煤矿井下运输方式设计及设备选型研究

杜强国

（山西阳煤集团南岭煤业有限公司，山西 太原 030400）

引言

随着我国煤矿机械化水平的提高，大部分煤矿已经采用综合机械化采煤法。其中，原煤运输系统的选型是否合理，是煤矿机械化程度的标志性关键点，同时也是关系到煤矿经济高效生产的重要环节。利用带式输送机利于井下煤炭资源的高效运输，因其具有运量大、效率高、成本低、易维护等优点，在我国井下有着广泛的应用。

原煤经工作面采出后，需通过计算设计选用合理的运输设备运至地面煤仓，当设备的运输能力不足时，则会对工作面的正常生产造成影响[1-2]。因此，对井下运输设备进行准确的研究选型，可以为矿井安全高效生产提供重要保障。

1 南岭煤业工程概况

山西阳煤集团南岭煤业（以下简称“南岭煤矿”）位于太原市清徐县，南北长约4.1 km、东西长约3.5 km，井田面积9 km2，由原南岭煤矿和桑树洼煤矿兼并重组而成。目前矿井内可采煤层包括4号、5号、8号和9号煤层，保有资源储量超过1亿t，产能高达90万t/a。由于南岭煤矿在整合后产能有了显著提升，原有的运输方式及设备无法满足当前生产的需要，对煤矿的高效安全生产有一定的抑制作用，因此需要针对重组后的南岭煤矿的煤炭运输方式及相应的设备进行重新设计和选型。

2 井下煤炭运输

根据井田开拓部署和矿井规模，结合目前国内井下煤炭运输设备的发展趋势，采用胶带输送机进行原煤运输，具体运输路线设计为：综采工作面→顺槽胶带输送机→水平胶带巷胶带输送机→集中胶带大巷→井底煤仓→主斜井大倾角胶带输送机→地面。

2.1 集中胶带大巷原煤运输设备

南岭煤矿完成充足后，原有设备难以负担全矿产能，特别是集中胶带大巷部分，将承担矿井90万t/a的原煤运输任务。该巷道总长度510 m，倾角9°，需要对胶带机进行选型，并结合本巷道的特点和采区运输所需能力进行设计[3]。

2.2 驱动方式的确定

输送机的驱动方式主要分为软启动和硬启动两种方式。硬启动具有成本低廉安装简单的优势，但软启动具有高效避震的功能，对井下动应力波所产生的震动有着很好的减免效果，可以有效防治波动对带式输送机造成的损害，因此在本次设计中排除硬启动方式，选择软启动方案。

根据巷道布置情况来看，应选择长度较短、角度较小、功耗较低的胶带输送机安装在大巷中。根据井下实际情况调研发现，液力偶合器具有安装容易、管理简洁、性价比高的特点。因此在本次设计中，胶带输送机采用液力偶合器驱动方式来对输送机进行启动。

2.3 胶带输送机简要设计计算

2.3.1 装料输送能力的计算

改造升级后的大巷带式输送机，需要对装料断面输送能力进行预算，最大输送能力Qmax为：

式中：S为输送带上物料横截面积，取0.125 m2；v为带速，2.5 m/s；α为带式输送机倾角，即巷道倾角，取9°；ρ为物体密度，取0.9 t/m3。

代入数据计算得Qmax=911 t/h。

2.3.2 运行圆周力的计算

满载运行圆周力Fu的计算：

式中：C为附加阻力系数，取C=1.20；Fh为主要阻力，经计算为12 829 N；FS1、FS2、FSt分别为导料槽阻力（285 N）、清扫器阻力（3 600 N）、倾斜阻力（19 280 N）。

