梁北煤礦32采區運輸上山帶式輸送機設計選型

武楠楠

（中煤科工集團 武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064）

0 引言

河南省許昌新龍礦業有限責任公司梁北煤礦位于禹州市，原設計生產規模為0.90Mt／a，于2004年12月投產，現擬實施擴建至2.40Mt／a。32采區為接續采區，井下原煤運輸采用帶式輸送機，其運輸線路為：回采工作面→膠帶運輸順槽→區段煤倉→32采區運輸上山→皮帶暗斜井及石門→西翼集中運輸上山→現有生產系統。因礦方無長距離輸送機的使用及管理經驗，為確保輸送機投產后高效安全運行，現對采用一條輸送機方案或者兩條輸送機搭接方案進行設計比選。

1 梁北煤礦32采區原始設計數據

梁北煤礦32采區煤流運輸方向如圖1所示。原煤松散密度為0.9t／m3，粒度為0～300mm；運輸機型式為頭部卸料，尾部受料，運量Q＝1 000t／h，運距l＝2 484m，提升高度H＝－106m（負號表示卸料點低于受料點），帶寬B＝1 200mm，帶速v＝2.5m／s。

圖1 煤流運輸方向示意圖

2 帶式輸送機方案設計

為確保輸送機投產后高效安全運行，提出了采用一條輸送機方案或者兩條輸送機搭接方案，為此進行了設計比選。

2.1 采用一條帶式輸送機方案設計（方案一）

根據巷道布置及煤流方向初步確定的單條輸送機布置方案如圖2所示。圖2中，1～8為分析用特性點。將該方案分成4種工況來分析，分別為最大發電工況、最大電動工況、全程滿載工況及全程空載工況。

2.1.1 圓周驅動力計算

（1）承載分支運行阻力計算公式為：

其中：c為輸送機長度系數，取c＝1.04；f為摩擦因數，取f＝0.028；qB為每米膠帶重量，取qB＝38.4kg／m；qR0為承載分支托輥組每米長度旋轉部分重量，取qR0＝18.45kg／m；qG為每米長度輸送物料重量，取qG＝111.11kg／m；F1為托輥前傾阻力與導料槽阻力之和，F1＝17 523N；F2為清掃器阻力，F2＝1 800N；g為重力加速度。

（2）回程分支運行阻力計算公式為：

其中：qRU為回程分支托輥組每米長度旋轉部分重量，取qRU＝6.43kg／m。

（3）圓周驅動力計算公式為：

經計算得出各工況下的圓周驅動力，見表1。其中，負號表示與物料運輸方向相同。

圖2 單條輸送機布置方案

表1 各工況下的圓周驅動力

2.1.2 驅動功率計算

軸功率計算公式為：

其中：λ為傳動系數，最大發電和全程滿載工況時取1.33，最大電動和全程空載工況時取1.53。

經計算得出各工況驅動功率，見表2。其中，負號表示電機處于發電工況。

表2 各工況驅動功率

2.1.3 各工況特性點張力

由歐拉公式及逐點張力法計算得出各特性點張力及膠帶安全系數n，見表3。

2.2 采用兩條帶式輸送機搭接的方式（方案二）

采用兩條帶式輸送機搭接的方式進行輸煤運輸時，輸送機搭接點選在－510巷道處，其中西翼集中運輸上山、膠帶運輸石門、皮帶暗斜井為1＃帶式輸送機，其布置方案見圖3；32采區運輸上山為2＃帶式輸送機，其布置方案見圖4。

采用兩條帶式輸送機搭接的方式進行輸煤運輸時，取每米膠帶重量qB＝29.8kg／m，1＃帶式輸送機提升高度H＝－31.3m，2＃帶式輸送機提升高度H＝－74.7 m。由式（1）～式（5）和歐拉公式及逐點張力法計算得出1＃和2＃帶式輸送機各工況特性點張力Si、膠帶安全系數n及驅動功率，見表4和表5。

