凱達煤礦井下運輸設計特點

張明

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北邯鄲 056031）

凱達煤礦井下運輸設計特點

張明

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北邯鄲 056031）

結合凱達煤礦設計實例，對煤礦井下運輸方式和設備進行說明，給出井下帶式輸送機簡要計算，對煤礦相關設計提供參考。

煤礦；井下運輸；設備選型

凱達煤礦升級改造礦井建設規模由0.9 Mt/a提高到1.5 Mt/a，凈增0.6 Mt/a。礦井地質資源量為190.03 Mt，設計可采儲量為108.94 Mt，礦井服務年限為48.4 a。

1 井下運輸方式及設備

1.1 運輸方式

帶式輸送機運煤具有運輸能力大，能充分發揮綜采設備的效能，有利于持續、穩定地實現礦井的安全高效生產；自動化程度高，操作簡便，易于實現集中管理，簡化生產環節，提高生產效率和保證安全；井底車場可以簡化，所需工程量少；運輸環節少，占用人員少，主輔運輸互不干擾；能適應煤層巷道的起伏變化，結合本礦的條件，升級改造前為帶式輸送機運輸方式，本設計確定主斜井、大巷運輸采用帶式輸送機運輸方式。

1.2 運輸設備

現有主斜井帶式輸送機兼作井下大巷帶式輸送機，接受工作面運輸巷帶式輸送機和掘進巷帶式輸送機的來煤，礦井擴界后延長原主斜井帶式輸送機，增加兩條大巷帶式輸送機，接受工作面運輸巷帶式輸送機和掘進巷帶式輸送機來煤，將煤轉載至主斜井帶式輸送機，將煤運至地面生產系統。

1.3 軟驅動形式選擇

由于本設計所用帶式輸送機運距長、運輸能力大，為降低起/制動時輸送帶的動張力，減少起動時對電網的沖擊和起動過程中各承力部件的動載荷，延長減速器、電動機等關鍵部件的使用壽命，實現電機間的功率平衡，應對帶式輸送機的起/制動加速度進行控制，因此驅動裝置必須具有軟起動功能[1]。在帶式輸送機上具有可控起動功能的傳動裝置主要有變頻調速驅動、CST可控起動驅動系統、調速型液力偶合器傳動。

防爆變頻驅動系統由變頻電動機+減速器+防爆變頻電控系統組成。變頻調速是通過改變定子的供電頻率來改變電動機的同步轉速，具有設定起動加速度曲線自動跟蹤控制、多機功率平衡等功能，能在低速情況下長時間運行，真正提供驗帶速度，還可根據井下原煤的生產情況相應設定帶式輸送機的運行速度，運量較小時，可采用較低帶速，以減小托輥、輸送帶磨損和減小電耗[2]。設計采用變頻調速驅動系統。

2 井下煤炭運輸流程

井下煤炭運輸系統工藝設計采用帶式輸送機。整合改造后主要運輸工藝流程：5號煤及6號煤兩個工作面來煤分別由運輸巷帶式輸送機轉載進入5號煤大巷帶式輸送機和6號煤大巷帶式輸送機，5號煤大巷帶式輸送機來煤通過溜煤眼下給煤機給入6號煤大巷帶式輸送機，兩路煤流混合后，6號煤大巷帶式輸送機與主斜井帶式輸送機搭接，經主斜井帶式輸送機運至主井井口房，運輸主要工藝流程，見圖1。

3 井下運輸設備選型

3.1 煤大巷帶式輸送機

工作面來煤經運輸巷帶式輸送機轉載進入5號煤大巷帶式輸送機，通過溜煤眼下給煤機給入6號煤大巷帶式輸送機。5號煤大巷帶式輸送機全長1 500 m，提升高-10 m。考慮和5號煤工作面順槽帶寬一致，5號煤大巷帶式輸送機帶寬采用1 000 mm。5號煤大巷帶式輸送機主要技術特征，如表1所示。

1）原始數據：輸送帶每米質量qB=18 kg/m；輸送帶上每米物料質量qG=35 kg/m。

輸送機上托輥每米旋轉質量qRO=10.2 kg/m；輸送機下托輥每米旋轉質量qRU=3.5 kg/m；模擬摩擦系數f=0.028；附加阻力系數C=1.06；傳動滾筒與膠帶間摩擦系數μ=0.3；傳動滾筒圍包角α=195°；起動系數KA=1.5。

2）裝料斷面輸送能力：

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，0.112 7 m2；V為輸送機帶速，1.6 m/s；k為輸送機傾角系數，1；ρ為物料輸送密度，850 kg/m3。

3）圓周驅動力和傳動功率計算[3]：以全程有載工況進行設計選型計算。經計算，主要阻力FH= 34 762 N；傾斜阻力Fst=-3 406 N；特種主要阻力FS1=259 N；特種附加阻力FS2=3 000 N；故圓周力

式中：PA為軸功率，PA=59 kW；η為輸送總功率，η= 0.857.

