凱達(dá)煤礦井下運(yùn)輸設(shè)計(jì)特點(diǎn)

張明

（中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北邯鄲 056031）

凱達(dá)煤礦井下運(yùn)輸設(shè)計(jì)特點(diǎn)

張明

（中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北邯鄲 056031）

結(jié)合凱達(dá)煤礦設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)煤礦井下運(yùn)輸方式和設(shè)備進(jìn)行說明，給出井下帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)要計(jì)算，對(duì)煤礦相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

煤礦；井下運(yùn)輸；設(shè)備選型

凱達(dá)煤礦升級(jí)改造礦井建設(shè)規(guī)模由0.9 Mt/a提高到1.5 Mt/a，凈增0.6 Mt/a。礦井地質(zhì)資源量為190.03 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為108.94 Mt，礦井服務(wù)年限為48.4 a。

1 井下運(yùn)輸方式及設(shè)備

1.1 運(yùn)輸方式

帶式輸送機(jī)運(yùn)煤具有運(yùn)輸能力大，能充分發(fā)揮綜采設(shè)備的效能，有利于持續(xù)、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)；自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)集中管理，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和保證安全；井底車場(chǎng)可以簡(jiǎn)化，所需工程量少；運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，占用人員少，主輔運(yùn)輸互不干擾；能適應(yīng)煤層巷道的起伏變化，結(jié)合本礦的條件，升級(jí)改造前為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方式，本設(shè)計(jì)確定主斜井、大巷運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方式。

1.2 運(yùn)輸設(shè)備

現(xiàn)有主斜井帶式輸送機(jī)兼作井下大巷帶式輸送機(jī)，接受工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)和掘進(jìn)巷帶式輸送機(jī)的來煤，礦井?dāng)U界后延長(zhǎng)原主斜井帶式輸送機(jī)，增加兩條大巷帶式輸送機(jī)，接受工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)和掘進(jìn)巷帶式輸送機(jī)來煤，將煤轉(zhuǎn)載至主斜井帶式輸送機(jī)，將煤運(yùn)至地面生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.3 軟驅(qū)動(dòng)形式選擇

由于本設(shè)計(jì)所用帶式輸送機(jī)運(yùn)距長(zhǎng)、運(yùn)輸能力大，為降低起/制動(dòng)時(shí)輸送帶的動(dòng)張力，減少起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和起動(dòng)過程中各承力部件的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)減速器、電動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件的使用壽命，實(shí)現(xiàn)電機(jī)間的功率平衡，應(yīng)對(duì)帶式輸送機(jī)的起/制動(dòng)加速度進(jìn)行控制，因此驅(qū)動(dòng)裝置必須具有軟起動(dòng)功能[1]。在帶式輸送機(jī)上具有可控起動(dòng)功能的傳動(dòng)裝置主要有變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、CST可控起動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)速型液力偶合器傳動(dòng)。

防爆變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由變頻電動(dòng)機(jī)+減速器+防爆變頻電控系統(tǒng)組成。變頻調(diào)速是通過改變定子的供電頻率來改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，具有設(shè)定起動(dòng)加速度曲線自動(dòng)跟蹤控制、多機(jī)功率平衡等功能，能在低速情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，真正提供驗(yàn)帶速度，還可根據(jù)井下原煤的生產(chǎn)情況相應(yīng)設(shè)定帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，運(yùn)量較小時(shí)，可采用較低帶速，以減小托輥、輸送帶磨損和減小電耗[2]。設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2 井下煤炭運(yùn)輸流程

井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)采用帶式輸送機(jī)。整合改造后主要運(yùn)輸工藝流程：5號(hào)煤及6號(hào)煤兩個(gè)工作面來煤分別由運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)和6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)，5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)來煤通過溜煤眼下給煤機(jī)給入6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)，兩路煤流混合后，6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)與主斜井帶式輸送機(jī)搭接，經(jīng)主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)至主井井口房，運(yùn)輸主要工藝流程，見圖1。

3 井下運(yùn)輸設(shè)備選型

3.1 煤大巷帶式輸送機(jī)

