)煤華鑫電氣有限公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

目前，斜井或立井開(kāi)拓是煤礦主要采用的開(kāi)拓方式，斜井開(kāi)拓一般適用于埋藏深度較淺且水文地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的煤體，而對(duì)于埋藏深度較大或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜煤體的開(kāi)采需選取立井開(kāi)拓。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定，以立井開(kāi)拓開(kāi)采井田，特別是以大型、多繩摩擦作為提升的主立井要求選取定量裝載的箕斗作為提升方式。定量輸送機(jī)裝載和定量斗裝載是我國(guó)煤礦主立井箕斗井底裝載的主要方式。其中定量輸送機(jī)裝載在具體應(yīng)用中可分為：定量板式輸送機(jī)和定量帶式輸送機(jī)[1-2]。筆者針對(duì)大型主立井定量帶式輸送機(jī)進(jìn)行裝載選型設(shè)計(jì)。

1 主立井井底裝載方式

1.1 兩種井底裝載方式的特點(diǎn)分析

定量斗裝載具有廣泛的適用性，國(guó)內(nèi)應(yīng)用主立井箕斗井底裝載的煤礦一般選用此種裝載方式，其為直立倉(cāng)式裝載。定量輸送機(jī)裝載能有效減少裝載硐室的空間，因此在巖性較差的礦井也可應(yīng)用，其為臥式計(jì)量。兩種井底裝載方式的具體優(yōu)勢(shì)見(jiàn)表1。

1.2 定量輸送機(jī)裝載

表1 兩種井底裝載方式的特點(diǎn)

定量輸送機(jī)裝載方式與定量斗裝載相比應(yīng)用較少，主要應(yīng)用于情況較為特殊的礦井。比如原煤黏度較大，若采用定量斗裝載會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的黏煤現(xiàn)象，出現(xiàn)過(guò)裝或欠裝的頻率大大增加。從經(jīng)濟(jì)投入與技術(shù)難度的方面考慮，優(yōu)先考慮采用定量輸送機(jī)裝載作為裝載方式。定量板式輸送機(jī)裝載方式與定量帶式輸送機(jī)裝載方式相比，具有抗沖擊力較強(qiáng)、性能更穩(wěn)定和裝載精度更高等優(yōu)勢(shì)。但由于我國(guó)制造相關(guān)設(shè)備的技術(shù)相對(duì)落后，導(dǎo)致元件容易出現(xiàn)磨損，需頻繁更換元件，而國(guó)外進(jìn)口價(jià)格過(guò)高等因素導(dǎo)致了定量板式輸送機(jī)裝載方式的推廣停滯不前。定量帶式運(yùn)輸機(jī)既能滿足定量裝載的需求，還能較好地降低元件的磨損率，減少維護(hù)量。在實(shí)際生產(chǎn)中一般采取帶式輸送機(jī)滾動(dòng)托輥替換鏈輪、鏈板和鏈條結(jié)構(gòu)的方法，這種改進(jìn)能降低驅(qū)動(dòng)功率，而且變速用時(shí)短，造成的沖擊更小。我國(guó)相關(guān)廠家通過(guò)研究改進(jìn)，較好地避免了帶式輸送機(jī)機(jī)械成本高的缺點(diǎn)[3]。

2 定量帶式輸送機(jī)裝載工藝

2.1 布置形式

定量帶式輸送機(jī)裝載包括三部分：位于井底煤倉(cāng)下口的帶式給料機(jī)、定量帶式輸送機(jī)和分岔中部槽。定量帶式輸送裝載機(jī)的布置方式如下頁(yè)圖1所示。

2.2 裝載流程

位于井底煤倉(cāng)下口的帶式給料機(jī)將來(lái)自井底煤倉(cāng)的原煤轉(zhuǎn)移至定量帶式輸送機(jī)上，原煤在定量帶式輸送機(jī)上被低速輸送。在輸送機(jī)上設(shè)有稱重傳感器，一旦運(yùn)輸?shù)脑嘿|(zhì)量超過(guò)預(yù)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)關(guān)閉給料機(jī)。當(dāng)箕斗到位信號(hào)傳輸?shù)蕉繋捷斔蜋C(jī)的控制器上時(shí)，輸送機(jī)由低速轉(zhuǎn)換為高速將煤裝到箕斗。在箕斗裝煤完成后，通過(guò)控制系統(tǒng)使定量帶式輸送機(jī)又由高速轉(zhuǎn)換為低速，并且啟動(dòng)給料機(jī)開(kāi)始新一輪的裝煤工序[4]。

