寺塔煤礦主斜井帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)研究

摘 要：主斜井帶式輸送機(jī)是整個(gè)礦井的\"咽喉\"部位，對(duì)礦井的正常生產(chǎn)起著決定性作用。主斜井帶式輸送機(jī)服務(wù)不同煤層時(shí)運(yùn)量發(fā)生改變，文章通過計(jì)算說明，通過改變驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的個(gè)數(shù)可以兼顧滿足主斜井前后期不同運(yùn)量的變化。

關(guān)鍵詞：主斜井帶式輸送機(jī)；方案對(duì)比；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；運(yùn)量

1 簡介

大同煤礦集團(tuán)寺塔煤礦有限責(zé)任公司井田位于河津市北西約20km，西鄰黃河，與陜西省韓城市隔河相望，是一個(gè)整合礦井。本礦井采用斜井開拓方式，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.20Mt/a。主斜井井口標(biāo)高+495.6m，傾角16°，凈寬4200mm，凈斷面積13.65m2，斜長868m。在帶式輸送機(jī)集中大巷及主斜井井筒（傾角1.5°～16°，斜長約1790米）內(nèi)裝備一臺(tái)鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)礦井原煤的提升任務(wù)。

2 主斜井原煤輸送能力計(jì)算

本礦井設(shè)有采區(qū)緩沖煤倉，因此：Q= ka A /d/h=1.15×1.2×106/330/16=261.4t/h

式中：Q-主斜井運(yùn)輸能力，t/h；A-主斜井生產(chǎn)能力，1.20Mt/a；ka-不均衡系數(shù)，按照《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》取1.15；d-年工作日，330d；h-日工作時(shí)間，16h。

由于各工作面開機(jī)時(shí)間、出煤量不穩(wěn)定，采區(qū)煤倉對(duì)采、掘工作面的峰值來煤起到了較好的緩沖作用，確定主斜井帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為400t/h。

3 主斜井帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)

礦井生產(chǎn)能力：1.20Mt/a

膠帶集中大巷及主斜井井筒傾角：δ=1.5°～16°帶式輸送機(jī)長度：L≈1790m；帶式輸送機(jī)提升高度：H≈271m；煤的松散容重：ρ=1000kg/m3；原煤粒度：0～300mm；帶式輸送機(jī)工作制度：330d/a、16h/d。

4 主斜井帶式輸送機(jī)小時(shí)輸送能力的論證

本礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.20Mt/a，前期采2號(hào)煤層，后期采10號(hào)煤層，為了兼顧后期采10號(hào)煤層時(shí)運(yùn)輸，主斜井落底到10號(hào)煤層。在主斜井井底，利用2號(hào)煤層與10號(hào)煤層高差（約50m）設(shè)井底煤倉。前期2號(hào)煤層運(yùn)至井底煤倉，再由甲帶給料機(jī)給到主斜井帶式輸送機(jī)（運(yùn)量Q=400t/h）上，運(yùn)至地面。后期10號(hào)煤層大巷帶式輸送機(jī)直接搭接到主斜井帶式輸送機(jī)上，大巷帶式輸送機(jī)與工作面總來煤量相適應(yīng)，主斜井帶式輸送機(jī)的輸送機(jī)（運(yùn)量Q=700t/h）能力與大巷帶式輸送機(jī)相適應(yīng)，結(jié)合設(shè)備開機(jī)率及適當(dāng)?shù)牟痪鶆蛳禂?shù)等因素，確定主斜井帶式輸送機(jī)的運(yùn)量為前期為400t/h，后期為700t/h。

5 主斜井帶式輸送機(jī)選型計(jì)算

5.1 帶寬、帶速、托輥直徑

對(duì)該主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)距長達(dá)1790m、提升高度271m的實(shí)際情況，輸送帶寬度、帶速的合理確定，顯得尤為重要。

輸送機(jī)的運(yùn)輸能力與帶寬、帶速成正比，在運(yùn)輸能力一定時(shí)，帶寬與帶速成反比。增加帶寬，需要加大主斜井井筒斷面積，增加了施工工程量。提高帶速，可減小帶寬以及輸送帶的張力，從而減小輸送機(jī)的外形尺寸，進(jìn)而減小主斜井巷道寬度。但提高帶速后托輥的直徑也將加大，作為易損件其成本提高，同時(shí)輸送帶的磨損將加大，且因本主斜井為進(jìn)風(fēng)井，帶速過大易揚(yáng)起煤塵，增加煤塵爆炸的危險(xiǎn)，另外對(duì)輸送機(jī)制造、安裝水平的要求更高，帶式輸送機(jī)方案比選見表1。

