壽陽友眾煤礦井下輔助運輸設計單軌吊車的選型

張俊卿

(1.晉中市煤炭規劃設計研究院,山西省晉中市,030600;2.晉中長秦安全科技有限責任公司,山西省晉中市,030600)

壽陽友眾煤礦井下輔助運輸設計單軌吊車的選型

張俊卿1,2

(1.晉中市煤炭規劃設計研究院,山西省晉中市,030600;2.晉中長秦安全科技有限責任公司,山西省晉中市,030600)

介紹了壽陽友眾煤礦防爆柴油機單軌吊車的設計背景、依據,對單軌吊車的選型計算進行了詳細描述,并對單軌吊車在壽陽友眾煤礦應用效果的優缺點進行了分析。

煤礦井下輔助運輸設備 防爆柴油機單軌吊車 設計選型

1 概述

壽陽友眾煤礦現為機械化采煤升級改造礦井,生產規模45萬t/a,批準開采3#、6#、15#煤層,現開采井田北部15#煤層,井下輔助運輸采用調度絞車。兼并重組整合(整合宗艾煤礦)后礦井生產能力提升為60萬t/a,批準開采3～15#煤層,隨著開拓方案及井下輔助運輸巷道的變化,現有的井下輔助運輸形式已成為制約煤礦發展的重要因素。根據整合后井田開拓方案,設計井下輔助運輸采用單軌吊車。單軌吊車是技術相對成熟的煤礦井下輔助運輸設備,安全可靠,經濟性好。

2 壽陽友眾煤礦輔助運輸的設計

2.1 輔助運輸設計依據

原壽陽友眾煤礦井下輔助運輸方式采用調度絞車接力運輸,該輔助運輸方式存在較大的安全隱患,如安裝調整不易、調速及制動性能差、安全保護少等缺點,且需轉載的環節多、速度慢、效率低。該礦現從事輔助運輸的人員占井下職工總數的三分之一(井下生產人員280人)左右,綜采工作面搬家一次需要45天左右,用工在4000人以上。隨著開拓范圍的不斷擴大,以及煤礦采掘設備的重型化和生產集中化,這個矛盾將更加突出,井下輔助運輸方式是礦井亟待解決的一個問題。

礦井整合后,為減少井巷工程量,盡量利用現有井巷設施。全井田設一個主水平,開采15#煤層;設一個輔助水平,聯合布置開采3#、6#煤層,沿6#煤層頂板布置帶式輸送機巷和軌道巷。井下設一服務于3#、6#煤的煤倉。3#、6#煤層主要運輸巷道及運輸路線布置見圖1。

2.2 輔助運輸方式的比選

礦井輔助運輸設備主要有無軌運輸設備、軌道運輸設備和單軌吊車3種。無軌運輸設備主要有無軌膠輪車,要求巷道尺寸較寬且無棚腿支護,造價太高;軌道運輸設備主要有防爆柴油車(用于井下水平大巷)、齒軌車(不能適應于起伏不平、帶坡度的巷道、造價較高)、卡軌車(在有底鼓巷道不好使用,需轉載)和無極繩連續牽引車(不適用于傾斜彎道的巷道,最大運距2000 m,最大坡角15°)。單軌吊車適用于煤礦井下巷道分支多、坡度變化大、頂板條件較好的巷道中,掛在巷道頂板上運送負載,不受運程限制,機動靈活,一臺機車可用于向多條分支巷道運送物料、設備和人員,可實現不經轉載直達運輸。單軌吊車用于傾斜巷道運輸時,機車牽引單軌吊車坡度一般要小于或等于18°,最佳使用坡度為12°以下,最小曲率半徑水平為4 m,垂直為10 m。

圖1 主要運輸巷道及運輸路線

2.3 單軌吊選型依據

軌道大巷長420 m,傾角2°,3個分支;軌道下山(6#)長1500 m,傾角15°;西軌道巷(6#)長800 m,傾角8°;一采區軌道巷(6#)長600 m,傾角8°;工作面巷道長1480 m,傾角α為0°。

礦井開采3#煤層時,巷道分支多(7個以上),坡度變化大(0～15°),部分地段底鼓,運輸距離總長度約4800 m。根據上述輔助運輸設備的適應性,可采用無極繩連續牽引車和單軌吊車,但因礦井現可利用巷道布置傾斜彎道太多,故選用單軌吊車從技術上更合理。

3 單軌吊車選型計算

單軌吊車進行運輸,需根據材料的質量和尺寸,組成運輸單元,每個運輸單元的質量為3 t,即每個集裝箱的運輸量為2.5 t,無集裝箱時為3 t。長度小于3.1 m的材料用集裝箱運輸,大于3.1 m的打捆運輸。

一般單軌吊車一次只掛3～4個起吊梁,即運送一般的材料、設備和人員時,每列車一次只能運送3～4個運輸單元;運送大型設備如液壓支架時,單軌吊車只能掛一個組合起吊梁。各構件質量見表1。

