煤礦井下運輸方式及設(shè)備選型技術(shù)探析

摘 要：井下運輸系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，影響著礦井的生產(chǎn)能否安全持續(xù)的運行，直接關(guān)系到礦井的經(jīng)濟(jì)效益，為確保井下運輸系統(tǒng)的安全可靠，在進(jìn)行設(shè)備選型時就應(yīng)科學(xué)規(guī)范。本文結(jié)合某礦的實際情況，詳細(xì)介紹了煤礦井下帶式輸送機及提升絞車的選型計算方法，對今后相似工況下的煤礦運輸系統(tǒng)設(shè)備選型具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：井下運輸；帶式輸送機；提升絞車；設(shè)備選型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.061

0 引言

煤礦井下運輸包括主運輸系統(tǒng)和輔助運輸系統(tǒng)，主運輸系統(tǒng)為井下煤炭的運輸，輔助運輸主要為物料、人員及矸石的運輸。井下運輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，運輸設(shè)備的選型是否合適，直接關(guān)系到礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，甚至?xí)绊懙降V井的安全生產(chǎn)。本文結(jié)合某礦采區(qū)實際情況，詳細(xì)介紹了井下煤炭運輸及輔助運輸方式及設(shè)備的選型方法。

1 煤炭運輸方式及設(shè)備

設(shè)計本采區(qū)煤炭運輸全部采用膠帶運輸機運輸，膠帶輸送機運輸與礦車運輸相比較，具有運輸連續(xù)性強、運量大、運輸環(huán)節(jié)少、效率高、占用人員少、易于實現(xiàn)集中化自動控制等優(yōu)點，對礦井實現(xiàn)高產(chǎn)、高效和現(xiàn)代化管理具有明顯優(yōu)勢。

1.1 帶式輸送機帶速、帶寬的選擇

帶式輸送機的選型本著主要運輸環(huán)節(jié)的能力滿足生產(chǎn)規(guī)模的需要，結(jié)合井下工作面生產(chǎn)能力大的特點，考慮生產(chǎn)因素和工作面的峰值煤量，來確定帶寬、帶速、膠帶強度等。

結(jié)合國內(nèi)外膠帶輸送機的使用現(xiàn)狀，考慮多種因素，確定膠帶大巷膠帶輸送機的帶寬B=1000mm，帶速V=3.15m/s。

1.2 帶式輸送機設(shè)計依據(jù)

（1）輸送物料：原煤；斜長3500m；向上運輸，高差h=80m；

（2）工作環(huán)境：正功運行時選模擬系數(shù)f=0.026，負(fù)功運行時選模擬系數(shù)f=0.012；傳動滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)：μ=0.35，eμα=3.5，運量：Q=900t/h；堆積密度： ρ=900kg/m3。

1.3 輸送機基本參數(shù)

（1）膠帶寬度：B=1000mm，輸送速度：V=3.15m/s；（2）膠帶強度：St2000，qB=34kg/m；（3）承載托輥組旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：G1=18.9kg，承載段托輥間距：ao=1.2m ，每米上托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：qRO=G1/ao=15.75kg/m；（4）回程托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：G2=16.09kg，回程段托輥間距：au=3m，每米下托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量：qRu=G2/au=5.36kg/m；（5）每米物料重：qG=Q/3.6V=79.37kg/m，g=9.81N/kg；（6）傾斜角度：δ=1.31°。

1.4 輸送能力核算

Q核=3.6×S×V×K×ρ=3.6×0.1127×3.15×0.93×900=1070t/h>900t/h；

所以能夠滿足最大運量要求。

式中，S：輸送帶上物料的最大橫截面積，取0.1127㎡；ρ：物料松散度，取900kg/m3；K：傾斜系數(shù)，取0.93。

1.5 運行阻力計算

（1）主要阻力：

FH=fgL[qRO+qRu+（2qB+qG）cosδ]=150369N；

式中，f：模擬摩擦系數(shù)，取0.026。

（2）主要特種阻力：

FS1=Fε+Fgl=16006N；

Fε=Cεμ0Lε（qB+qG）gcosδsinε=15331N；

式中，Cε：槽形系數(shù)，取0.43；μ0：摩擦系數(shù)，取0.35；Lε：傾斜托輥輸送機長度，取3500m。

Fgl=μ2Iv2ρgl/（V2b12）=675N

式中，μ2：物料與導(dǎo)料攔板間摩擦系數(shù)，取0.6；Iv：輸送能力，Iv=Q/3.6ρ=0.28m3/s；l：導(dǎo)料槽攔板長度，取6m；b1：導(dǎo)料槽兩攔板間寬度，取0.61m。

（3）附加特種阻力：

FS2=Fr+Fa=3000N；

Fr=A×P×μ3=3000N；

式中，A：清掃器面積，A=n1A1+n2×A2=0.05m2；n1：頭部清掃器個數(shù)，取2；n2：空段清掃器個數(shù)，取2；A1：頭部清掃器面積，取0.01m2；A2：空段清掃器面積，取0.015m2；P：清掃器與輸送帶間壓力，取100000N/m2；μ3：清掃器與輸送帶間摩擦系數(shù)，取0.6。

