煤礦井下運(yùn)輸方式設(shè)計(jì)及設(shè)備選型研究

杜強(qiáng)國(guó)

（山西陽(yáng)煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)有限公司，山西 太原 030400）

引言

隨著我國(guó)煤礦機(jī)械化水平的提高，大部分煤礦已經(jīng)采用綜合機(jī)械化采煤法。其中，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的選型是否合理，是煤礦機(jī)械化程度的標(biāo)志性關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也是關(guān)系到煤礦經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。利用帶式輸送機(jī)利于井下煤炭資源的高效運(yùn)輸，因其具有運(yùn)量大、效率高、成本低、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)井下有著廣泛的應(yīng)用。

原煤經(jīng)工作面采出后，需通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)選用合理的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至地面煤倉(cāng)，當(dāng)設(shè)備的運(yùn)輸能力不足時(shí)，則會(huì)對(duì)工作面的正常生產(chǎn)造成影響[1-2]。因此，對(duì)井下運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的研究選型，可以為礦井安全高效生產(chǎn)提供重要保障。

1 南嶺煤業(yè)工程概況

山西陽(yáng)煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“南嶺煤礦”）位于太原市清徐縣，南北長(zhǎng)約4.1 km、東西長(zhǎng)約3.5 km，井田面積9 km2，由原南嶺煤礦和桑樹(shù)洼煤礦兼并重組而成。目前礦井內(nèi)可采煤層包括4號(hào)、5號(hào)、8號(hào)和9號(hào)煤層，保有資源儲(chǔ)量超過(guò)1億t，產(chǎn)能高達(dá)90萬(wàn)t/a。由于南嶺煤礦在整合后產(chǎn)能有了顯著提升，原有的運(yùn)輸方式及設(shè)備無(wú)法滿足當(dāng)前生產(chǎn)的需要，對(duì)煤礦的高效安全生產(chǎn)有一定的抑制作用，因此需要針對(duì)重組后的南嶺煤礦的煤炭運(yùn)輸方式及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和選型。

2 井下煤炭運(yùn)輸

根據(jù)井田開(kāi)拓部署和礦井規(guī)模，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)井下煤炭運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，采用膠帶輸送機(jī)進(jìn)行原煤運(yùn)輸，具體運(yùn)輸路線設(shè)計(jì)為：綜采工作面→順槽膠帶輸送機(jī)→水平膠帶巷膠帶輸送機(jī)→集中膠帶大巷→井底煤倉(cāng)→主斜井大傾角膠帶輸送機(jī)→地面。

2.1 集中膠帶大巷原煤運(yùn)輸設(shè)備

南嶺煤礦完成充足后，原有設(shè)備難以負(fù)擔(dān)全礦產(chǎn)能，特別是集中膠帶大巷部分，將承擔(dān)礦井90萬(wàn)t/a的原煤運(yùn)輸任務(wù)。該巷道總長(zhǎng)度510 m，傾角9°，需要對(duì)膠帶機(jī)進(jìn)行選型，并結(jié)合本巷道的特點(diǎn)和采區(qū)運(yùn)輸所需能力進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。

2.2 驅(qū)動(dòng)方式的確定

輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要分為軟啟動(dòng)和硬啟動(dòng)兩種方式。硬啟動(dòng)具有成本低廉安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但軟啟動(dòng)具有高效避震的功能，對(duì)井下動(dòng)應(yīng)力波所產(chǎn)生的震動(dòng)有著很好的減免效果，可以有效防治波動(dòng)對(duì)帶式輸送機(jī)造成的損害，因此在本次設(shè)計(jì)中排除硬啟動(dòng)方式，選擇軟啟動(dòng)方案。

根據(jù)巷道布置情況來(lái)看，應(yīng)選擇長(zhǎng)度較短、角度較小、功耗較低的膠帶輸送機(jī)安裝在大巷中。根據(jù)井下實(shí)際情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，液力偶合器具有安裝容易、管理簡(jiǎn)潔、性價(jià)比高的特點(diǎn)。因此在本次設(shè)計(jì)中，膠帶輸送機(jī)采用液力偶合器驅(qū)動(dòng)方式來(lái)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。

2.3 膠帶輸送機(jī)簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 裝料輸送能力的計(jì)算

改造升級(jí)后的大巷帶式輸送機(jī)，需要對(duì)裝料斷面輸送能力進(jìn)行預(yù)算，最大輸送能力Qmax為：

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，取0.125 m2；v為帶速，2.5 m/s；α為帶式輸送機(jī)傾角，即巷道傾角，取9°；ρ為物體密度，取0.9 t/m3。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Qmax=911 t/h。

2.3.2 運(yùn)行圓周力的計(jì)算

滿載運(yùn)行圓周力Fu的計(jì)算：

式中：C為附加阻力系數(shù)，取C=1.20；Fh為主要阻力，經(jīng)計(jì)算為12 829 N；FS1、FS2、FSt分別為導(dǎo)料槽阻力（285 N）、清掃器阻力（3 600 N）、傾斜阻力（19 280 N）。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Fu＝52 300 N。

2.3.3 電機(jī)功率的計(jì)算

考慮到設(shè)備的負(fù)載，需要對(duì)電機(jī)功率Nd根據(jù)公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：N0為軸功率，為131 kW；η為總效率，取0.7。

