煤矿井下运输方式及设备选型技术探析

摘 要：井下运输系统作为煤矿生产的重要生产环节，影响着矿井的生产能否安全持续的运行，直接关系到矿井的经济效益，为确保井下运输系统的安全可靠，在进行设备选型时就应科学规范。本文结合某矿的实际情况，详细介绍了煤矿井下带式输送机及提升绞车的选型计算方法，对今后相似工况下的煤矿运输系统设备选型具有一定的借鉴意义。

关键词：井下运输；带式输送机；提升绞车；设备选型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.061

0 引言

煤礦井下运输包括主运输系统和辅助运输系统，主运输系统为井下煤炭的运输，辅助运输主要为物料、人员及矸石的运输。井下运输系统是煤矿生产中的重要环节，运输设备的选型是否合适，直接关系到矿井的生产效率和经济效益，甚至会影响到矿井的安全生产。本文结合某矿采区实际情况，详细介绍了井下煤炭运输及辅助运输方式及设备的选型方法。

1 煤炭运输方式及设备

设计本采区煤炭运输全部采用胶带运输机运输，胶带输送机运输与矿车运输相比较，具有运输连续性强、运量大、运输环节少、效率高、占用人员少、易于实现集中化自动控制等优点，对矿井实现高产、高效和现代化管理具有明显优势。

1.1 带式输送机带速、带宽的选择

带式输送机的选型本着主要运输环节的能力满足生产规模的需要，结合井下工作面生产能力大的特点，考虑生产因素和工作面的峰值煤量，来确定带宽、带速、胶带强度等。

结合国内外胶带输送机的使用现状，考虑多种因素，确定胶带大巷胶带输送机的带宽B=1000mm，带速V=3.15m/s。

1.2 带式输送机设计依据

（1）输送物料：原煤；斜长3500m；向上运输，高差h=80m；

（2）工作环境：正功运行时选模拟系数f=0.026，负功运行时选模拟系数f=0.012；传动滚筒与输送带之间的摩擦系数：μ=0.35，eμα=3.5，运量：Q=900t/h；堆积密度： ρ=900kg/m3。

1.3 输送机基本参数

（1）胶带宽度：B=1000mm，输送速度：V=3.15m/s；（2）胶带强度：St2000，qB=34kg/m；（3）承载托辊组旋转部分质量：G1=18.9kg，承载段托辊间距：ao=1.2m ，每米上托辊旋转部分质量：qRO=G1/ao=15.75kg/m；（4）回程托辊旋转部分质量：G2=16.09kg，回程段托辊间距：au=3m，每米下托辊旋转部分质量：qRu=G2/au=5.36kg/m；（5）每米物料重：qG=Q/3.6V=79.37kg/m，g=9.81N/kg；（6）倾斜角度：δ=1.31°。

1.4 输送能力核算

Q核=3.6×S×V×K×ρ=3.6×0.1127×3.15×0.93×900=1070t/h>900t/h；

所以能够满足最大运量要求。

式中，S：输送带上物料的最大横截面积，取0.1127㎡；ρ：物料松散度，取900kg/m3；K：倾斜系数，取0.93。

1.5 运行阻力计算

（1）主要阻力：

FH=fgL[qRO+qRu+（2qB+qG）cosδ]=150369N；

式中，f：模拟摩擦系数，取0.026。

（2）主要特种阻力：

FS1=Fε+Fgl=16006N；

Fε=Cεμ0Lε（qB+qG）gcosδsinε=15331N；

式中，Cε：槽形系数，取0.43；μ0：摩擦系数，取0.35；Lε：倾斜托辊输送机长度，取3500m。

Fgl=μ2Iv2ρgl/（V2b12）=675N

式中，μ2：物料与导料拦板间摩擦系数，取0.6；Iv：输送能力，Iv=Q/3.6ρ=0.28m3/s；l：导料槽拦板长度，取6m；b1：导料槽两拦板间宽度，取0.61m。

（3）附加特种阻力：

FS2=Fr+Fa=3000N；

Fr=A×P×μ3=3000N；

式中，A：清扫器面积，A=n1A1+n2×A2=0.05m2；n1：头部清扫器个数，取2；n2：空段清扫器个数，取2；A1：头部清扫器面积，取0.01m2；A2：空段清扫器面积，取0.015m2；P：清扫器与输送带间压力，取100000N/m2；μ3：清扫器与输送带间摩擦系数，取0.6。