圖1 定量帶式輸送裝載機(jī)的布置方式

3 定量帶式輸送機(jī)選型計(jì)算

3.1 項(xiàng)目概況

以某煤礦作為研究對(duì)象。該煤礦的設(shè)計(jì)年生產(chǎn)量為12 Mt，開(kāi)拓方式為全立井。井筒直徑為9.6 m，井筒斷面面積為72.4 m2?；返念~定載重為45 t，配有兩對(duì)。與之配套有2臺(tái)直徑為5 m的多繩摩擦提升機(jī)。為符合煤礦礦井設(shè)計(jì)要求，在主立井裝載處和西翼帶式輸送機(jī)大塔搭接處各建有一個(gè)容量為3 000 t的煤倉(cāng)，以用于緩沖裝載和緩沖主運(yùn)輸系統(tǒng)的原煤輸送。

箕斗的提升高度為685.95 m，提升速度為13.09 m/s，加速度為 0.7 m/s，提升用時(shí) T1為 74.4 s，停止時(shí)間T2為45 s，完成一次循環(huán)用時(shí)T3為119.4 s。主立井井筒中心與井底煤倉(cāng)間距S為52 m。

3.2 選型設(shè)計(jì)

3.2.1 基本參數(shù)選取

結(jié)合箕斗和裝載溜槽的尺寸，選擇長(zhǎng)度為46 m的裝載帶式輸送機(jī)。由于輸送機(jī)接料和機(jī)尾張緊裝置占用較大空間，所以給料點(diǎn)與卸載滾筒之間的實(shí)際運(yùn)輸距離為41 m。

初步將定量帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)輸距離L設(shè)為33 m，以保證定量輸送機(jī)裝載系統(tǒng)在裝載過(guò)程中保持運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)定原煤的凈堆積角為40°，在煤流的頂端增設(shè)1 m的堆煤區(qū)，此時(shí)的煤流頂端距卸載滾筒7 m。

根據(jù)箕斗額定載重和定量帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)輸距離可計(jì)算出定量帶式輸送機(jī)上單位長(zhǎng)度的原煤質(zhì)量為1.37 t，設(shè)定原煤的密度為0.9 t/m3，則單位長(zhǎng)度的原煤體積為1.52 m3。根據(jù)相關(guān)運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇托輥規(guī)格為直徑159 mm，間距200 mm的“一”字平托輥高槽箱。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的煤樣，在保證輸送機(jī)處于變速時(shí)不出現(xiàn)滑料的情況下，規(guī)定槽箱內(nèi)的原煤堆積高度應(yīng)小于1 m。輸送機(jī)的帶寬選擇2 000 mm，則有效寬度為1 800 mm，堆煤高度為845 mm。

輸送機(jī)的最低速度計(jì)算公式為：

式中：v1為低速運(yùn)轉(zhuǎn)下輸送機(jī)速度，m/s。

考慮實(shí)際運(yùn)行中需留一定的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以保障系統(tǒng)完全運(yùn)行，設(shè)定T1為60 s。通過(guò)計(jì)算得v1=0.55 m/s。

輸送機(jī)的最高速度計(jì)算公式為：

式中：v2為高速運(yùn)轉(zhuǎn)下輸送機(jī)速度，m/s。

考慮實(shí)際運(yùn)行中變速需要一定的時(shí)間，設(shè)定T2為22 s。通過(guò)計(jì)算得v2=1.5 m/s。帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：輸送機(jī)的最大加速度小于0.3 m/s2，長(zhǎng)度超過(guò)500 m的帶式輸送機(jī)最大加速度小于0.2 m/s2?？紤]選用的是“一”字平托輥高槽箱定量帶式輸送機(jī)，因此確定定量帶式輸送機(jī)的加速度為0.15 m/s2。

3.2.2 功率計(jì)算

根據(jù)大海則煤礦的實(shí)際情況以及通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證輸送機(jī)的最低、最高輸送速度可以計(jì)算得出輸送機(jī)在兩種速度運(yùn)行狀態(tài)下的原煤輸送能力[5]。

輸送機(jī)在低、高速運(yùn)行狀態(tài)下的輸送能力計(jì)算公式為：

式中：Q1、Q2分別為輸送機(jī)低、高速運(yùn)行狀態(tài)下的輸送量，t/h；S為輸送帶上堆積原煤的截面積，m2；γ為傾斜系數(shù)，取1；ρ為原煤的密度，取0.9 kg/m3。

通過(guò)計(jì)算得出：帶式輸送機(jī)的低速狀態(tài)下輸送量為2 708 t/h，高速狀態(tài)下輸送量為7 287 t/h。參考相關(guān)輸送機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范可得該輸送機(jī)的實(shí)際功率P為189 kW。由于實(shí)際工作的需要，選擇1.4的安全系數(shù)以保證電機(jī)的運(yùn)行安全，因此電動(dòng)機(jī)的額定功率為280 kW[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

原煤的定量轉(zhuǎn)載是主立井生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)分析影響定量帶式輸送機(jī)裝載系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算各種因素，配套提升系統(tǒng)確定合理定量輸送機(jī)設(shè)備選型，可以使其在有限的生產(chǎn)投入條件下實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效益。