五遠煤礦六采區輔助運輸系統改造設備選型設計

李建強

（山西源通煤礦工程設計有限公司，山西 太原 030073）

1 采區輔助運輸方式選擇

五遠煤礦4 號煤層六采區位于井田西北部，采區東西傾向大約1.8 km，南北走向大約1.45 km，采區面積約3.14 km2。開采的4 號煤層為厚煤層，平均厚度為6.50 m，煤層傾角0°～12°，平均5°。該采區的北、東、西部為礦井邊界，南部為五采區，西南部有村莊（留設保護煤柱）。目前六采區沿井田邊界煤柱南北向布置三條采區巷道，分別為4 號煤六采區膠帶運輸上山、軌道上山和回風上山。

原六采區軌道上山輔助運輸采用多部絞車接力運輸，運輸事故率高，多次影響采區的安全生產；人員步行進入采區，體力消耗大。為了提高本采區輔助運輸系統的可靠性和安全性，降低工作人員體力消耗，決定對采區軌道上山輔助運輸系統設備進行改造。采區軌道上山沿煤層布置，巷道坡度0°～12°。為了適應井下長距離的輔助運輸和巷道起伏不平的特點，結合目前國內井下輔助運輸技術裝備發展現狀和該礦生產技術管理水平，通過綜合分析比較，六采區軌道上山輔助運輸采用無極繩連續牽引絞車運輸方式，人員運送采用架空乘人設備[1-2]。

2 輔助運輸設備選型計算

六采區軌道上山設備、材料、矸石的運輸采用無極繩連續牽引絞車，軌道上山長度2506 m，高差120 m，設計選用一部無極繩絞車擔負輔助運輸任務。

2.1 設計依據

（1）運輸量：矸石30 車，設備及材料20 車，保健車1 次，炸藥、雷管各1 車，其他5 次。

（2）最重件：綜采支架ZFS-5600/17/35B 型液壓支架，重量為19.3 t（不含平板車重），為重車上坡。

（3）提升容器：運輸最大件時采用MPC25-6A型重型平板車（2500 mm×1200 mm×300 mm），平板車自重1500 kg，最大載重量為25 t，每鉤1輛平板車；運輸矸石時采用MGC1.1-6A 型固定式礦車（2000 mm×880 mm×1150 mm），礦車自重592 kg，每鉤掛10 輛礦車；運輸設備時采用MPC2-6A 型 平 板 車（2000 mm×880 mm×410 mm），礦車自重464 kg；運輸坑木時采用MLC2-6A 型材料車（2000 mm×880 mm×1150 mm），礦車自重494 kg。運輸設備和坑木時，每鉤礦車數以不超過10 輛矸石車的最大載重量為準。

2.2 設備選型計算

（1）鋼絲繩選擇

預 選28NAT 6×19S+FC 1570 SZ 型 鋼 絲 繩（GB/8918-2006），鋼絲繩直徑d=28 mm，公稱抗拉強度σB=1570 MPa，單位重量Pk=2.82 kg/m，全部鋼絲破斷力總和Qp=492 kN。

（2）絞車最大牽引力計算

式中：F 為最大載荷，即絞車最大牽引力，kN；ωz為摩擦阻力系數，ωz=0.02；G0為梭車重量，G0=3000 kg；G 為液壓支架重量，G=19 300 kg；Gp為平板車重量，Gp=1500 kg；μ 為鋼絲繩摩擦阻力系數，μ=0.25；L 為運輸距離，L=2506 m；β 為運行線路最大坡度，β=12°。

（3）電機軸功率計算

式中：K 為電機備用系數，K=1.2；v 為牽引最重件時速度，取0.85 m/s；η 為絞車傳動效率，0.8。

（4）鋼絲繩安全系數驗算

① 安全系數驗算

選用纖維芯鋼絲繩6×19-Ф28，鋼絲繩單位重量2.82 kg/m，全部鋼絲破斷力總和Qp=492 kN，鋼絲繩張理論值增加10 kN。

A=5.04 ＞5-0.001L=2.494

式中：A 為安全系數；F 張為鋼絲繩張緊力附加。其他符號如前所述，安全系數符合要求。

② 滾筒直徑校驗

D ≥50 d=1400 mm

（5）選擇絞車

選用1 部SQ-120/132P 型無極繩連續牽引車，滾筒直徑1600 mm，最大牽引力為120 kN，運行速度為0.85～1.70 m/s。配用電機功率132 kW，電壓1140 V，轉達速990 rpm，滿足要求。