在方案比選表中，方案一與方案二分別采用B=1000mm、B=1200mm兩種不同帶寬方案，兩種方案中不同的是帶強(qiáng)、制動(dòng)器、逆止器型號(hào)。分析兩種方案，方案一的優(yōu)點(diǎn)為礦建工程量少，雖然帶強(qiáng)相對(duì)高一級(jí)，但綜合分析整條帶式輸送機(jī)設(shè)備投資相對(duì)較少；方案二雖然帶強(qiáng)較低，但帶寬增加，整條帶式輸送機(jī)投資較大，且礦建工程量也大于方案一。綜合考慮帶寬、帶強(qiáng)、傳動(dòng)裝置速比功率關(guān)系等多種因素，確定帶寬B=1000mm，帶速為v=3.15m/s，托輥直徑φ=133mm。最終確定主斜井帶式輸送機(jī)按Q=400t/h（后期Q=700t/h ）、B=1000mm、v=3.15m/s、δ=1.5°～16°、L=1790m、H≈271m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.2 帶式輸送機(jī)選型計(jì)算

5.2.1 初期帶式輸送機(jī)基本參數(shù)

運(yùn)量：Q=400t/h；帶寬：B=1000mm；行速度：v=3.15m/s；機(jī)長：L=～1790m；傾角：δ=1.5°～16°；凈高差：ΔH=271m；初選輸送帶強(qiáng)度：St 2000N/mm；托輥運(yùn)行阻力系數(shù)：f=0.03；傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)：μ=0.3；上托輥間距：ao=1.2m；下托輥間距：au=3m；每米承載托輥轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量：qRO=15.75kg/m；每米回程托輥轉(zhuǎn)動(dòng)重量：qRU=6.07 kg/m；每米物料質(zhì)量：qG=35.27kg/m；每米輸送帶質(zhì)量：qB=34.00kg/m；附加阻力系數(shù)：C=1.05；重力加速度：g=9.81m/s2。

（1）圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算

本帶式輸送機(jī)為1.5°～16°全程上運(yùn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知最危險(xiǎn)工況為：全程滿載工況。全程滿載工況。

此時(shí)，主要阻力：C·FH=CfLg（qRO+qRU+（2qB+qG）conδ）=67.8kN；特種主要阻力：FS1=3.6kN；特種附加阻力：FS2=4.0kN；傾斜阻力：Fst=93.5kN；圓周驅(qū)動(dòng)力Fu=C·FH+FS1+FS2+Fst=168.9kN。

（2）電動(dòng)機(jī)功率

帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)滾筒總的軸功率：PA=Fuv=532kW

驅(qū)動(dòng)裝置為2驅(qū)，功率配比為1：1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)功率：PM=PA/2η=328kW

式中：η-總傳動(dòng)效率，取η=0.81。

實(shí)際選擇電機(jī)功率N=400kW，滿足要求。

（3）輸送帶張力計(jì)算

該輸送機(jī)采用頭部雙傳動(dòng)滾筒兩電機(jī)驅(qū)動(dòng)（功率配比1：1），假設(shè)第二傳動(dòng)滾筒的圍包角用足，即α2=200°，eμα2=2.85（μ=0.3），F(xiàn)U2=FU/2=84.5kN。

假設(shè)輸送帶不打滑，則最小張力為：

S2≥KA·FU2/（eμα2-1），啟動(dòng)系數(shù)KA=1.05（變頻軟起動(dòng)）

S2=48kN

S1=Fu+S2=217kN

尾部張力S3≈S4=S2+FS2+FHU+Fεu-qBHg=-16.3kN

按輸送帶允許最大下垂度計(jì)算最小張力：

承載分支：Smin≥ao（qB+qG）g/8（h/a）max=10.2kN

回程分支：Smin≥auqBg/8（h/a）max=12.5kN

取（h/a）max=0.01，ao=1.2m，au=3m

可見不滿足承載分支、回程分支最小張力要求，

故取尾部張力S3≈S4=12.5kN

S2=S3-FS2-FHU-Fεu+qBHg=77kN

S1-2=S2+FU/3=166kN

S1=Fu+S2=246kN

防滑驗(yàn)算：

a.一傳動(dòng)滾筒：α1≥170° eμα1=2.435

不打滑條件：■≤eμα1

246/166=1.48≤eμα1，滿足不打滑條件。

b.第二傳動(dòng)滾筒：α2=200° eμα2=2.85

不打滑條件：■≤eμα2

166/77=2.16≤eμα2，滿足不打滑條件。

按垂度條件計(jì)算及按不打滑條件驗(yàn)算，張力均滿足要求。

（4）輸送帶安全系數(shù)計(jì)算

n=BSt/S1=1000×2000/246000=8.13

可見，安全系數(shù)在許用值7～9范圍內(nèi)，輸送帶強(qiáng)度St2000滿足要求。

5.2.2 后期帶式輸送機(jī)選型計(jì)算

帶式輸送機(jī)基本參數(shù)如下：

運(yùn)量：Q=700t/h；帶寬：B=1000mm；運(yùn)行速度：v=3.15m/s；機(jī)長：L=1790m；傾角：δ=1.5°～16°；凈高差：ΔH=271m；初選輸送帶強(qiáng)度：St 2500N/mm；托輥運(yùn)行阻力系數(shù)：f=0.03；傳動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)：μ=0.3；上托輥間距：ao=1.2m；下托輥間距：au=3m；每米承載托輥轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量：qRO=15.75kg/m；每米回程托輥轉(zhuǎn)動(dòng)重量：qRU=6.07 kg/m；每米物料質(zhì)量：qG=61.73kg/m；每米輸送帶質(zhì)量：qB=36.80kg/m；附加阻力系數(shù)：C=1.05；重力加速度：g=9.81m/s2。

