望云煤礦提升設(shè)備選型分析

翟 鵬

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司的望云礦井剩余資源儲(chǔ)量較少，根據(jù)礦井周邊資源賦存及歸屬情況，望云礦井?dāng)U充井田邊界、增補(bǔ)后備資源的機(jī)會(huì)較小。為延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，合理配置資源，減少建設(shè)投資，望云礦將與下屬高山煤礦整合開(kāi)采。礦井合并后，望云煤礦生產(chǎn)能力由原來(lái)的300 萬(wàn)t/a提升到400 萬(wàn)t/a。由于礦井產(chǎn)量的提升，需要對(duì)煤礦提升設(shè)備進(jìn)行選型。為了滿足經(jīng)濟(jì)性原則，需要對(duì)現(xiàn)有的井下運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)。若滿足，則不需要更換，反之，則需要進(jìn)行更換。

1 主斜井提升設(shè)備選型

煤礦已有輸送機(jī)型號(hào)為DTL140/110/3×355。輸送機(jī)為原煤運(yùn)輸帶式輸送機(jī)，輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)L=461 m，傾角δ=25°～15°，提升高度H=192 m，輸送能力Q=810 t/h，原煤松散密度ρ=950 kg/m3，粒度α=300 mm，每米膠帶機(jī)上物料重量qG=112.5 kg。采用機(jī)尾載重小車張緊。帶式輸送機(jī)布置如圖1。

圖1 斜井帶式輸送機(jī)布置示意圖（m）

輸送機(jī)帶寬B=1400 mm，速度V=2.0 m/s，承載分支托輥間距a0=1.2 m，回程分支托輥間距aU=3.0 m，上托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量qRO=17.8 kg/m，每米下托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量qRU=4.8 kg/m，運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f=0.03，膠面滾筒直徑φ=1400 mm，摩擦系數(shù)μ=0.3，上托輥槽角λ=30°，上托輥直徑φ=108 mm，L=530 mm，軸承為6205/C4，平形下托輥直徑φ=108 mm，L=1600 mm，軸承為6205/C4，導(dǎo)料槽長(zhǎng)度4500 mm，輸送帶為鋼絲繩芯阻燃抗靜電輸送帶，強(qiáng)度St=2500 N/mm，膠帶自重qB=51.52 kg /m。

1.1 輸送機(jī)運(yùn)輸能力校驗(yàn)

輸送機(jī)的理論運(yùn)輸量可表示為[1-2]

式中：Qt為帶式輸送機(jī)理論運(yùn)輸量，t/h；S為輸送帶上物料的最大橫截面積，這里取S=0.179 7 m2；ρ為原煤松散密度，kg/m3；K為傾斜輸送帶面積折減系數(shù)，這里取K=1；V為皮帶的運(yùn)輸速度，m/s。

將有關(guān)參數(shù)代入到式（1） 中可得Qt=3.6×0.179 72×2.0×1.0×950=1 229.0 t/h ＞810 t/h。故可以認(rèn)為皮帶輸送機(jī)的運(yùn)輸能力滿足要求。

在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，輸送機(jī)帶寬應(yīng)該滿足下式：式中：B為輸送帶的帶寬，mm；α為運(yùn)輸物的粒度，mm。將有關(guān)參數(shù)代入到式（2）中，得到B最小應(yīng)為800 mm。這里皮帶的寬度為1400 mm，故可以認(rèn)為輸送帶的寬度滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

1.2 輸送機(jī)傳動(dòng)功率校驗(yàn)

輸送帶的傳輸功率PA與輸送帶的圓周力Fu滿足如下關(guān)系：

式中：FH為主要阻力，N；FS1為主要特種阻力，N；FS2為加特種阻力，N；FST為傾斜阻力，N；μ2為托輥與皮帶的摩擦阻力系數(shù)。

將參數(shù)代入到式（4）、（5）和（6）中，可以求得皮帶輸送機(jī)的圓周力Fu=255 538.1 N。將Fu的值代入到式（3）中，可以求得電機(jī)的傳動(dòng)功率PA=355 kW?，F(xiàn)在已經(jīng)有電機(jī)的功率為400 kW，故可以認(rèn)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)也滿足生產(chǎn)需要。

1.3 皮帶張力的張力校驗(yàn)

（1）按不打滑條件[3]