犁式卸料器摩擦阻力：Fa=n×B×k2=0N

式中，k2：刮板系数，取1500N/m；n：卸料器个数，取0。

（4）倾斜阻力：

Fst=qGgH=62290N

（5）圆周驱动力Fu：

Fu=CFH+FS1+FS2+FSt=237680N

式中，C：附加阻力系数，取1.04。

1.6 传动功率计算

（1）电动滚筒轴功率：

PA=Fu×V/1000=749kW。

（2）电动机功率：

PM=ζ×PA=1124kW（ζ=1.5）

选电动机功率为：4×355kW，输送机采用双滚筒四电机驱动，功率配比2：2。

1.7 张力计算

（1）输送带不打滑条件：

F2min≥Fumax/（e2μφ-1）=27465N

Fu1=237680N

Fumax=KA×Fu1=308984N

式中，eμφ：欧拉系数，取3.5；KA：启动系数，取1.3。

（2）各点力的计算：

胶带最大张力：Fmax=Fu1+k2Fu1/（eμφ-1）=285216N

式中，k2：驱动张力系数，取1/2。

驱动滚筒奔离点张力S2（满足不打滑条件），令S2=F2min=27465N；

下分支张力：S3=S2+fLg（qRu+qB）=62602N；

上分支最小张力：S4=1.04×S3=81383N。

（3）输送带下垂度校核：

承载段最小张力：Fmin≥ao（qB+qG）g/[8（h/a）adm]=16682N

回程段最小張力：Fmin≥auqBg/[8（h/a）adm]=12508N

式中，（h/a）adm：输送带允许最大下垂度，一般≤0.01。

由上可知S3>12508N，S4>16682N；

输送带下垂度满足要求。

1.8 结论

根据以上计算，选型如下：

运量：Q=900t/h；带宽：B=1000mm；带速：V=3.15m/s；输送带规格：St2000；电机功率：N=4×355kW；驱动方式：变频驱动。

2 辅助运输方式及设备

本文以轨道下山提升绞车选型计算为例。轨道下山主要担负采区设备及材料的运输任务，设计采用提升绞车运输，选型设计如下：

2.1 设计依据

斜长：660m；最大倾角：6°；高差：60m；

矿车：型号MGC1.7-9，轨距900mm，长×宽×高为2100×1150×1300mm

，自重0.98t，最大载重2.7t（不包括自重）。

最大班提升量：

支护材料：3钩（15车）；雷管、炸药：2钩（2车）；

最大件重量：25t（含特制平板车）；

工作制度：年工作日330d/a，“三八”制作业，两班生产、一班检修。

2.2 钢丝绳选型

按矿车连接器最大牵引力6000kg计算串车组成的最大矿车数量：

=14.2

经计算，确定串车由5辆车组成。

（1）钢丝绳终端载荷：

提升矿车最大载重时：

Qd=（Qk+Qz）（sinα+f1cosα）

=（2700×5+980×5）×（sin6o +0.01×cos6o）

=1685.05kg

提升最大件时：

Qd=Q（sinα+f1cosα）

=（23400+1600）×（sin6o +0.01×cos6o）

=2861.84kg

式中，f1：提升容器在倾斜运输道上的阻力系数，串车提升时取f1=0.01。

（2）钢丝绳单位长度重量（按提升矿车最大载重）：

=1.49kg/m

式中，f2：钢丝绳在倾斜运输道上的阻力系数，取f2=0.4。

选用20 NAT 6V×19+FC 1670 ZZ 250 162 GB/T8918-2006交互捻钢丝绳。

提升矿车最大载重时的安全系数：

m =

=12>6.5

提升最大件时的安全系数：

m=

=8>6.5

所选钢丝绳满足规程要求。

2.3 提升机选型

滚筒直径：Dg'>60d=60×20=1200mm

钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力及最大静张力差：

Fj'=Qd+PkLc（sinα+f2cosα）

=2861.84+1.62×660×

=3439.63kg

=Fjc'

根据以上参数选择JKB-2.0×1.8/30E型防爆提升绞车。

最大静张力：Fj=60kN>33708N

滚筒宽度校验缠绕层数：

=1.5<3

2.4 天轮选型

Dt>40d=40×20=800mm

设计选用TD1000/800型游动天轮，其主要技术参数如下：

型号：TD1000/800；绳槽底直径：1000mm；适应钢丝绳直径范围：>20～24.5mm；最大游动距离：800mm。

2.5 提升机选型

根据现行《煤炭工业矿井设计规范》规定，斜井采用串车升降物料时的最大速度不得超过5m/s，JKB-2.0×1.8/25E提升绞车最大提升速度取3.14m/s。

，取i=25则最大提升速度为：

Ns==137.2kW

初步选择YBPT355M-8电动机。

2.6 跑车防护装置

经计算，四采区一级轨道下山需设置3套型号为ZDC30-2.2的跑车防护装置，单套跑车防护装置缓冲器额定抗冲击能量2.2MJ。

3 结语

在大中型矿井中带式输送机和提升绞车担负着井下运输的主要任务，具有长距离、大运量、连续运输，并且运行可靠，易于实现自动化、集中化控制的高可靠性的特点。随着科学技术的进步，井下运输系统会不断向着自动化、智能化、信息化的方向发展，希望本文可以为今后井下运输设备的选型提供参考。

参考文献：

[1]刘智峰.纳林河二号煤矿井下煤炭运输系统设备选型[J].陕西煤炭，2017.

[2]马洪武.井下顺槽辅助运输设备的选型[J].煤炭技术，2006（06）.

[3]魏洋.山阳矿井井下辅助运输设备选型[J].陕西煤炭，2015.

作者简介：戴伟（1975-），男，江苏铜山人，本科，工程师，从事煤矿机电运输教学工作。