2.3 配電點確定

六采區軌道上山設1140 V 配電點，電源由六采區變電所1140 V 母線段提供，采用KJZ 礦用隔爆真空饋電開關及BPJ 礦用隔爆變頻器對無極繩絞車進行配電。

3 人員運輸架空乘人設備選型

人員運輸架空乘人設備布置在軌道上山中，負責本采區的人員往返運送，設計選用一部架空乘人設備完成采區人員運輸任務。

3.1 設計依據

（1）年生產能力An=1.20 Mt/a；

（2）輸送距離（斜長）：L=2506 m，尾部至頭部傾角（平均）：α=5°；最大傾角：α=12°；

（3）最大班運送人數：121 人，人員重量按95 kg/人計。

3.2 選型計算

（1）主要參數及規定

吊椅間距：λ=12 m；

牽引鋼絲繩運行速度：Vm=1.50 m/s；

減速機：MC3RVSF09 型，i=50；

牽引鋼絲繩運行阻力系數：動力運行時取ω=0.02；制動運行時取ω '=0.01。

選用鋼絲繩為26NAT6×31S ＋IWR1670ZZ型，鋼絲繩直徑d=26 mm，單位重量Pk=2.57 kg/m，抗拉強度σB=1670 MPa，鋼絲繩最小破斷拉力QS=457 kN。

（2）牽引鋼絲繩張力計算

最小張力點的張力：

式中：C 為鋼絲繩撓度系數，C=1000；q0為鋼絲繩比重，2.57 kg/m；g=9.8 m/s2。

① 當下放側無人乘坐而上升側滿員時，線路運行阻力（動力運行狀態）：

各點張力：S3=Smin=25.19 kN；S4= 1.01S3=25.42 kN；S1=S4+W4-1=56.30 kN；S2=S3-W2-3=29.43 kN。

式中：q0為鋼絲繩比重，2.57 kg/m；Q1為人重，取75 kg，攜帶重量20 kg；Q2為吊椅重(含抱索器)，15 kg；ω 為鋼絲繩運行阻力系數，動力運行時取0.02；α=5°；L=2506 m；Q1+Q2：吊椅及人員質量之和，取110 kg。

② 當下放側滿座且上升側無人時，線路運行阻力(制動運行狀態):

（3）驅動輪防滑校驗

當下放側無人乘坐而上升到滿員時，（動力運行狀態）

S1-S2＝26.873 kN ＞0

重上空下：S1/S2=1.91 ＜eμα=2.19

重下空上：S2/S1=1.50 ≤eμα=2.19，滿足要求。

（4）電動機功率

重上空下：

式中：K 為備用系數，取K=1.20；v 為運輸速度，取v=1.50 m/s；η 為機械傳動效率，η=0.8。

選用YBBP-315L1-8 型隔爆電動機，電壓1140 V，功率90 kW，轉速740 r/min，滿足要求。

（5）牽引鋼絲繩選擇

鋼絲繩破斷力總和：Sk=6×Smax=6×56.30=337.8 kN，鋼絲繩選用26NAT6×31S ＋IWR 1670 ZZ 型，鋼絲繩最小破斷拉力QS=457 kN，滿足要求。

4 結語

五遠煤礦六采區輔助運輸系統改造完成后已經安全運行3 個月，材料運輸的事故率下降了80%，輔助運輸工作人員減少了60%。采區軌道上山輔助運輸設備運行實踐表明，輔助運輸設備選型合理，輔助運輸系統改造后使用無極繩絞車大大提高了采區的輔助運輸能力；架空乘人裝置的使用極大地節約了井下人員的體力，顯著提升采掘作業效率，為本礦創造了良好的社會效益、安全效益和經濟效益。