4）各特性點張力及膠帶安全系數校核：各特性點張力計算結果，經膠帶傳動不打滑及輸送帶垂度計算，最終以膠帶傳動不打滑確定S2；傳動滾筒松邊張力S2=30 928 N；滿載運行工況膠帶最大張力（傳動滾筒趨入點處）S1=67 629 N；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=7 758 N；膠帶安全系數m=BST/S1= 1 000x1 000/67 629=14.8[4]，滿足要求。

5）本機不存在逆止工況，制動器用于緊急事故制動，正常情況是在自然停車后再上閘。本設計以模擬摩擦系數f=0.012時，滿足滿載制動不打滑及制動減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動器選型依據。

6）帶式輸送機拉緊裝置設于帶式輸送機頭傳動滾筒繞出邊附近，拉緊力FL=2S2=61.856 kN。采用ZYL500J型自控液壓拉緊裝置，拉緊力35～80 kN，滿足要求。

3.2 6號煤大巷帶式輸送機

工作面來煤經運輸巷帶式輸送機轉載進入6號煤大巷帶式輸送機，5號煤大巷帶式輸送機來煤通過溜煤眼下給煤機給入6號煤大巷帶式輸送機，兩路煤流混合后，6號煤大巷帶式輸送機運至主斜井帶式輸送機。設計采用一條帶式輸送機先鋪設到前期長度，再根據生產需要延伸到后期長度，前期采用一套驅動，后期采用三套驅動。6號煤大巷帶式輸送機主要技術特征，如表2所示。

1）原始數據：輸送帶每米質量qB=33.9 kg/m（前期18 kg/m）；輸送帶上每米物料質量qG=70.55 kg/m；輸送機上托輥每米旋轉質量qRO=15.75 kg/m；輸送機下托輥每米旋轉質量qRU=6.07 kg/m；模擬摩擦系數f=0.028；附加阻力系數C=1.04（前期1.11）；傳動滾筒與膠帶間摩擦系數μ=0.3；傳動滾筒圍包角α= 195°；起動系數KA=1.3。

2）裝料斷面輸送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x0.112 7 x3.15x1x850=1 086 t/h.

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，0.1 127 m2；k為輸送機傾角系數，1；V為輸送機帶兩速，1.6 m/s；ρ為物料輸送密度，850 kg/m3。

3）圓周驅動力和傳動功率計算：設計以全程有載工況進行設計選型計算。經計算，主要阻力FH= 142 845 N（前期29 970 N）；傾斜阻力Fst=-20 763 N（前期-5 883 N）；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=3 000 N；故圓周力FU=CxFH+ FSt+FS1+FS2=1.04x142 845-20 763+1 077+3 000= 131 873 N（前期31 461 N）.

軸功率PA=FUV/1 000=131 873x3.15/1 000= 415 kW（前期99 kW）；電機功率PM=PA/η=415/ （0.96x0.94x0.95x0.95）=510 kW（前期116 kW）。

式中：PA為軸功率，415 kW；η為輸送總效率，η= 0.814.

4）各特性點張力及膠帶安全系數校核：各特性點張力計算結果如下，經膠帶傳動不打滑及輸送帶垂度計算，最終以膠帶傳動不打滑確定S2，傳動滾筒松邊張力S2=32 104 N（前期22 977 N）；滿載運行工況膠帶最大張力（傳動滾筒趨入點處）S1= 163 977 N（前期54 438 N）；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=85 728 N（前期13 030 N）；膠帶安全系數m=BxST/S1=1 000x1 600/163 977=9.76（前期18.4），滿足要求。

5）本機不存在逆止工況，制動器用于緊急事故制動，正常情況是在自然停車后再上閘。本設計以模擬摩擦系數f=0.012時，滿足滿載制動不打滑及制動減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動器選型依據。