表1 運輸列車的組成及質量

計算分3種情況,設單軌吊列車自身總質量為G,有效載荷質量為Q。

(1)運輸一般材料。運送一般材料、設備的單軌吊列車由l輛牽引車、1輛制動車、3個4 t吊運梁、3個集裝箱和4個連接桿組成。則G+Q=16880 kg。

(2)運輸大型設備的情況(如液壓支架)。運輸大型設備的單軌吊列車由1輛牽引車、1輛制動車、l組16 t重載組合吊運梁和4個連接桿組成。G+Q=19280 kg。

(3)運輸人員。運送人員的單軌吊列車由l輛牽引車、1輛制動車、3個4 t吊運梁、3個人車和4個連接桿組成。G+Q=11255 kg。

根據上述3種情況的計算,取G+Q的最大值計算牽引力。

3.1 單軌吊列車牽引力F的計算

依據國標GB50533-2009:

式中:μ——單軌吊列車運行阻力系數,取0.3;

ηB——線路效率,線路為直線時,ηB取0.8,巷道彎道平均每15°降低0.01,按巷道最大轉彎角度為90°計,線路效率降低0.06,此時ηB取0.74。

3.2 柴油機功率的計算

牽引絞車軸功率N可按公式(2)計算:

式中:v——運行速度,取1.1 m/s;

ηA——驅動裝置效率,取0.65。

3.3 單軌吊車運輸能力的計算

確定單軌吊車所服務的各生產作業點日需要材料、設備、人員的運輸單元總和設為A;單軌吊車一次運送的運輸單元數設為B。

柴油機單軌吊車可以在有分支的線路上運輸,各生產作業的運輸距離不同,采用加權平均距離計算。友眾煤礦有3個生產作業點,各生產作業點的加權平均距離Li為:

一臺單軌吊車運行一個循環所需的時間t1為(考慮加、減速和轉彎處速度降低的系數為0.75):

式中:θ——裝卸及休止時間,取10～15 min。

一臺單軌吊車日工作循環數Z1為:

式中:Z1——單軌吊車每天工作循環次數,次;

tR——單軌吊車每天工作時間,一天按2班運輸,每班工作5～7 h,取6 h,則tR=720 min。

要完成計劃任務,單軌吊車應運行的循環數Z2為:

式中:A——生產作業點日需運輸單元總和,雷管、炸藥、料石、水泥、砂子、設備、材料、坑木等,折合A為68 t;

B——單軌吊車每次運送的運輸單元數,取7.5 t。

因Z1

3.4 選型結果

根據計算的牽引力F為140.1 kN、柴油機功率N為118.5 kW,選擇符合要求的防爆型柴油動力單軌吊車。建議選用捷克斯達蒂夫IMM120TD型單軌吊車,牽引力160 kN,柴油機功率126 kW,可在型號I 115的懸吊式單軌道上行駛,巷道最大適用傾角為30°;機車的最大載荷為55 t;行駛速度0～2.8 m/s。考慮到檢修和備用的需要,共選用防爆型柴油動力單軌吊車3臺,2臺工作,1臺備用。

4 應用效果

壽陽友眾煤礦采用防爆柴油機車單軌吊車初期投資較大(3臺約合人民幣1200萬元),但運行費用低。

(1)大大減少運輸環節,減輕人員體力消耗,經計算,綜采工作面搬家一次需要20天左右,用工在1800個左右,按270天搬家一次,可減少人工費用27萬元,按噸煤效益100元計算,可增收500萬元左右,兩年多即可回收成本;解決了傳統地軌運輸方式人員設備多、效率低、勞動強度大、維護量大等問題。

(2)運行安全可靠,機車安裝有各種安全保護系統,當某個數據超出設定標準時,發動機會自動熄火,機車自動停止。

(3)改善了運輸作業環境,避免了傳統地軌運輸斷繩、脫鉤、翻車、跑車等現象,安全系數大幅提升。

缺點是對巷道頂板及支護要求高,需要有可靠的懸吊單軌的吊掛承力裝置。排氣有少許污染和異味。

Selection of overhead monorail design for auxiliary haulage of Youzhong Coal Mine,Shouyang County

Zhang Junqing1,2
(1.Jinzhong City Coal Mine Planning and Design Institute,Jinzhong,shanxi 030600,China;2.Jinzhong Changqin Safety Technology Co.,Ltd.,Jinzhong,shanxi 030600,China)

The paper provides background information about the designing of the diesel-powered flame-proof overhead monorail used at Youzhong Coal Mine,Shouyang County and describes the process of monorail selection and calculation,with an analysis of the performance of the monorail at the mine.

underground auxiliary haulage installation in coal mine,diesel-powered flameproof overhead monorail,design and selection

TD524.3

B

張俊卿(1968-),女,1991年畢業于阜新礦業學院,電氣工程師,主要從事煤礦設計工作。

(責任編輯 張艷華)