五遠(yuǎn)煤礦六采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造設(shè)備選型設(shè)計(jì)

李建強(qiáng)

（山西源通煤礦工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030073）

1 采區(qū)輔助運(yùn)輸方式選擇

五遠(yuǎn)煤礦4 號(hào)煤層六采區(qū)位于井田西北部，采區(qū)東西傾向大約1.8 km，南北走向大約1.45 km，采區(qū)面積約3.14 km2。開(kāi)采的4 號(hào)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(qū)的北、東、西部為礦井邊界，南部為五采區(qū)，西南部有村莊（留設(shè)保護(hù)煤柱）。目前六采區(qū)沿井田邊界煤柱南北向布置三條采區(qū)巷道，分別為4 號(hào)煤六采區(qū)膠帶運(yùn)輸上山、軌道上山和回風(fēng)上山。

原六采區(qū)軌道上山輔助運(yùn)輸采用多部絞車(chē)接力運(yùn)輸，運(yùn)輸事故率高，多次影響采區(qū)的安全生產(chǎn)；人員步行進(jìn)入采區(qū)，體力消耗大。為了提高本采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性和安全性，降低工作人員體力消耗，決定對(duì)采區(qū)軌道上山輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造。采區(qū)軌道上山沿煤層布置，巷道坡度0°～12°。為了適應(yīng)井下長(zhǎng)距離的輔助運(yùn)輸和巷道起伏不平的特點(diǎn)，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)井下輔助運(yùn)輸技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀和該礦生產(chǎn)技術(shù)管理水平，通過(guò)綜合分析比較，六采區(qū)軌道上山輔助運(yùn)輸采用無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車(chē)運(yùn)輸方式，人員運(yùn)送采用架空乘人設(shè)備[1-2]。

2 輔助運(yùn)輸設(shè)備選型計(jì)算

六采區(qū)軌道上山設(shè)備、材料、矸石的運(yùn)輸采用無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車(chē)，軌道上山長(zhǎng)度2506 m，高差120 m，設(shè)計(jì)選用一部無(wú)極繩絞車(chē)擔(dān)負(fù)輔助運(yùn)輸任務(wù)。

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）運(yùn)輸量：矸石30 車(chē)，設(shè)備及材料20 車(chē)，保健車(chē)1 次，炸藥、雷管各1 車(chē)，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(chē)重），為重車(chē)上坡。

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

2.2 設(shè)備選型計(jì)算

（1）鋼絲繩選擇

預(yù) 選28NAT 6×19S+FC 1570 SZ 型 鋼 絲 繩（GB/8918-2006），鋼絲繩直徑d=28 mm，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)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(chē)最大牽引力計(jì)算

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

（3）電機(jī)軸功率計(jì)算

式中：K 為電機(jī)備用系數(shù)，K=1.2；v 為牽引最重件時(shí)速度，取0.85 m/s；η 為絞車(chē)傳動(dòng)效率，0.8。

（4）鋼絲繩安全系數(shù)驗(yàn)算

① 安全系數(shù)驗(yàn)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(shù)；F 張為鋼絲繩張緊力附加。其他符號(hào)如前所述，安全系數(shù)符合要求。

② 滾筒直徑校驗(yàn)

D ≥50 d=1400 mm

（5）選擇絞車(chē)

選用1 部SQ-120/132P 型無(wú)極繩連續(xù)牽引車(chē)，滾筒直徑1600 mm，最大牽引力為120 kN，運(yùn)行速度為0.85～1.70 m/s。配用電機(jī)功率132 kW，電壓1140 V，轉(zhuǎn)達(dá)速990 rpm，滿(mǎn)足要求。

2.3 配電點(diǎn)確定

六采區(qū)軌道上山設(shè)1140 V 配電點(diǎn)，電源由六采區(qū)變電所1140 V 母線段提供，采用KJZ 礦用隔爆真空饋電開(kāi)關(guān)及BPJ 礦用隔爆變頻器對(duì)無(wú)極繩絞車(chē)進(jìn)行配電。

3 人員運(yùn)輸架空乘人設(shè)備選型

人員運(yùn)輸架空乘人設(shè)備布置在軌道上山中，負(fù)責(zé)本采區(qū)的人員往返運(yùn)送，設(shè)計(jì)選用一部架空乘人設(shè)備完成采區(qū)人員運(yùn)輸任務(wù)。

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）年生產(chǎn)能力An=1.20 Mt/a；

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

（3）最大班運(yùn)送人數(shù)：121 人，人員重量按95 kg/人計(jì)。

3.2 選型計(jì)算

（1）主要參數(shù)及規(guī)定

吊椅間距：λ=12 m；

牽引鋼絲繩運(yùn)行速度：Vm=1.50 m/s；

減速機(jī)：MC3RVSF09 型，i=50；

牽引鋼絲繩運(yùn)行阻力系數(shù)：動(dòng)力運(yùn)行時(shí)取ω=0.02；制動(dòng)運(yùn)行時(shí)取ω '=0.01。

選用鋼絲繩為26NAT6×31S ＋I(xiàn)WR1670ZZ型，鋼絲繩直徑d=26 mm，單位重量Pk=2.57 kg/m，抗拉強(qiáng)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(jì)算

最小張力點(diǎn)的張力：

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

① 當(dāng)下放側(cè)無(wú)人乘坐而上升側(cè)滿(mǎn)員時(shí)，線路運(yùn)行阻力（動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài)）：

各點(diǎn)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(yùn)行阻力系數(shù)，動(dòng)力運(yùn)行時(shí)取0.02；α=5°；L=2506 m；Q1+Q2：吊椅及人員質(zhì)量之和，取110 kg。

② 當(dāng)下放側(cè)滿(mǎn)座且上升側(cè)無(wú)人時(shí)，線路運(yùn)行阻力(制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)):

（3）驅(qū)動(dòng)輪防滑校驗(yàn)

當(dāng)下放側(cè)無(wú)人乘坐而上升到滿(mǎn)員時(shí)，（動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài)）

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(mǎn)足要求。

（4）電動(dòng)機(jī)功率

重上空下：

式中：K 為備用系數(shù)，取K=1.20；v 為運(yùn)輸速度，取v=1.50 m/s；η 為機(jī)械傳動(dòng)效率，η=0.8。

選用YBBP-315L1-8 型隔爆電動(dòng)機(jī)，電壓1140 V，功率90 kW，轉(zhuǎn)速740 r/min，滿(mǎn)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 ＋I(xiàn)WR 1670 ZZ 型，鋼絲繩最小破斷拉力QS=457 kN，滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

五遠(yuǎn)煤礦六采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造完成后已經(jīng)安全運(yùn)行3 個(gè)月，材料運(yùn)輸?shù)氖鹿事氏陆盗?0%，輔助運(yùn)輸工作人員減少了60%。采區(qū)軌道上山輔助運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行實(shí)踐表明，輔助運(yùn)輸設(shè)備選型合理，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造后使用無(wú)極繩絞車(chē)大大提高了采區(qū)的輔助運(yùn)輸能力；架空乘人裝置的使用極大地節(jié)約了井下人員的體力，顯著提升采掘作業(yè)效率，為本礦創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益、安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。