大型主立井定量帶式輸送機(jī)裝載選型設(shè)計

張 捷

（陽煤華鑫電氣有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，斜井或立井開拓是煤礦主要采用的開拓方式，斜井開拓一般適用于埋藏深度較淺且水文地質(zhì)構(gòu)造相對簡單的煤體，而對于埋藏深度較大或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜煤體的開采需選取立井開拓。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定，以立井開拓開采井田，特別是以大型、多繩摩擦作為提升的主立井要求選取定量裝載的箕斗作為提升方式。定量輸送機(jī)裝載和定量斗裝載是我國煤礦主立井箕斗井底裝載的主要方式。其中定量輸送機(jī)裝載在具體應(yīng)用中可分為：定量板式輸送機(jī)和定量帶式輸送機(jī)[1-2]。筆者針對大型主立井定量帶式輸送機(jī)進(jìn)行裝載選型設(shè)計。

1 主立井井底裝載方式

1.1 兩種井底裝載方式的特點分析

定量斗裝載具有廣泛的適用性，國內(nèi)應(yīng)用主立井箕斗井底裝載的煤礦一般選用此種裝載方式，其為直立倉式裝載。定量輸送機(jī)裝載能有效減少裝載硐室的空間，因此在巖性較差的礦井也可應(yīng)用，其為臥式計量。兩種井底裝載方式的具體優(yōu)勢見表1。

1.2 定量輸送機(jī)裝載

表1 兩種井底裝載方式的特點

定量輸送機(jī)裝載方式與定量斗裝載相比應(yīng)用較少，主要應(yīng)用于情況較為特殊的礦井。比如原煤黏度較大，若采用定量斗裝載會導(dǎo)致嚴(yán)重的黏煤現(xiàn)象，出現(xiàn)過裝或欠裝的頻率大大增加。從經(jīng)濟(jì)投入與技術(shù)難度的方面考慮，優(yōu)先考慮采用定量輸送機(jī)裝載作為裝載方式。定量板式輸送機(jī)裝載方式與定量帶式輸送機(jī)裝載方式相比，具有抗沖擊力較強(qiáng)、性能更穩(wěn)定和裝載精度更高等優(yōu)勢。但由于我國制造相關(guān)設(shè)備的技術(shù)相對落后，導(dǎo)致元件容易出現(xiàn)磨損，需頻繁更換元件，而國外進(jìn)口價格過高等因素導(dǎo)致了定量板式輸送機(jī)裝載方式的推廣停滯不前。定量帶式運輸機(jī)既能滿足定量裝載的需求，還能較好地降低元件的磨損率，減少維護(hù)量。在實際生產(chǎn)中一般采取帶式輸送機(jī)滾動托輥替換鏈輪、鏈板和鏈條結(jié)構(gòu)的方法，這種改進(jìn)能降低驅(qū)動功率，而且變速用時短，造成的沖擊更小。我國相關(guān)廠家通過研究改進(jìn)，較好地避免了帶式輸送機(jī)機(jī)械成本高的缺點[3]。

2 定量帶式輸送機(jī)裝載工藝

2.1 布置形式

定量帶式輸送機(jī)裝載包括三部分：位于井底煤倉下口的帶式給料機(jī)、定量帶式輸送機(jī)和分岔中部槽。定量帶式輸送裝載機(jī)的布置方式如下頁圖1所示。

2.2 裝載流程

位于井底煤倉下口的帶式給料機(jī)將來自井底煤倉的原煤轉(zhuǎn)移至定量帶式輸送機(jī)上，原煤在定量帶式輸送機(jī)上被低速輸送。在輸送機(jī)上設(shè)有稱重傳感器，一旦運輸?shù)脑嘿|(zhì)量超過預(yù)定值時，控制系統(tǒng)就會關(guān)閉給料機(jī)。當(dāng)箕斗到位信號傳輸?shù)蕉繋捷斔蜋C(jī)的控制器上時，輸送機(jī)由低速轉(zhuǎn)換為高速將煤裝到箕斗。在箕斗裝煤完成后，通過控制系統(tǒng)使定量帶式輸送機(jī)又由高速轉(zhuǎn)換為低速，并且啟動給料機(jī)開始新一輪的裝煤工序[4]。

圖1 定量帶式輸送裝載機(jī)的布置方式

3 定量帶式輸送機(jī)選型計算

3.1 項目概況

以某煤礦作為研究對象。該煤礦的設(shè)計年生產(chǎn)量為12 Mt，開拓方式為全立井。井筒直徑為9.6 m，井筒斷面面積為72.4 m2。箕斗的額定載重為45 t，配有兩對。與之配套有2臺直徑為5 m的多繩摩擦提升機(jī)。為符合煤礦礦井設(shè)計要求，在主立井裝載處和西翼帶式輸送機(jī)大塔搭接處各建有一個容量為3 000 t的煤倉，以用于緩沖裝載和緩沖主運輸系統(tǒng)的原煤輸送。