工作面來煤經(jīng)運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)，通過溜煤眼下給煤機(jī)給入6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)。5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)全長(zhǎng)1 500 m，提升高-10 m?？紤]和5號(hào)煤工作面順槽帶寬一致，5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)帶寬采用1 000 mm。5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)主要技術(shù)特征，如表1所示。

1）原始數(shù)據(jù)：輸送帶每米質(zhì)量qB=18 kg/m；輸送帶上每米物料質(zhì)量qG=35 kg/m。

輸送機(jī)上托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRO=10.2 kg/m；輸送機(jī)下托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRU=3.5 kg/m；模擬摩擦系數(shù)f=0.028；附加阻力系數(shù)C=1.06；傳動(dòng)滾筒與膠帶間摩擦系數(shù)μ=0.3；傳動(dòng)滾筒圍包角α=195°；起動(dòng)系數(shù)KA=1.5。

2）裝料斷面輸送能力：

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，0.112 7 m2；V為輸送機(jī)帶速，1.6 m/s；k為輸送機(jī)傾角系數(shù)，1；ρ為物料輸送密度，850 kg/m3。

3）圓周驅(qū)動(dòng)力和傳動(dòng)功率計(jì)算[3]：以全程有載工況進(jìn)行設(shè)計(jì)選型計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，主要阻力FH= 34 762 N；傾斜阻力Fst=-3 406 N；特種主要阻力FS1=259 N；特種附加阻力FS2=3 000 N；故圓周力

式中：PA為軸功率，PA=59 kW；η為輸送總功率，η= 0.857.

4）各特性點(diǎn)張力及膠帶安全系數(shù)校核：各特性點(diǎn)張力計(jì)算結(jié)果，經(jīng)膠帶傳動(dòng)不打滑及輸送帶垂度計(jì)算，最終以膠帶傳動(dòng)不打滑確定S2；傳動(dòng)滾筒松邊張力S2=30 928 N；滿載運(yùn)行工況膠帶最大張力（傳動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)處）S1=67 629 N；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=7 758 N；膠帶安全系數(shù)m=BST/S1= 1 000x1 000/67 629=14.8[4]，滿足要求。

5）本機(jī)不存在逆止工況，制動(dòng)器用于緊急事故制動(dòng)，正常情況是在自然停車后再上閘。本設(shè)計(jì)以模擬摩擦系數(shù)f=0.012時(shí)，滿足滿載制動(dòng)不打滑及制動(dòng)減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動(dòng)器選型依據(jù)。

6）帶式輸送機(jī)拉緊裝置設(shè)于帶式輸送機(jī)頭傳動(dòng)滾筒繞出邊附近，拉緊力FL=2S2=61.856 kN。采用ZYL500J型自控液壓拉緊裝置，拉緊力35～80 kN，滿足要求。

3.2 6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)

工作面來煤經(jīng)運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)，5號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)來煤通過溜煤眼下給煤機(jī)給入6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)，兩路煤流混合后，6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)運(yùn)至主斜井帶式輸送機(jī)。設(shè)計(jì)采用一條帶式輸送機(jī)先鋪設(shè)到前期長(zhǎng)度，再根據(jù)生產(chǎn)需要延伸到后期長(zhǎng)度，前期采用一套驅(qū)動(dòng)，后期采用三套驅(qū)動(dòng)。6號(hào)煤大巷帶式輸送機(jī)主要技術(shù)特征，如表2所示。

1）原始數(shù)據(jù)：輸送帶每米質(zhì)量qB=33.9 kg/m（前期18 kg/m）；輸送帶上每米物料質(zhì)量qG=70.55 kg/m；輸送機(jī)上托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRO=15.75 kg/m；輸送機(jī)下托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRU=6.07 kg/m；模擬摩擦系數(shù)f=0.028；附加阻力系數(shù)C=1.04（前期1.11）；傳動(dòng)滾筒與膠帶間摩擦系數(shù)μ=0.3；傳動(dòng)滾筒圍包角α= 195°；起動(dòng)系數(shù)KA=1.3。

2）裝料斷面輸送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x0.112 7 x3.15x1x850=1 086 t/h.