代入数据计算得Fu＝52 300 N。

2.3.3 电机功率的计算

考虑到设备的负载，需要对电机功率Nd根据公式（3）进行计算：

式中：N0为轴功率，为131 kW；η为总效率，取0.7。

经计算Nd=187 kW，因此选电机功率2×110 kW。

2.4 带式输送机选型结果

经计算，将选取型号DTII的固定带式输送机对南岭矿原煤进行输运，该输送机为双滚筒双电机驱动，功率配比1∶1，运量最高可达425 t/h，安装长度510 m。胶带选用型号为PVC800S的整芯胶带具有阻燃、抗静电的功能，带宽1 000 mm、带强800 N/mm、带速2.5 m/s。

3 辅助运输方式及设备

根据井下部署，对巷道的辅助运输系统和运输方式进行相应的设计与提升，初步路线为：副斜井→井底车场→一水平轨道大巷连续牵引绞车→顺槽小绞车→采掘工作面。

3.1 轨道巷材料运输设备

轨道大巷主要用于井下矸石、设备、材料的运输工作，经过研究分析，设计采用无级绳连续牵引绞车进行物料的提升，具体选型的计算需参考绞车牵引力、钢丝绳张力、强度等因素。

3.1.1 绞车牵引力的F绞车计算

式中：G为矿车载重，取1800 kg；G0为矿车自重，取600 kg；β为巷道倾角，取8°；qR为钢丝绳单位质量，取1.44 kg/m；a为加速度，取0.2g；L为斜巷运输长度，1 100 m。经过计算得F绞车=36 622 N。

3.1.2 绞车电机功率N绞车的计算

绞车所需电机功率验算根据公式（5）计算：

式中：Vmax为绞车最大运行速度，即空载速度，取1.12 m/s；η绞车为绞车传动效率，取0.9。计算得N绞车=51.9 kW。

3.1.3 运输时效T的计算

绞车运输一个周期的时效主要受运行速度和载重的影响，需根据公式（6）对绞车运输时效进行计算：

式中：Vmin为绞车满载运行速度，取0.67 m/s；Vmax为空载速度，取1.12 m/s。经计算T=43.7 min。

3.1.4 无极绳连续牵引绞车的选型

经过技术选型，设计选用SQ-60/55型矿用无极绳连续牵引绞车，可以满足南岭煤矿井下实际工作，具体参数如表1所示。

表1 矿用无极绳连续牵引绞车参数

4 矿井车辆的配备

4.1 矿车的选型

针对南岭煤矿矸石考虑采用1.0 t固定箱式矿车进行运输，针对材料、设备、重物等考虑选用平板车和材料车运输，各类矿车详细规格配备见表2。

表2 各类矿车规格特征表

4.2 各类矿车的数量

对矿车数量和类型的选用，主要以矿井产能达到最高点时，地面与井下各地点所需车辆的共和进行计算。为降低企业生产成本，将对原先车辆进行合理安排，并新增部分车型，其中所需1.0 t的固定矿车总计150辆、矿用平板车45辆、材料车45辆、支架平板车25辆，具体参见表3。

表3 矿井达产时各类矿车数量

5 结论

南岭煤矿在兼并重组之后，产能得到了大幅提升，通过对矿井产能和巷道的设计研究，决定对大巷运输设备、提升设备和车辆进行补充选型。

1）运输方面：选取型号DTII的固定带式输送机对南岭矿原煤进行输运，最高运量可达425 t/h；胶带选用型号为PVC800S的整芯胶带，具有阻燃、抗静电的功能，带宽1 000 mm、带强800 N/mm、带速2.5 m/s。

2）辅助运输方面：选取功率为55kW的SQ-60/55型矿用无极绳连续牵引绞车，满载和回程速度设定为0.67 m/s和1.12 m/s。

3）矿井车辆配备方面：共设计需要1.0 t的固定矿车150辆，矿用平板车和材料车各45辆、支架平板车25辆。

实际应用表明，所选用的井下运输设备可以较好地满足矿井的安全高效生产要求，并可以降低运输成本和劳动强度，减少事故发生的概率，提高生产效率，值得推广应用。