五家溝煤礦井下運輸設備選型分析

李 斌

（山西省蘭花科技創業股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

1 礦井概況

中煤集團山西華昱能源有限公司的五家溝礦井剩余資源儲量較少，根據礦井周邊資源賦存及歸屬情況，五家溝礦井擴充井田邊界、增補后備資源的機會較小。為延長原五家溝礦井服務年限、合理配置資源，減少建設投資，實現與下屬的高山煤整合開采。合并后，五家溝煤礦的生產能力由原來的300 萬t/a提升到400 萬t/a。由于產量的提升，需要對煤礦井下運輸進行重新選型。為了滿足經濟性原則，需要對現有的井下運輸設備進行校驗。若滿足，則不需要更換，反之，則需要進行更換。

2 主運輸輸送機的選擇

根據礦井設計規模、主斜井井筒提升方式、井田開拓布置及目前國內井下煤炭運輸技術裝備發展情況，確定井下煤炭運輸采用膠帶輸送機運輸方式。膠帶輸送機運輸的優點是運量大，運輸系統單一化，管理人員少、事故少、效率高。容易實現集中控制和自動控制；具有連續運輸的優越性，有增產潛力，能充分發揮機械化設備的生產能力，確保礦井穩產高產[1-3]。根據開拓巷道布置、運輸量和主斜井煤炭提升方式的要求，為了減少運輸環節，井下大巷煤炭運輸采用帶式輸送機。井下煤炭主運輸設備全部采用帶式輸送機。工作面順槽來煤經帶式輸送機運輸至主斜井井底煤倉。帶式輸送機運量與工作面產量一致。

煤礦已有輸送機型號為DTL140/250/2×450。為了節約成本，需要對輸送機進行校驗。若不滿足要求，則進行相應的調整，符合要求的留用。輸送機機長L=1 130 m，傾角δ=0.51°，提升高度H=10 m，輸送能力Q= 2 294 t/h，原煤松散密度ρ= 950 kg/m3，粒度a= 300 mm，每米膠帶機上物料重量qG=103.4 kg/m。采用下帶液壓絞車張緊。帶式輸送機的布置如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機的布置示意圖

輸送機帶寬B=1 400 mm，速度V= 5.0 m/s。承載分支托輥間距a0=1.2 m，回程分支托輥間距aU=3 m，每米上托輥轉動部分重量qRO=29.1 kg/m，每米下托輥轉動部分重量qRU=10.0 kg/m。運動阻力系數f=0.03；膠面滾筒φ=1 250 mm 驅動，其磨擦系數μ=0.25。上托輥槽角λ=30°，上托輥φ=159 mm，L= 530 mm，軸承為6306/C4。V 形下托輥φ=159 mm，L=1 600 mm，軸承為6306/C4。導料槽長度4 500 mm，輸送帶為PVG 整芯阻燃抗靜電輸送帶，強度1000 N/mm，每米膠帶自重qB=19.9 g/m。

2.1 輸送機運輸能力校驗

輸送機的理論運輸量可表示為[4]：

式中：Qt為帶式輸送機理論運輸量，t/h；S為輸送帶上物料的最大橫截面積，m2，這里取S=0.179 7 m2；ρ 為原煤松散密度，kg/m3；K為傾斜輸送帶面積折減系數，這里取K=1；V 為皮帶的運輸速度，m/s。

將有關參數代入到式（1）中可得：

Qt=3.6×0.1797×5.0×1.0×950

=3 072.8 t/h＞2 294 t/h。

故可以認為皮帶輸送機的運輸能力滿足要求。

在實際運輸過程中，輸送機帶寬應該滿足下式：

式中：B為輸送帶的帶寬，mm；α為運輸物的粒度，mm。將有關參數代入到式（2）中，得到B 最小應為800 mm。這里皮帶的寬度為1 400 mm，故可以認為輸送帶的寬度是滿足運輸的需求。

2.2 輸送機傳動功率校驗

輸送帶的傳輸功率PA與輸送帶的圓周力Fu滿足如下關系：

式中：FH為主要阻力，N；FS1為主要特種阻力，N；FS2為加特種阻力，N；FSt為傾斜阻力，N；μ2為托輥與皮帶的摩擦阻力系數。

將一些參數代入到式（4）、（5）和（6）中，可以求得皮帶輸送機的圓周力= 82 793.6 N。將Fu的值代入到式（3）中，可求得電機的傳動功率PA= 315 kW。現在已經有電機的功率為450 kW。故可以認為驅動電機也是滿足生產的需要。