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，0.1 127 m2；k為輸送機(jī)傾角系數(shù)，1；V為輸送機(jī)帶兩速，1.6 m/s；ρ為物料輸送密度，850 kg/m3。

3）圓周驅(qū)動(dòng)力和傳動(dòng)功率計(jì)算：設(shè)計(jì)以全程有載工況進(jìn)行設(shè)計(jì)選型計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，主要阻力FH= 142 845 N（前期29 970 N）；傾斜阻力Fst=-20 763 N（前期-5 883 N）；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=3 000 N；故圓周力FU=CxFH+ FSt+FS1+FS2=1.04x142 845-20 763+1 077+3 000= 131 873 N（前期31 461 N）.

軸功率PA=FUV/1 000=131 873x3.15/1 000= 415 kW（前期99 kW）；電機(jī)功率PM=PA/η=415/ （0.96x0.94x0.95x0.95）=510 kW（前期116 kW）。

式中：PA為軸功率，415 kW；η為輸送總效率，η= 0.814.

4）各特性點(diǎn)張力及膠帶安全系數(shù)校核：各特性點(diǎn)張力計(jì)算結(jié)果如下，經(jīng)膠帶傳動(dòng)不打滑及輸送帶垂度計(jì)算，最終以膠帶傳動(dòng)不打滑確定S2，傳動(dòng)滾筒松邊張力S2=32 104 N（前期22 977 N）；滿載運(yùn)行工況膠帶最大張力（傳動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)處）S1= 163 977 N（前期54 438 N）；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=85 728 N（前期13 030 N）；膠帶安全系數(shù)m=BxST/S1=1 000x1 600/163 977=9.76（前期18.4），滿足要求。

5）本機(jī)不存在逆止工況，制動(dòng)器用于緊急事故制動(dòng)，正常情況是在自然停車后再上閘。本設(shè)計(jì)以模擬摩擦系數(shù)f=0.012時(shí)，滿足滿載制動(dòng)不打滑及制動(dòng)減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動(dòng)器選型依據(jù)。

6）帶式輸送機(jī)拉緊裝置設(shè)于帶式輸送機(jī)頭傳動(dòng)滾筒繞出邊附近，拉緊力：FL=2S2=64.208 kN（前期45.954 kN）

采用ZYL500J型自控液壓拉緊裝置，拉緊力35～80 kN，滿足要求。

4 主斜井提升設(shè)備

整合改造后主斜井帶式輸送機(jī)延伸至后期長(zhǎng)度，接受大巷帶式輸送機(jī)來煤并將煤運(yùn)至地面主斜井井口房。主斜井帶式輸送機(jī)主要技術(shù)特征，如表3所示。

1）原始數(shù)據(jù)：輸送帶每米質(zhì)量qB=33.9 kg/m；輸送帶上每米物料質(zhì)量qG=70.55 kg/m；輸送機(jī)上托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRO=15.75 kg/m；輸送機(jī)下托輥每米旋轉(zhuǎn)質(zhì)量qRU=6.07 kg/m；模擬摩擦系數(shù)fRO=0.026；附加阻力系數(shù)C=1.04。傳動(dòng)滾筒圍包角α=195°；起動(dòng)系數(shù)KA=1.3；各角度斜長(zhǎng)6°（斜長(zhǎng)320 391）、3°（斜長(zhǎng)417 55）、-3‰（斜長(zhǎng)408 822）、-3°（斜長(zhǎng)50 838）、-6°（斜長(zhǎng)235 083）、近水平（斜長(zhǎng)1 670 111）

2）裝料斷面輸送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x 0.1127x3.15x0.98x850=1 065 t/h.

式中：S為輸送帶上物料橫截面積，S=0.112 7 m2；V為輸送機(jī)帶速V=1.6 m/s；k為輸送機(jī)傾角系數(shù)，k= 0.98；ρ為物料輸送密度，ρ=850 kg/m3.