箕斗的提升高度為685.95 m，提升速度為13.09 m/s，加速度為 0.7 m/s，提升用時 T1為 74.4 s，停止時間T2為45 s，完成一次循環(huán)用時T3為119.4 s。主立井井筒中心與井底煤倉間距S為52 m。

3.2 選型設(shè)計

3.2.1 基本參數(shù)選取

結(jié)合箕斗和裝載溜槽的尺寸，選擇長度為46 m的裝載帶式輸送機(jī)。由于輸送機(jī)接料和機(jī)尾張緊裝置占用較大空間，所以給料點與卸載滾筒之間的實際運輸距離為41 m。

初步將定量帶式輸送機(jī)的實際運輸距離L設(shè)為33 m，以保證定量輸送機(jī)裝載系統(tǒng)在裝載過程中保持運轉(zhuǎn)。設(shè)定原煤的凈堆積角為40°，在煤流的頂端增設(shè)1 m的堆煤區(qū)，此時的煤流頂端距卸載滾筒7 m。

根據(jù)箕斗額定載重和定量帶式輸送機(jī)的實際運輸距離可計算出定量帶式輸送機(jī)上單位長度的原煤質(zhì)量為1.37 t，設(shè)定原煤的密度為0.9 t/m3，則單位長度的原煤體積為1.52 m3。根據(jù)相關(guān)運輸機(jī)的設(shè)計規(guī)范，選擇托輥規(guī)格為直徑159 mm，間距200 mm的“一”字平托輥高槽箱。根據(jù)現(xiàn)場測定的煤樣，在保證輸送機(jī)處于變速時不出現(xiàn)滑料的情況下，規(guī)定槽箱內(nèi)的原煤堆積高度應(yīng)小于1 m。輸送機(jī)的帶寬選擇2 000 mm，則有效寬度為1 800 mm，堆煤高度為845 mm。

輸送機(jī)的最低速度計算公式為：

式中：v1為低速運轉(zhuǎn)下輸送機(jī)速度，m/s。

考慮實際運行中需留一定的時間進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以保障系統(tǒng)完全運行，設(shè)定T1為60 s。通過計算得v1=0.55 m/s。

輸送機(jī)的最高速度計算公式為：

式中：v2為高速運轉(zhuǎn)下輸送機(jī)速度，m/s。

考慮實際運行中變速需要一定的時間，設(shè)定T2為22 s。通過計算得v2=1.5 m/s。帶式輸送機(jī)工程設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：輸送機(jī)的最大加速度小于0.3 m/s2，長度超過500 m的帶式輸送機(jī)最大加速度小于0.2 m/s2。考慮選用的是“一”字平托輥高槽箱定量帶式輸送機(jī)，因此確定定量帶式輸送機(jī)的加速度為0.15 m/s2。

3.2.2 功率計算

根據(jù)大海則煤礦的實際情況以及通過計算驗證輸送機(jī)的最低、最高輸送速度可以計算得出輸送機(jī)在兩種速度運行狀態(tài)下的原煤輸送能力[5]。

輸送機(jī)在低、高速運行狀態(tài)下的輸送能力計算公式為：

式中：Q1、Q2分別為輸送機(jī)低、高速運行狀態(tài)下的輸送量，t/h；S為輸送帶上堆積原煤的截面積，m2；γ為傾斜系數(shù)，取1；ρ為原煤的密度，取0.9 kg/m3。

通過計算得出：帶式輸送機(jī)的低速狀態(tài)下輸送量為2 708 t/h，高速狀態(tài)下輸送量為7 287 t/h。參考相關(guān)輸送機(jī)設(shè)計規(guī)范可得該輸送機(jī)的實際功率P為189 kW。由于實際工作的需要，選擇1.4的安全系數(shù)以保證電機(jī)的運行安全，因此電動機(jī)的額定功率為280 kW[6]。

4 結(jié)語

原煤的定量轉(zhuǎn)載是主立井生產(chǎn)系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，通過分析影響定量帶式輸送機(jī)裝載系統(tǒng)設(shè)計計算各種因素，配套提升系統(tǒng)確定合理定量輸送機(jī)設(shè)備選型，可以使其在有限的生產(chǎn)投入條件下實現(xiàn)最大的生產(chǎn)效益。