大型主立井定量帶式輸送機裝載選型設計

張 捷

（陽煤華鑫電氣有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，斜井或立井開拓是煤礦主要采用的開拓方式，斜井開拓一般適用于埋藏深度較淺且水文地質構造相對簡單的煤體，而對于埋藏深度較大或地質構造復雜煤體的開采需選取立井開拓。根據《煤炭安全規程》規定，以立井開拓開采井田，特別是以大型、多繩摩擦作為提升的主立井要求選取定量裝載的箕斗作為提升方式。定量輸送機裝載和定量斗裝載是我國煤礦主立井箕斗井底裝載的主要方式。其中定量輸送機裝載在具體應用中可分為：定量板式輸送機和定量帶式輸送機[1-2]。筆者針對大型主立井定量帶式輸送機進行裝載選型設計。

1 主立井井底裝載方式

1.1 兩種井底裝載方式的特點分析

定量斗裝載具有廣泛的適用性，國內應用主立井箕斗井底裝載的煤礦一般選用此種裝載方式，其為直立倉式裝載。定量輸送機裝載能有效減少裝載硐室的空間，因此在巖性較差的礦井也可應用，其為臥式計量。兩種井底裝載方式的具體優勢見表1。

1.2 定量輸送機裝載

表1 兩種井底裝載方式的特點

定量輸送機裝載方式與定量斗裝載相比應用較少，主要應用于情況較為特殊的礦井。比如原煤黏度較大，若采用定量斗裝載會導致嚴重的黏煤現象，出現過裝或欠裝的頻率大大增加。從經濟投入與技術難度的方面考慮，優先考慮采用定量輸送機裝載作為裝載方式。定量板式輸送機裝載方式與定量帶式輸送機裝載方式相比，具有抗沖擊力較強、性能更穩定和裝載精度更高等優勢。但由于我國制造相關設備的技術相對落后，導致元件容易出現磨損，需頻繁更換元件，而國外進口價格過高等因素導致了定量板式輸送機裝載方式的推廣停滯不前。定量帶式運輸機既能滿足定量裝載的需求，還能較好地降低元件的磨損率，減少維護量。在實際生產中一般采取帶式輸送機滾動托輥替換鏈輪、鏈板和鏈條結構的方法，這種改進能降低驅動功率，而且變速用時短，造成的沖擊更小。我國相關廠家通過研究改進，較好地避免了帶式輸送機機械成本高的缺點[3]。

2 定量帶式輸送機裝載工藝

2.1 布置形式

定量帶式輸送機裝載包括三部分：位于井底煤倉下口的帶式給料機、定量帶式輸送機和分岔中部槽。定量帶式輸送裝載機的布置方式如下頁圖1所示。

2.2 裝載流程

位于井底煤倉下口的帶式給料機將來自井底煤倉的原煤轉移至定量帶式輸送機上，原煤在定量帶式輸送機上被低速輸送。在輸送機上設有稱重傳感器，一旦運輸的原煤質量超過預定值時，控制系統就會關閉給料機。當箕斗到位信號傳輸到定量帶式輸送機的控制器上時，輸送機由低速轉換為高速將煤裝到箕斗。在箕斗裝煤完成后，通過控制系統使定量帶式輸送機又由高速轉換為低速，并且啟動給料機開始新一輪的裝煤工序[4]。

圖1 定量帶式輸送裝載機的布置方式

3 定量帶式輸送機選型計算

3.1 項目概況

以某煤礦作為研究對象。該煤礦的設計年生產量為12 Mt，開拓方式為全立井。井筒直徑為9.6 m，井筒斷面面積為72.4 m2。箕斗的額定載重為45 t，配有兩對。與之配套有2臺直徑為5 m的多繩摩擦提升機。為符合煤礦礦井設計要求，在主立井裝載處和西翼帶式輸送機大塔搭接處各建有一個容量為3 000 t的煤倉，以用于緩沖裝載和緩沖主運輸系統的原煤輸送。

箕斗的提升高度為685.95 m，提升速度為13.09 m/s，加速度為 0.7 m/s，提升用時 T1為 74.4 s，停止時間T2為45 s，完成一次循環用時T3為119.4 s。主立井井筒中心與井底煤倉間距S為52 m。

3.2 選型設計

3.2.1 基本參數選取

結合箕斗和裝載溜槽的尺寸，選擇長度為46 m的裝載帶式輸送機。由于輸送機接料和機尾張緊裝置占用較大空間，所以給料點與卸載滾筒之間的實際運輸距離為41 m。

初步將定量帶式輸送機的實際運輸距離L設為33 m，以保證定量輸送機裝載系統在裝載過程中保持運轉。設定原煤的凈堆積角為40°，在煤流的頂端增設1 m的堆煤區，此時的煤流頂端距卸載滾筒7 m。

根據箕斗額定載重和定量帶式輸送機的實際運輸距離可計算出定量帶式輸送機上單位長度的原煤質量為1.37 t，設定原煤的密度為0.9 t/m3，則單位長度的原煤體積為1.52 m3。根據相關運輸機的設計規范，選擇托輥規格為直徑159 mm，間距200 mm的“一”字平托輥高槽箱。根據現場測定的煤樣，在保證輸送機處于變速時不出現滑料的情況下，規定槽箱內的原煤堆積高度應小于1 m。輸送機的帶寬選擇2 000 mm，則有效寬度為1 800 mm，堆煤高度為845 mm。

輸送機的最低速度計算公式為：

式中：v1為低速運轉下輸送機速度，m/s。

考慮實際運行中需留一定的時間進行系統調試，以保障系統完全運行，設定T1為60 s。通過計算得v1=0.55 m/s。

輸送機的最高速度計算公式為：

式中：v2為高速運轉下輸送機速度，m/s。

考慮實際運行中變速需要一定的時間，設定T2為22 s。通過計算得v2=1.5 m/s。帶式輸送機工程設計規范中規定：輸送機的最大加速度小于0.3 m/s2，長度超過500 m的帶式輸送機最大加速度小于0.2 m/s2。考慮選用的是“一”字平托輥高槽箱定量帶式輸送機，因此確定定量帶式輸送機的加速度為0.15 m/s2。

3.2.2 功率計算

根據大海則煤礦的實際情況以及通過計算驗證輸送機的最低、最高輸送速度可以計算得出輸送機在兩種速度運行狀態下的原煤輸送能力[5]。

輸送機在低、高速運行狀態下的輸送能力計算公式為：

式中：Q1、Q2分別為輸送機低、高速運行狀態下的輸送量，t/h；S為輸送帶上堆積原煤的截面積，m2；γ為傾斜系數，取1；ρ為原煤的密度，取0.9 kg/m3。

通過計算得出：帶式輸送機的低速狀態下輸送量為2 708 t/h，高速狀態下輸送量為7 287 t/h。參考相關輸送機設計規范可得該輸送機的實際功率P為189 kW。由于實際工作的需要，選擇1.4的安全系數以保證電機的運行安全，因此電動機的額定功率為280 kW[6]。

4 結語

原煤的定量轉載是主立井生產系統的一個重要環節，通過分析影響定量帶式輸送機裝載系統設計計算各種因素，配套提升系統確定合理定量輸送機設備選型，可以使其在有限的生產投入條件下實現最大的生產效益。