3）圓周驅(qū)動(dòng)力和傳動(dòng)功率計(jì)算：全程有載情況下驅(qū)動(dòng)圓周力，主要阻力FH=120 135 N；傾斜阻力Fst=2 976 N；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2= 1.04x120 135+2 976+1 077+2 400=131 393 N.

提升段有載下運(yùn)段無載情況下驅(qū)動(dòng)圓周力，主要阻力FH=114 994 N；傾斜阻力Fst=24 199 N；特種主要阻力FS1=1 077 N；特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x114 994+ 24 199+1 077+2 400=147 270 N.

提升段無載下運(yùn)段有載情況下驅(qū)動(dòng)圓周力:按下運(yùn)工況取模擬摩擦系數(shù)取0.012計(jì)算如下:主要阻力FH=35 195 N；傾斜阻力Fst=-18 668 N；特種主要阻力FS1=1 077 N特種附加阻力FS2=2 400 N；故圓周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x35 195-18 668+ 1 077+2 400=21 412 N.

經(jīng)以上計(jì)算主斜井帶式輸送機(jī)圓周驅(qū)動(dòng)力最大值為147 270 N，軸功率PA=FUV/1000=147 270x 3.15/1 000=464 kW，需電機(jī)功率PM=PA/η=464/ （0.96x0.94x0.95x0.95）=570 kW.

式中：PA為軸功率，464 kW；η為輸送總效率，η= 0.814.

各特性點(diǎn)張力及膠帶安全系數(shù)校核：經(jīng)膠帶傳動(dòng)不打滑及輸送帶垂度計(jì)算，最終以膠帶傳動(dòng)不打滑確定S2，傳動(dòng)滾筒松邊張力S2=47 981 N；滿載運(yùn)行工況膠帶最大張力（傳動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)處）S1=195 251 N；尾部改向滾筒處膠帶張力S3=S4=81 189 N.

安全系數(shù)m=BxST/S1=1 000x1 600/195 251= 8.2，凹弧半徑R≥1.5FX/（qBg）=800 m，采用1 000 m。

本機(jī)不存在逆止工況，制動(dòng)器用于緊急事故制動(dòng)，正常情況是在自然停車后再上閘。本設(shè)計(jì)以模擬摩擦系數(shù)f=0.012時(shí)，滿足滿載制動(dòng)不打滑及制動(dòng)減速度aZ≤0.3 m/s2作為制動(dòng)器選型依據(jù)。

帶式輸送機(jī)拉緊裝置設(shè)于帶式輸送機(jī)頭傳動(dòng)滾筒繞出邊附近。

拉緊力：FL=2S2=95.962 kN；采用ZLY-01-130型自控液壓拉緊裝置，拉緊力60～130 kN。

5 結(jié)束語

煤礦井下運(yùn)輸方式的確定應(yīng)針對(duì)不同布置和工況，采取不同的運(yùn)輸方式和設(shè)備，達(dá)到生產(chǎn)運(yùn)行合理和降低投資，因此需要在實(shí)踐中不斷摸索和改進(jìn)，確定最佳方式。

[1]毛君.帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性和可控啟動(dòng)技術(shù)[J].礦山機(jī)械，2004(2):19-22.

[2]白霄.榆家梁煤礦主斜井帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化與創(chuàng)新[J].煤礦機(jī)械，2002(7):37-38.

[3]北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[4]中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50431-2008)[S].北京：計(jì)劃出版社，2008.

Underground Transportation Design in Kaida Mine

ZHANG Ming
(Handan Design Engineering ChinaCoal Co.,Ltd.,Handan 056031,China)

Combined with examples,the mode and equipment of underground transportation in mines are illustrated.In addition,the brief calculation of belt conveyor is given to provide reference for relative designs in mines.

mine;underground transportation;equipment selection

TD529

A

1672-5050（2015）02-0063-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.020

（編輯：薄小玲）

2015-01-03

張明（1982-），男，河北邯鄲人，大學(xué)本科，工程師，從事礦井和選煤廠設(shè)計(jì)工作。