2.3 皮帶張力的張力校驗

1）按不打滑條件：

將有關數據代入到式（7）中，可以計算不打滑所需張力F2(S1)min≥21 560.8 N。

2）按垂度條件：

承載分支Fmin≥［a0(qB+qG)g］/［8(h/a)adm］=18 511.5 N

回程分支 Fmin≥(aUqBg)/［8(h/a)adm］=8 240.4 N

3）各特性點張力：

根據不打滑條件，傳動滾筒奔離點的張力為21 560.8 N，令S1=21 560.8 N，則各點張力見表1。

表1 皮帶輸送機張力計算表

4）確定傳動滾筒合張力。第一滾筒合張力F1=S10-1+S10= 180 863.0 N；第二滾筒合張力F2=S10-1+S1=93 142.8 N。

2.4 皮帶機部件的選型

初選滾筒φ1 250 mm，則傳動滾筒最大扭矩為Mmax=FU1D/2 =38.8 kN·m。選用140125.1 型傳動滾筒，查表知其許用扭矩40 kN·m，許用合力300 kN。滾筒許用合力、許用扭矩均滿足使用要求。經驗算已有傳動滾筒滿足要求。

拉緊采用下帶絞車張緊，絞車為ZYL-500 型，最大牽引力100 kN。配用電機功率為7.5 kW，泵站功率為5.5 kW。經驗算，已有張緊絞車滿足要求。采用PVG 整芯阻燃抗靜電帶，其安全系數為10～12。n1=Gx×B/Fmax= （1000×1400）/113593.3 = 12.3 ＞10.0，故選用PVG 型整芯阻燃抗靜電帶，強度1000S滿足要求。經驗算已有輸送帶滿足要求。

作用于傳動滾筒上的逆止力矩M/L=FLD/2000=-5.7 kN·m，負數說明該輸送機不會發生逆轉，故不用加裝逆止器，但為了穩定停車，需加裝制動器1 臺。作用于高速軸上的制動轉矩為5.7/（0.86×20）= 0.33 kN·m。故選用BYWZ5-400/80 型制動器1臺，其制動轉矩為在（0.63～1.25）kN·m 之間。滿足規范要求。經驗算已有制動器滿足要求。

基本參數：輸送機DTL140/250/2×450 型帶式輸送機，B= 1 400 mm，V= 5.0 m/s，L= 1 130 m，δ= 0.51°，Q= 2 294 t/h。頭部φ1 250 mm 膠面滾筒驅動，頭部下帶絞車拉緊。輸送帶采用PVG 型整芯阻燃帶，強度1000S。減速器ML3PSF130，i=20，2 臺。耦合器YOXⅡZ650（水介質），2 臺。制動器BYWZ5-400/80，2 臺；電動機YBBP450S-4，N =450 kW，2 臺。

B 區五盤區主運巷帶式輸送機機頭設10/1.2 kV變配電硐室，該電源引自井下采區變電所10 kV 母線段，硐室內設1 臺KBSGZY-2000/10 10/1.2 kV 移動變電站、1 臺KJZ-1800/1140-8 礦用隔爆組合開關及2 臺BJP-500/1140 礦用隔爆變頻裝置為該帶式輸送機進行配電及起動。

膠帶機安裝一套KHP-1 型監控綜合保護裝置，用于帶式輸送機的啟、停及保護，具有堆煤、斷帶、超溫、低速、跑偏、煙霧、沿線急停等各種保護裝置。直觀顯示輸送機運行速度、各種故障狀態，具有聲光、語言報警功能。

3 輔助運輸方式及設備

礦井采掘設備機械化裝備水平較高，礦井全員效率高，輔助運輸量小，設計確定大巷輔助運輸利用現有無軌膠輪車運輸方式，實現礦井自井口到井下各工作地點輔助運輸連續化，大大提高礦井輔助運輸機械化水平[5]。

材料、設備、人員運輸系統如下：地面→膠輪車副斜井→輔運巷→回風順槽或掘進巷→回采工作面或掘進工作面。矸石運輸與材料運輸系統相反的方向運出。

無軌膠輪車主要用于輔助運輸，由于井下多為煤巷，巖石工程量不大，矸石較少，故選用WqC4J 型無軌膠輪車運輸矸石，WqC2J 型無軌膠輪車運輸材料、設備，液壓支架的運輸選用WC40Y 型無軌膠輪車，運送人員選用WrC20/2J 型無軌膠輪車。指揮車選用WqC2J（A）型膠輪車，兼運送人員。各種車輛規格特征見表2。

表2 煤礦井下輔助運輸車輛的選擇

4 結 論

根據五家溝煤礦井下運輸的實際需求，對現有的主運輸皮帶進行了校驗。校驗后發現，現有的皮帶輸送機能滿足現有的煤礦開采需求，不要額外的購置皮帶輸送機。通過對井下輔助運輸進行選擇，并確定了輔助運輸的設備型號。本文可以為煤礦井下運輸設備的選型提供一定的參考。