犁式卸料器摩擦阻力：Fa=n×B×k2=0N

式中，k2：刮板系數(shù)，取1500N/m；n：卸料器個數(shù)，取0。

（4）傾斜阻力：

Fst=qGgH=62290N

（5）圓周驅(qū)動力Fu：

Fu=CFH+FS1+FS2+FSt=237680N

式中，C：附加阻力系數(shù)，取1.04。

1.6 傳動功率計算

（1）電動滾筒軸功率：

PA=Fu×V/1000=749kW。

（2）電動機功率：

PM=ζ×PA=1124kW（ζ=1.5）

選電動機功率為：4×355kW，輸送機采用雙滾筒四電機驅(qū)動，功率配比2：2。

1.7 張力計算

（1）輸送帶不打滑條件：

F2min≥Fumax/（e2μφ-1）=27465N

Fu1=237680N

Fumax=KA×Fu1=308984N

式中，eμφ：歐拉系數(shù)，取3.5；KA：啟動系數(shù)，取1.3。

（2）各點力的計算：

膠帶最大張力：Fmax=Fu1+k2Fu1/（eμφ-1）=285216N

式中，k2：驅(qū)動張力系數(shù)，取1/2。

驅(qū)動滾筒奔離點張力S2（滿足不打滑條件），令S2=F2min=27465N；

下分支張力：S3=S2+fLg（qRu+qB）=62602N；

上分支最小張力：S4=1.04×S3=81383N。

（3）輸送帶下垂度校核：

承載段最小張力：Fmin≥ao（qB+qG）g/[8（h/a）adm]=16682N

回程段最小張力：Fmin≥auqBg/[8（h/a）adm]=12508N

式中，（h/a）adm：輸送帶允許最大下垂度，一般≤0.01。

由上可知S3>12508N，S4>16682N；

輸送帶下垂度滿足要求。

1.8 結(jié)論

根據(jù)以上計算，選型如下：

運量：Q=900t/h；帶寬：B=1000mm；帶速：V=3.15m/s；輸送帶規(guī)格：St2000；電機功率：N=4×355kW；驅(qū)動方式：變頻驅(qū)動。

2 輔助運輸方式及設(shè)備

本文以軌道下山提升絞車選型計算為例。軌道下山主要擔(dān)負(fù)采區(qū)設(shè)備及材料的運輸任務(wù)，設(shè)計采用提升絞車運輸，選型設(shè)計如下：

2.1 設(shè)計依據(jù)

斜長：660m；最大傾角：6°；高差：60m；

礦車：型號MGC1.7-9，軌距900mm，長×寬×高為2100×1150×1300mm

，自重0.98t，最大載重2.7t（不包括自重）。

最大班提升量：

支護(hù)材料：3鉤（15車）；雷管、炸藥：2鉤（2車）；

最大件重量：25t（含特制平板車）；

工作制度：年工作日330d/a，“三八”制作業(yè)，兩班生產(chǎn)、一班檢修。

2.2 鋼絲繩選型

按礦車連接器最大牽引力6000kg計算串車組成的最大礦車數(shù)量：

=14.2

經(jīng)計算，確定串車由5輛車組成。

（1）鋼絲繩終端載荷：

提升礦車最大載重時：

Qd=（Qk+Qz）（sinα+f1cosα）

=（2700×5+980×5）×（sin6o +0.01×cos6o）

=1685.05kg

提升最大件時：

Qd=Q（sinα+f1cosα）

=（23400+1600）×（sin6o +0.01×cos6o）

=2861.84kg

式中，f1：提升容器在傾斜運輸?shù)郎系淖枇ο禂?shù)，串車提升時取f1=0.01。

（2）鋼絲繩單位長度重量（按提升礦車最大載重）：

=1.49kg/m

式中，f2：鋼絲繩在傾斜運輸?shù)郎系淖枇ο禂?shù)，取f2=0.4。

選用20 NAT 6V×19+FC 1670 ZZ 250 162 GB/T8918-2006交互捻鋼絲繩。

提升礦車最大載重時的安全系數(shù)：

m =

=12>6.5

提升最大件時的安全系數(shù)：

m=

=8>6.5

所選鋼絲繩滿足規(guī)程要求。

2.3 提升機選型

滾筒直徑：Dg'>60d=60×20=1200mm

鋼絲繩作用在滾筒上的最大靜張力及最大靜張力差：

Fj'=Qd+PkLc（sinα+f2cosα）

=2861.84+1.62×660×

=3439.63kg

=Fjc'

根據(jù)以上參數(shù)選擇JKB-2.0×1.8/30E型防爆提升絞車。

最大靜張力：Fj=60kN>33708N

滾筒寬度校驗纏繞層數(shù)：

=1.5<3

2.4 天輪選型

Dt>40d=40×20=800mm

設(shè)計選用TD1000/800型游動天輪，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

型號：TD1000/800；繩槽底直徑：1000mm；適應(yīng)鋼絲繩直徑范圍：>20～24.5mm；最大游動距離：800mm。

2.5 提升機選型

根據(jù)現(xiàn)行《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，斜井采用串車升降物料時的最大速度不得超過5m/s，JKB-2.0×1.8/25E提升絞車最大提升速度取3.14m/s。

，取i=25則最大提升速度為：

Ns==137.2kW

初步選擇YBPT355M-8電動機。

2.6 跑車防護(hù)裝置

經(jīng)計算，四采區(qū)一級軌道下山需設(shè)置3套型號為ZDC30-2.2的跑車防護(hù)裝置，單套跑車防護(hù)裝置緩沖器額定抗沖擊能量2.2MJ。

3 結(jié)語

在大中型礦井中帶式輸送機和提升絞車擔(dān)負(fù)著井下運輸?shù)闹饕蝿?wù)，具有長距離、大運量、連續(xù)運輸，并且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化、集中化控制的高可靠性的特點。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，井下運輸系統(tǒng)會不斷向著自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展，希望本文可以為今后井下運輸設(shè)備的選型提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]魏洋.山陽礦井井下輔助運輸設(shè)備選型[J].陜西煤炭，2015.

作者簡介：戴偉（1975-），男，江蘇銅山人，本科，工程師，從事煤礦機電運輸教學(xué)工作。