經(jīng)計(jì)算Nd=187 kW，因此選電機(jī)功率2×110 kW。

2.4 帶式輸送機(jī)選型結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，將選取型號(hào)DTII的固定帶式輸送機(jī)對(duì)南嶺礦原煤進(jìn)行輸運(yùn)，該輸送機(jī)為雙滾筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率配比1∶1，運(yùn)量最高可達(dá)425 t/h，安裝長(zhǎng)度510 m。膠帶選用型號(hào)為PVC800S的整芯膠帶具有阻燃、抗靜電的功能，帶寬1 000 mm、帶強(qiáng)800 N/mm、帶速2.5 m/s。

3 輔助運(yùn)輸方式及設(shè)備

根據(jù)井下部署，對(duì)巷道的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和運(yùn)輸方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與提升，初步路線為：副斜井→井底車場(chǎng)→一水平軌道大巷連續(xù)牽引絞車→順槽小絞車→采掘工作面。

3.1 軌道巷材料運(yùn)輸設(shè)備

軌道大巷主要用于井下矸石、設(shè)備、材料的運(yùn)輸工作，經(jīng)過(guò)研究分析，設(shè)計(jì)采用無(wú)級(jí)繩連續(xù)牽引絞車進(jìn)行物料的提升，具體選型的計(jì)算需參考絞車牽引力、鋼絲繩張力、強(qiáng)度等因素。

3.1.1 絞車牽引力的F絞車計(jì)算

式中：G為礦車載重，取1800 kg；G0為礦車自重，取600 kg；β為巷道傾角，取8°；qR為鋼絲繩單位質(zhì)量，取1.44 kg/m；a為加速度，取0.2g；L為斜巷運(yùn)輸長(zhǎng)度，1 100 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算得F絞車=36 622 N。

3.1.2 絞車電機(jī)功率N絞車的計(jì)算

絞車所需電機(jī)功率驗(yàn)算根據(jù)公式（5）計(jì)算：

式中：Vmax為絞車最大運(yùn)行速度，即空載速度，取1.12 m/s；η絞車為絞車傳動(dòng)效率，取0.9。計(jì)算得N絞車=51.9 kW。

3.1.3 運(yùn)輸時(shí)效T的計(jì)算

絞車運(yùn)輸一個(gè)周期的時(shí)效主要受運(yùn)行速度和載重的影響，需根據(jù)公式（6）對(duì)絞車運(yùn)輸時(shí)效進(jìn)行計(jì)算：

式中：Vmin為絞車滿載運(yùn)行速度，取0.67 m/s；Vmax為空載速度，取1.12 m/s。經(jīng)計(jì)算T=43.7 min。

3.1.4 無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車的選型

經(jīng)過(guò)技術(shù)選型，設(shè)計(jì)選用SQ-60/55型礦用無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車，可以滿足南嶺煤礦井下實(shí)際工作，具體參數(shù)如表1所示。

表1 礦用無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車參數(shù)

4 礦井車輛的配備

4.1 礦車的選型

針對(duì)南嶺煤礦矸石考慮采用1.0 t固定箱式礦車進(jìn)行運(yùn)輸，針對(duì)材料、設(shè)備、重物等考慮選用平板車和材料車運(yùn)輸，各類礦車詳細(xì)規(guī)格配備見(jiàn)表2。

表2 各類礦車規(guī)格特征表

4.2 各類礦車的數(shù)量

對(duì)礦車數(shù)量和類型的選用，主要以礦井產(chǎn)能達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，地面與井下各地點(diǎn)所需車輛的共和進(jìn)行計(jì)算。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，將對(duì)原先車輛進(jìn)行合理安排，并新增部分車型，其中所需1.0 t的固定礦車總計(jì)150輛、礦用平板車45輛、材料車45輛、支架平板車25輛，具體參見(jiàn)表3。

表3 礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)各類礦車數(shù)量

5 結(jié)論

南嶺煤礦在兼并重組之后，產(chǎn)能得到了大幅提升，通過(guò)對(duì)礦井產(chǎn)能和巷道的設(shè)計(jì)研究，決定對(duì)大巷運(yùn)輸設(shè)備、提升設(shè)備和車輛進(jìn)行補(bǔ)充選型。

1）運(yùn)輸方面：選取型號(hào)DTII的固定帶式輸送機(jī)對(duì)南嶺礦原煤進(jìn)行輸運(yùn)，最高運(yùn)量可達(dá)425 t/h；膠帶選用型號(hào)為PVC800S的整芯膠帶，具有阻燃、抗靜電的功能，帶寬1 000 mm、帶強(qiáng)800 N/mm、帶速2.5 m/s。

2）輔助運(yùn)輸方面：選取功率為55kW的SQ-60/55型礦用無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車，滿載和回程速度設(shè)定為0.67 m/s和1.12 m/s。

3）礦井車輛配備方面：共設(shè)計(jì)需要1.0 t的固定礦車150輛，礦用平板車和材料車各45輛、支架平板車25輛。

實(shí)際應(yīng)用表明，所選用的井下運(yùn)輸設(shè)備可以較好地滿足礦井的安全高效生產(chǎn)要求，并可以降低運(yùn)輸成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，減少事故發(fā)生的概率，提高生產(chǎn)效率，值得推廣應(yīng)用。