6）帶式輸送機拉緊裝置設于帶式輸送機頭傳動滾筒繞出邊附近，拉緊力：FL=2S2=64.208 kN（前期45.954 kN）

采用ZYL500J型自控液壓拉緊裝置，拉緊力35～80 kN，滿足要求。

4 主斜井提升設備

整合改造后主斜井帶式輸送機延伸至后期長度，接受大巷帶式輸送機來煤并將煤運至地面主斜井井口房。主斜井帶式輸送機主要技術特征，如表3所示。

1）原始數據：輸送帶每米質量qB=33.9 kg/m；輸送帶上每米物料質量qG=70.55 kg/m；輸送機上托輥每米旋轉質量qRO=15.75 kg/m；輸送機下托輥每米旋轉質量qRU=6.07 kg/m；模擬摩擦系數fRO=0.026；附加阻力系數C=1.04。傳動滾筒圍包角α=195°；起動系數KA=1.3；各角度斜長6°（斜長320 391）、3°（斜長417 55）、-3‰（斜長408 822）、-3°（斜長50 838）、-6°（斜長235 083）、近水平（斜長1 670 111）

2）裝料斷面輸送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x 0.1127x3.15x0.98x850=1 065 t/h.

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，S=0.112 7 m2；V為輸送機帶速V=1.6 m/s；k為輸送機傾角系數，k= 0.98；ρ為物料輸送密度，ρ=850 kg/m3.

3）圓周驅動力和傳動功率計算：全程有載情況下驅動圓周力，主要阻力FH=120 135 N；傾斜阻力Fst=2 976 N；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2= 1.04x120 135+2 976+1 077+2 400=131 393 N.

提升段有載下運段無載情況下驅動圓周力，主要阻力FH=114 994 N；傾斜阻力Fst=24 199 N；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x114 994+ 24 199+1 077+2 400=147 270 N.

提升段無載下運段有載情況下驅動圓周力:按下運工況取模擬摩擦系數取0.012計算如下:主要阻力FH=35 195 N；傾斜阻力Fst=-18 668 N；特種主要阻力FS1=1 077 N特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x35 195-18 668+ 1 077+2 400=21 412 N.

經以上計算主斜井帶式輸送機圓周驅動力最大值為147 270 N，軸功率PA=FUV/1000=147 270x 3.15/1 000=464 kW，需電機功率PM=PA/η=464/ （0.96x0.94x0.95x0.95）=570 kW.

式中：PA為軸功率，464 kW；η為輸送總效率，η= 0.814.

各特性點張力及膠帶安全系數校核：經膠帶傳動不打滑及輸送帶垂度計算，最終以膠帶傳動不打滑確定S2，傳動滾筒松邊張力S2=47 981 N；滿載運行工況膠帶最大張力（傳動滾筒趨入點處）S1=195 251 N；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=81 189 N.

安全系數m=BxST/S1=1 000x1 600/195 251= 8.2，凹弧半徑R≥1.5FX/（qBg）=800 m，采用1 000 m。

本機不存在逆止工況，制動器用于緊急事故制動，正常情況是在自然停車后再上閘。本設計以模擬摩擦系數f=0.012時，滿足滿載制動不打滑及制動減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動器選型依據。

帶式輸送機拉緊裝置設于帶式輸送機頭傳動滾筒繞出邊附近。

拉緊力：FL=2S2=95.962 kN；采用ZLY-01-130型自控液壓拉緊裝置，拉緊力60～130 kN。

5 結束語

煤礦井下運輸方式的確定應針對不同布置和工況，采取不同的運輸方式和設備，達到生產運行合理和降低投資，因此需要在實踐中不斷摸索和改進，確定最佳方式。

[1]毛君.帶式輸送機啟動特性和可控啟動技術[J].礦山機械，2004(2):19-22.

[2]白霄.榆家梁煤礦主斜井帶式輸送機設計優化與創新[J].煤礦機械，2002(7):37-38.

[3]北京起重運輸機械研究所.DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2003.

[4]中國煤炭建設協會.帶式輸送機工程設計規范(GB50431-2008)[S].北京：計劃出版社，2008.

Underground Transportation Design in Kaida Mine

ZHANG Ming
(Handan Design Engineering ChinaCoal Co.,Ltd.,Handan 056031,China)

Combined with examples,the mode and equipment of underground transportation in mines are illustrated.In addition,the brief calculation of belt conveyor is given to provide reference for relative designs in mines.

mine;underground transportation;equipment selection

TD529

A

1672-5050（2015）02-0063-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.020

（編輯：薄小玲）

2015-01-03

張明（1982-），男，河北邯鄲人，大學本科，工程師，從事礦井和選煤廠設計工作。