表3 各特性點張力及膠帶安全系數n

圖3 1＃帶式輸送機布置方案

圖4 2＃帶式輸送機布置方案

表4 1＃帶式輸送機各工況特性點張力、膠帶安全系數n及驅動功率

表5 2＃帶式輸送機各工況特性點張力、膠帶安全系數n及驅動功率

2.3 設備選型

2.3.1 方案一

采用一條輸送機進行輸煤運輸時，B＝1 200mm，Q＝1 000t／h，l＝2 484m，H＝－106m，v＝2.5m／s。具體設備選型如下：

膠帶：ST2000阻燃型鋼網防撕裂鋼繩芯膠帶；

防爆電動機：功率450kW，4臺，三用一備；

液黏軟啟動裝置：YN-450／1500，4臺，三用一備；

減速器：B3SH15＋Fan，傳動比i＝31.5，4臺，三用一備；

制動器：KPZ-1200，3臺；

拉緊裝置：ZYJ500型，1套。

2.3.2 方案二

采用兩條帶式輸送機搭接的方式進行輸煤運輸時，1＃帶式輸送機B＝1 200mm、Q＝1 000t／h、l＝1 651m、H＝－31.3m、v＝2.5m／s。具體設備選型如下：

膠帶：ST2000阻燃型鋼網防撕裂鋼繩芯膠帶；

防爆電動機：功率400kW，3臺，兩用一備；

液黏軟啟動裝置：YN-450／1500，3臺，兩用一備；

減速器：B3SH15＋Fan，傳動比i＝31.5，3臺，兩用一備；

制動器：KPZ-1200，2臺；

逆止器：NJZ-100，1臺；

拉緊裝置：ZYJ500型，1套。

2＃帶式輸送機B＝1 200mm、Q＝1 000t／h、l＝833 m、H＝－74.7m、v＝2.5m／s。具體設備選型如下：

膠帶：ST1000阻燃型鋼網防撕裂鋼繩芯膠帶；

防爆電動機：功率250kW，2臺，一用一備；

液黏軟啟動裝置：YN-250／1500，2臺，一用一備；

減速器：B3SH12＋Fan，傳動比i＝25，2臺，一用一備；

制動器：KPZ-1000，2臺；

逆止器：NJZ-100，1臺；

拉緊裝置：ZYJ300型，1套。

3 帶式輸送機方案比較

3.1 全程使用一條帶式輸送機的優點

全程使用一條帶式輸送機具有如下優點：

（1）可以延長膠帶的使用壽命。第一，受料時物料對輸送帶的沖擊是壽命縮短的原因之一，采用一條輸送機受料次數減少50%；第二，輸送帶彎曲次數引起的接頭疲勞是影響輸送帶壽命的因素之一，采用一條皮帶機彎曲次數減少50%；第三，較高的帶強使得覆蓋膠厚度和帶芯厚度都相對較高，隨之耐用度也就越高。

（2）避免了在搭接點增加開拓峒室工作量。采取兩條輸送機搭接，在搭接位置需要把后一條輸送機的機頭抬高，以留出落料空間，因此搭接處的峒室高度要抬高，從而增加了峒室開拓量。另外，在兩機搭接處，為了安裝后一條皮帶機的驅動裝置，也需擴寬硐室，因此也會增加此處硐室的開拓量（此處硐室開巷道時已考慮）。

（3）采用一條皮帶機由于減少了驅動單元數量，從而減少了管理維護人員數量，有效提高了工作效率和經濟效率。同時減少了故障點，提高了設備的使用壽命與設備運行的可靠性及安全性。

（4）從資金投入來說，采用一條膠帶輸送機的設備投入相對較少（采用一條輸送機總投入為11 759 397元，采用兩條膠帶機的總投入為14 193 922元），減少了設備的一次性投入，所以經濟性更好。

3.2 采用兩條輸送機的搭接的優缺點

采用兩條輸送機搭接的優點是：全程分為兩條輸送機搭接，每條帶式輸送機的運輸距離變短，單條輸送機的驅動功率變小，最大張力值減小，帶強降低，從整機的膠帶投資上相對降低了。

采用兩條輸送機搭接的缺點是：兩條輸送機停車時的速度是不同的，而本機的運量為1 000t／h，有可能造成轉載點的堆料，因此造成皮帶損傷甚至撕裂。解決的辦法是需要設計一套集控方案。

4 結語

通過前述分析比較，為關鍵設備的選型和校核提供了依據。結合實際情況及礦方要求，采用一條輸送機運輸，具有投資小，故障點少等優點，因此確定采用方案一作為梁北煤礦32采區運輸上山的運輸方案。