F2（S1）min≥FUmax/（eμφ-1）=KAFU/（eμφ-1） （7）

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入到式（7）中，可以計(jì)算不打滑所需張力F2（S1）min≥85 751.0 N。

（2）按垂度條件

承載分支：

Fmin≥[a0（qB+qG）g]/[8（h/a）adm]=24 135.5 N

回程分支：

Fmin≥（aUqBg）/[8（h/a）adm]=18 952.9 N

（3）各特性點(diǎn)張力

根據(jù)不打滑條件，傳動(dòng)滾筒奔離點(diǎn)的張力為85 751 N，令S1=101 000 N，則各點(diǎn)張力見(jiàn)表1。

表1 皮帶輸送機(jī)張力計(jì)算表

（4）確定傳動(dòng)滾筒合張力。第一滾筒合張力F1=S10-1+S10=580 861.7 N，第二滾筒合張力F2=S10-1+S1=324 119.1 N。

1.4 皮帶機(jī)部件的選型

初選滾筒直徑1400 mm，則傳動(dòng)滾筒最大扭矩為Mmax=FU1D/2=116.2 kN·m。采用傳動(dòng)滾筒140140型，其許用扭矩80 kN·m，許用合力900 kN。滾筒許用合力滿足使用要求，但許用扭矩不足需特制。經(jīng)驗(yàn)算已有傳動(dòng)滾筒滿足要求。

拉緊采用機(jī)尾小車張緊，經(jīng)計(jì)算需4 943.6 kg張力、11 697.5 kg 的配重。小車及尾輪重約3 838.8 kg，需加重塊7 858.7 kg，隨著機(jī)尾所需張力的變化可用增減重塊的數(shù)量來(lái)滿足張力變化的要求。經(jīng)驗(yàn)算已有小車張緊系統(tǒng)滿足要求。采用鋼絲繩芯阻燃抗靜電帶，其安全系數(shù)應(yīng)為7～9。n1=Gx×B/Fmax=（2500×1400）/357 742.6=9.78 ＞7.0。經(jīng)驗(yàn)算已有輸送帶強(qiáng)度滿足要求。

作用于傳動(dòng)滾筒上的逆止力矩M/L=FLD/2000=141.0 kN·m，選 用NJ（NYD）420 型逆止器1 臺(tái)，其逆止力矩為520 kN·m，滿足規(guī)范大于2.0 倍的要求。低速軸盤(pán)式制動(dòng)器為KPZ-1600（284/5Z）型，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為284 kN·m，滿足規(guī)范要求。經(jīng)驗(yàn)算已有逆止器、制動(dòng)器滿足要求。

已有設(shè)備滿足整合開(kāi)采項(xiàng)目生產(chǎn)要求，完全利用。其參數(shù)如下：輸送機(jī)DTL140/110/3×355 型帶式輸送機(jī)，B=1400 mm，V=2.0 m/s，L=461 m，δ=25°～15°，Q=810 t/h。頭部Φ1400 mm 膠面滾筒驅(qū)動(dòng)，機(jī)尾載重小車?yán)o；輸送帶采用鋼絲繩芯阻燃橡膠帶，B=1400 mm，強(qiáng)度St=2500 N/mm；減速器ML3PSF140，3 臺(tái)；變頻器功率N=350～400 kW；制動(dòng)器KPZ-1600（284/5Z），1 個(gè)；逆止器NYD420，2 個(gè)；電動(dòng)機(jī)YBP355L2-4，N=355 kW，3300 V，1478 r/min，3 臺(tái)。

2 副斜井輔助提升設(shè)備

該礦井生產(chǎn)能力400 萬(wàn)t/a，布置一個(gè)綜放工作面，兩個(gè)綜掘工作面。膠輪車副斜井傾角6°，運(yùn)行無(wú)軌膠輪車，擔(dān)負(fù)礦井輔助材料、設(shè)備和兩個(gè)區(qū)全部井下人員運(yùn)輸任務(wù)。井筒斜長(zhǎng)1450 m，傾角6°。大巷及順槽最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離5000 m，最重不可拆件36 t。

2.1 機(jī)車牽引力計(jì)算

機(jī)車牽引力與運(yùn)輸貨物的重量有關(guān)系，可以表示為：

式中：Qj為無(wú)軌膠輪車的重量，kg；Qh為運(yùn)輸物體的重量，kg；ω為車輛與地面滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.015；F為機(jī)車的牽引力，N。

