煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備選型淺議

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摘要：五家溝煤礦由于井田內(nèi)資源較少，為了減少投資，與同屬集團(tuán)高山煤礦合并開采。在合并后煤礦產(chǎn)量由原來的300萬t/a提升到400萬t/a。由于工作面產(chǎn)量的提升，需要對(duì)井下運(yùn)輸設(shè)備做出相應(yīng)的調(diào)整。通過對(duì)現(xiàn)有的主運(yùn)輸皮帶輸送機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行選型。與此同時(shí)，還對(duì)輔助運(yùn)輸進(jìn)行了重新選型。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；井下運(yùn)輸；輔助運(yùn)輸；設(shè)備選型

1礦井概況

中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司的五家溝礦井剩余資源儲(chǔ)量較少，根據(jù)礦井周邊資源賦存及歸屬情況，五家溝礦井?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)原五家溝礦井服務(wù)年限、合理配置資源，減少建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)與下屬的高山煤整合開采。合并后，五家溝煤礦的生產(chǎn)能力由原來的300萬t/a提升到400萬t/a。由于產(chǎn)量的提升，需要對(duì)煤礦井下運(yùn)輸進(jìn)行重新選型。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。

2主運(yùn)輸輸送機(jī)的選擇

根據(jù)礦井設(shè)計(jì)規(guī)模、主斜井井筒提升方式、井田開拓布置及目前國(guó)內(nèi)井下煤炭運(yùn)輸技術(shù)裝備發(fā)展情況，確定井下煤炭運(yùn)輸采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸方式。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)量大，運(yùn)輸系統(tǒng)單一化，管理人員少、事故少、效率高。容易實(shí)現(xiàn)集中控制和自動(dòng)控制；具有連續(xù)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)越性，有增產(chǎn)潛力，能充分發(fā)揮機(jī)械化設(shè)備的生產(chǎn)能力，確保礦井穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[1-3]。根據(jù)開拓巷道布置、運(yùn)輸量和主斜井煤炭提升方式的要求，為了減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，井下大巷煤炭運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)。井下煤炭主運(yùn)輸設(shè)備全部采用帶式輸送機(jī)。工作面順槽來煤經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至主斜井井底煤倉。帶式輸送機(jī)運(yùn)量與工作面產(chǎn)量一致。煤礦已有輸送機(jī)型號(hào)為DTL140/250/2×450。為了節(jié)約成本，需要對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)。若不滿足要求，則進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，符合要求的留用。輸送機(jī)機(jī)長(zhǎng)L=1130m，傾角δ=0.51°，提升高度H=10m，輸送能力Q=2294t/h，原煤松散密度ρ=950kg/m3，粒度a=300mm，每米膠帶機(jī)上物料重量qG=103.4kg/m。采用下帶液壓絞車張緊。帶式輸送機(jī)的布置如圖1所示。輸送機(jī)帶寬B=1400mm，速度V=5.0m/s。承載分支托輥間距a0=1.2m，回程分支托輥間距aU=3m，每米上托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量qRO=29.1kg/m，每米下托輥轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量qRU=10.0kg/m。運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)f=0.03；膠面滾筒φ=1250mm驅(qū)動(dòng)，其磨擦系數(shù)μ=0.25。上托輥槽角λ=30°，上托輥φ=159mm，L=530mm，軸承為6306/C4。V形下托輥φ=159mm，L=1600mm，軸承為6306/C4。導(dǎo)料槽長(zhǎng)度4500mm，輸送帶為PVG整芯阻燃抗靜電輸送帶，強(qiáng)度1000N/mm，每米膠帶自重qB=19.9g/m。

2.1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[4]：2022年第3期煤礦現(xiàn)代化第31卷Qt=3.6·S·K·V·ρ（1）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，m2，這里取S=0.1797m2；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=3.6×0.1797×5.0×1.0×950=3072.8t/h＞2294t/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)輸過程中，輸送機(jī)帶寬應(yīng)該滿足下式：B≥2α+200（2）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800mm。這里皮帶的寬度為1400mm，故可以認(rèn)為輸送帶的寬度是滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

2.2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：PA=（Fu×V）/1000（3）Fu=CFH+FS1+FS2+FSt（4）FH=fLg[qRO+qRU+（2qB+qG）cosδ]（5）FS1=μ2·Iv2·ρ·g·L/V2b12（6）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)。將一些參數(shù)代入到式（4）、（5）和（6）中，可以求得皮帶輸送機(jī)的圓周力=82793.6N。將Fu的值代入到式（3）中，可求得電機(jī)的傳動(dòng)功率PA=315kW。現(xiàn)在已經(jīng)有電機(jī)的功率為450kW。故可以認(rèn)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是滿足生產(chǎn)的需要。

2.3皮帶張力的張力校驗(yàn)

1）按不打滑條件：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≥21560.8N。2）按垂度條件：承載分支Fmin≥［a0(qB+qG)g］/［8(h/a)adm］=18511.5N回程分支Fmin≥(aUqBg)/［8(h/a)adm］=8240.4N3）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21560.8N，令S1=21560.8N，則各點(diǎn)張力見表1。4）確定傳動(dòng)滾筒合張力。第一滾筒合張力F1=S10-1+S10=180863.0N；第二滾筒合張力F2=S10-1+S1=93142.8N。