（1）圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算

本帶式輸送機(jī)為1.5°～16°全程上運(yùn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知最危險(xiǎn)工況為：全程滿載工況。

此時(shí)：主要阻力C·FH=CfLg（qRO+qRU+（2qB+qG）conδ）=85kN

特種主要阻力：FS1=4.5kN

特種附加阻力：FS2=4.0kN

傾斜阻力：Fst=164kN

圓周驅(qū)動(dòng)力：Fu=C·FH+FS1+FS2+Fst=257.5kN

（2）電動(dòng)機(jī)功率

帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)滾筒總的軸功率：

PA=Fuv=812kW

驅(qū)動(dòng)裝置為3驅(qū)，功率配比為2：1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)功率：PM=PA /3η=332kW

式中：η-總傳動(dòng)效率，取η=0.81。

實(shí)際選擇電機(jī)功率N=400kW，滿足要求。

（3）輸送帶張力計(jì)算

該輸送機(jī)采用頭部雙傳動(dòng)滾筒三電機(jī)驅(qū)動(dòng)（功率配比2：1），假設(shè)第二傳動(dòng)滾筒的圍包角用足，即α2=200°，eμα2=2.85（μ=0.3），F(xiàn)U2=FU /3=85.8kN。

假設(shè)輸送帶不打滑，則最小張力為：

S2≥KA·FU2/（eμα2-1），啟動(dòng)系數(shù)KA=1.05（變頻軟起動(dòng)）

S2=48.7kN

S1=Fu+S2=306kN

尾部張力S3≈S4=S2+FS2+FHU+Fεu-qBHg=-21.4kN

按輸送帶允許最大下垂度計(jì)算最小張力：

承載分支：Smin≥ao（qB+qG）g/8（h/a）max=14.5kN

回程分支：Smin≥auqBg/8（h/a）max=13.5kN

取（h/a）max=0.01，ao=1.2m，au=3m

可見不滿足承載分支、回程分支最小張力要求，

故取尾部張力S3≈S4=14.5kN

S2=S3-FS2-FHU-Fεu+qBHg=85kN

S1-2=S2+FU/3=175kN

S1=Fu+S2=342kN

防滑驗(yàn)算：

a.第一傳動(dòng)滾筒：α1≥170° eμα1=2.44

不打滑條件：■≤eμα1

342/175=1.95≤eμα1，滿足不打滑條件

b.第二傳動(dòng)滾筒：α2=200° eμα2=2.85

不打滑條件：■≤eμα2

175/85=2.06≤eμα2，滿足不打滑條件

按垂度條件計(jì)算及按不打滑條件驗(yàn)算，張力均滿足要求。

（4）輸送帶安全系數(shù)計(jì)算

n=BSt/S1=1000×2500/342000=7.31

可見，安全系數(shù)在許用值7～9范圍內(nèi)，輸送帶強(qiáng)度St 2500滿足要求。

5.3 最終主斜井帶式輸送機(jī)選型結(jié)果

經(jīng)上述計(jì)算選型，主斜井帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：機(jī)長L≈1790m，傾角δ=1.5°～16°，運(yùn)量Q=400t/h（后期Q=700t/h），帶寬B=1000mm， 速度v=3.15m/s，輸送帶為St 2000N/mm（后期St 2500N/mm）（阻燃），傳動(dòng)滾筒直徑φ=1250mm，驅(qū)動(dòng)型式為頭部雙傳動(dòng)滾筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)（配比1：1），采用變頻軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，電動(dòng)機(jī)為2臺(tái)YBPS-450S3-4（400kW，1140V），減速器型號(hào)為H3SH15+風(fēng)冷（速比i=31.5），2臺(tái)；配有SHI202×2-Φ1500（防爆）型盤式制動(dòng)器1臺(tái)，DSN200型逆止器1臺(tái)。采用尾部液壓自動(dòng)拉緊方式，拉緊裝置型號(hào)ZYJ-500-80型（ZLY-01-80），N=9.5kW，660V（防爆）。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：董兆艷（1981-），男，山東泰安人，工程師，2005年7月畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，從事礦井設(shè)計(jì)機(jī)制專業(yè)方面的工作。