將有關(guān)參數(shù)代入到式（8）中，即可算出所需的牽引力。在進(jìn)行機(jī)車選擇時(shí)，需要根據(jù)最大運(yùn)輸物體的重量選擇機(jī)車的型號(hào)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，運(yùn)輸所需的最大牽引力F=9 514.76 N。

2.2 運(yùn)料膠輪車輛選擇

（1）運(yùn)料車輛往返一次運(yùn)行時(shí)間采用下式計(jì)算[4]：

式中：ty為車輛往返一次運(yùn)行時(shí)間，min；L為最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離，5.00 km；v1為空載運(yùn)行速度，25 km/h；v2為滿載運(yùn)行速度，18 km/h；k為運(yùn)輸不均衡系數(shù)，取1.1。

經(jīng)計(jì)算，最遠(yuǎn)端往返一次耗時(shí)約31.53 min。

（2）運(yùn)料車輛完成一次運(yùn)輸循環(huán)所需總時(shí)間：

式中：t為車輛往返一次運(yùn)輸總時(shí)間，min；t1為裝車時(shí)間，按平均時(shí)間取15 min；t2為卸車時(shí)間，正常情況下，取10 min；t3為調(diào)車等待停歇時(shí)間，取4 min；ty為往返一次運(yùn)行時(shí)間，min。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得運(yùn)料車循環(huán)一次運(yùn)輸所需時(shí)間t=60.53 min。

（3）運(yùn)料車輛臺(tái)班運(yùn)輸能力計(jì)算：

式中：Qb為車輛臺(tái)班運(yùn)輸能力，Qw為車輛運(yùn)載量，按4 t 材料車考慮，取4 t；T為每班運(yùn)輸時(shí)間，取6 h；k1為車輛載重量利用系數(shù)，取0.9；k2為車輛工作時(shí)間利用系數(shù)，取0.8。

經(jīng)計(jì)算，每車每班可運(yùn)輸17.12 t，往返4 次。

（4）運(yùn)料車輛臺(tái)數(shù)：

式中：k為運(yùn)輸不均衡系數(shù)，取1.1；Q為車輛運(yùn)載量，t。

根據(jù)井下每班輔助運(yùn)輸量估算，矸石等每班運(yùn)輸22 t，坑木及其他材料設(shè)備每班4 車（折算運(yùn)輸量12 t），按載重4 t 車輛計(jì)算共需2.12 輛，則需要配備載重4 t 車輛不少于3 輛。此外，考慮其他小型設(shè)備運(yùn)輸需要配備載重2 t 的膠輪車2 輛。

綜上所述，采用WqC4J 型自卸防爆膠輪車3 輛，功率65 kW，裝載4000 kg，爬山坡能力14°，用于運(yùn)輸矸石及井下散裝物料等。

采用WqC2J 型平頭單排防爆膠輪車2 臺(tái)，功率45 kW，裝載2000 kg，爬山坡能力14°，用于運(yùn)輸小型材料及小型設(shè)備。

2.3 人員運(yùn)輸車輛選擇

經(jīng)計(jì)算，井下人員運(yùn)輸車輛按最遠(yuǎn)線路一次往返時(shí)間為48 min。礦井最大班下井生產(chǎn)工人人數(shù)約113 人，為節(jié)省中間等待時(shí)間，提高工效，井下生產(chǎn)工人按一次運(yùn)送到位考慮，生產(chǎn)采區(qū)最大班需向井下運(yùn)送車次數(shù)n=113/20=6，設(shè)計(jì)配備WrC20/2J型人員運(yùn)輸車6 輛。

采用WrC20/2J 型防爆膠輪車6 臺(tái)，功率65 kW，裝載20 人，爬山坡能力14°，用于運(yùn)輸人員。

3 結(jié)語(yǔ)

望云煤礦產(chǎn)量增加后，礦井的提升設(shè)備也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)采用皮帶運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)公式，對(duì)現(xiàn)有的主斜井皮帶輸送機(jī)進(jìn)行了校驗(yàn)。校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主斜井皮帶基本滿足了礦井的需要，不需要重新進(jìn)行投資，可以為煤礦主斜井皮帶輸送機(jī)的選型提供一定的參考。