2.4皮帶機(jī)部件的選型

初選滾筒φ1250mm，則傳動(dòng)滾筒最大扭矩為Mmax=FU1D/2=38.8kN·m。選用140125.1型傳動(dòng)滾筒，查表知其許用扭矩40kN·m，許用合力300kN。滾筒許用合力、許用扭矩均滿足使用要求。經(jīng)驗(yàn)算已有傳動(dòng)滾筒滿足要求。拉緊采用下帶絞車張緊，絞車為ZYL-500型，最大牽引力100kN。配用電機(jī)功率為7.5kW，泵站功率為5.5kW。經(jīng)驗(yàn)算，已有張緊絞車滿足要求。采用PVG整芯阻燃抗靜電帶，其安全系數(shù)為10～12。n1=Gx×B/Fmax=（1000×1400）/113593.3=12.3＞10.0，故選用PVG型整芯阻燃抗靜電帶，強(qiáng)度1000S滿足要求。經(jīng)驗(yàn)算已有輸送帶滿足要求。作用于傳動(dòng)滾筒上的逆止力矩M/L=FLD/2000=-5.7kN·m，負(fù)數(shù)說明該輸送機(jī)不會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，故不用加裝逆止器，但為了穩(wěn)定停車，需加裝制動(dòng)器1臺(tái)。作用于高速軸上的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為5.7/（0.86×20）=0.33kN·m。故選用BYWZ5-400/80型制動(dòng)器1臺(tái)，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為在（0.63～1.25）kN·m之間。滿足規(guī)范要求。經(jīng)驗(yàn)算已有制動(dòng)器滿足要求。基本參數(shù)：輸送機(jī)DTL140/250/2×450型帶式輸送機(jī)，B=1400mm，V=5.0m/s，L=1130m，δ=0.51°，Q=2294t/h。頭部φ1250mm膠面滾筒驅(qū)動(dòng)，頭部下帶絞車?yán)o。輸送帶采用PVG型整芯阻燃帶，強(qiáng)度1000S。減速器ML3PSF130，i=20，2臺(tái)。耦合器YOXⅡZ650（水介質(zhì)），2臺(tái)。制動(dòng)器BYWZ5-400/80，2臺(tái)；電動(dòng)機(jī)YBBP450S-4，N=450kW，2臺(tái)。B區(qū)五盤區(qū)主運(yùn)巷帶式輸送機(jī)機(jī)頭設(shè)10/1.2kV變配電硐室，該電源引自井下采區(qū)變電所10kV母線段，硐室內(nèi)設(shè)1臺(tái)KBSGZY-2000/1010/1.2kV移動(dòng)變電站、1臺(tái)KJZ-1800/1140-8礦用隔爆組合開關(guān)及2臺(tái)BJP-500/1140礦用隔爆變頻裝置為該帶式輸送機(jī)進(jìn)行配電及起動(dòng)。膠帶機(jī)安裝一套KHP-1型監(jiān)控綜合保護(hù)裝置，用于帶式輸送機(jī)的啟、停及保護(hù)，具有堆煤、斷帶、超溫、低速、跑偏、煙霧、沿線急停等各種保護(hù)裝置。直觀顯示輸送機(jī)運(yùn)行速度、各種故障狀態(tài)，具有聲光、語言報(bào)警功能。

3輔助運(yùn)輸方式及設(shè)備

礦井采掘設(shè)備機(jī)械化裝備水平較高，礦井全員效率高，輔助運(yùn)輸量小，設(shè)計(jì)確定大巷輔助運(yùn)輸利用現(xiàn)有無軌膠輪車運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)礦井自井口到井下各工作地點(diǎn)輔助運(yùn)輸連續(xù)化，大大提高礦井輔助運(yùn)輸機(jī)械化水平[5]。材料、設(shè)備、人員運(yùn)輸系統(tǒng)如下：地面→膠輪車副斜井→輔運(yùn)巷→回風(fēng)順槽或掘進(jìn)巷→回采工作面或掘進(jìn)工作面。矸石運(yùn)輸與材料運(yùn)輸系統(tǒng)相反的方向運(yùn)出。無軌膠輪車主要用于輔助運(yùn)輸，由于井下多為煤巷，巖石工程量不大，矸石較少，故選用WqC4J型無軌膠輪車運(yùn)輸矸石，WqC2J型無軌膠輪車運(yùn)輸材料、設(shè)備，液壓支架的運(yùn)輸選用WC40Y型無軌膠輪車，運(yùn)送人員選用WrC20/2J型無軌膠輪車。指揮車選用WqC2J（A）型膠輪車，兼運(yùn)送人員。各種車輛規(guī)格特征見表2。

4結(jié)論

根據(jù)五家溝煤礦井下運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求，對(duì)現(xiàn)有的主運(yùn)輸皮帶進(jìn)行了校驗(yàn)。校驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的皮帶輸送機(jī)能滿足現(xiàn)有的煤礦開采需求，不要額外的購置皮帶輸送機(jī)。通過對(duì)井下輔助運(yùn)輸進(jìn)行選擇，并確定了輔助運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備型號(hào)。本文可以為煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備的選型提供一定的參考。

作者:李斌 單位:山西省蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司