寿阳友众煤矿井下辅助运输设计单轨吊车的选型

张俊卿

(1.晋中市煤炭规划设计研究院,山西省晋中市,030600;2.晋中长秦安全科技有限责任公司,山西省晋中市,030600)

寿阳友众煤矿井下辅助运输设计单轨吊车的选型

张俊卿1,2

(1.晋中市煤炭规划设计研究院,山西省晋中市,030600;2.晋中长秦安全科技有限责任公司,山西省晋中市,030600)

介绍了寿阳友众煤矿防爆柴油机单轨吊车的设计背景、依据,对单轨吊车的选型计算进行了详细描述,并对单轨吊车在寿阳友众煤矿应用效果的优缺点进行了分析。

煤矿井下辅助运输设备 防爆柴油机单轨吊车 设计选型

1 概述

寿阳友众煤矿现为机械化采煤升级改造矿井,生产规模45万t/a,批准开采3#、6#、15#煤层,现开采井田北部15#煤层,井下辅助运输采用调度绞车。兼并重组整合(整合宗艾煤矿)后矿井生产能力提升为60万t/a,批准开采3～15#煤层,随着开拓方案及井下辅助运输巷道的变化,现有的井下辅助运输形式已成为制约煤矿发展的重要因素。根据整合后井田开拓方案,设计井下辅助运输采用单轨吊车。单轨吊车是技术相对成熟的煤矿井下辅助运输设备,安全可靠,经济性好。

2 寿阳友众煤矿辅助运输的设计

2.1 辅助运输设计依据

原寿阳友众煤矿井下辅助运输方式采用调度绞车接力运输,该辅助运输方式存在较大的安全隐患,如安装调整不易、调速及制动性能差、安全保护少等缺点,且需转载的环节多、速度慢、效率低。该矿现从事辅助运输的人员占井下职工总数的三分之一(井下生产人员280人)左右,综采工作面搬家一次需要45天左右,用工在4000人以上。随着开拓范围的不断扩大,以及煤矿采掘设备的重型化和生产集中化,这个矛盾将更加突出,井下辅助运输方式是矿井亟待解决的一个问题。

矿井整合后,为减少井巷工程量,尽量利用现有井巷设施。全井田设一个主水平,开采15#煤层;设一个辅助水平,联合布置开采3#、6#煤层,沿6#煤层顶板布置带式输送机巷和轨道巷。井下设一服务于3#、6#煤的煤仓。3#、6#煤层主要运输巷道及运输路线布置见图1。

2.2 辅助运输方式的比选

矿井辅助运输设备主要有无轨运输设备、轨道运输设备和单轨吊车3种。无轨运输设备主要有无轨胶轮车,要求巷道尺寸较宽且无棚腿支护,造价太高;轨道运输设备主要有防爆柴油车(用于井下水平大巷)、齿轨车(不能适应于起伏不平、带坡度的巷道、造价较高)、卡轨车(在有底鼓巷道不好使用,需转载)和无极绳连续牵引车(不适用于倾斜弯道的巷道,最大运距2000 m,最大坡角15°)。单轨吊车适用于煤矿井下巷道分支多、坡度变化大、顶板条件较好的巷道中,挂在巷道顶板上运送负载,不受运程限制,机动灵活,一台机车可用于向多条分支巷道运送物料、设备和人员,可实现不经转载直达运输。单轨吊车用于倾斜巷道运输时,机车牵引单轨吊车坡度一般要小于或等于18°,最佳使用坡度为12°以下,最小曲率半径水平为4 m,垂直为10 m。

图1 主要运输巷道及运输路线

2.3 单轨吊选型依据

轨道大巷长420 m,倾角2°,3个分支;轨道下山(6#)长1500 m,倾角15°;西轨道巷(6#)长800 m,倾角8°;一采区轨道巷(6#)长600 m,倾角8°;工作面巷道长1480 m,倾角α为0°。

矿井开采3#煤层时,巷道分支多(7个以上),坡度变化大(0～15°),部分地段底鼓,运输距离总长度约4800 m。根据上述辅助运输设备的适应性,可采用无极绳连续牵引车和单轨吊车,但因矿井现可利用巷道布置倾斜弯道太多,故选用单轨吊车从技术上更合理。

3 单轨吊车选型计算

单轨吊车进行运输,需根据材料的质量和尺寸,组成运输单元,每个运输单元的质量为3 t,即每个集装箱的运输量为2.5 t,无集装箱时为3 t。长度小于3.1 m的材料用集装箱运输,大于3.1 m的打捆运输。

一般单轨吊车一次只挂3～4个起吊梁,即运送一般的材料、设备和人员时,每列车一次只能运送3～4个运输单元;运送大型设备如液压支架时,单轨吊车只能挂一个组合起吊梁。各构件质量见表1。

表1 运输列车的组成及质量

计算分3种情况,设单轨吊列车自身总质量为G,有效载荷质量为Q。

(1)运输一般材料。运送一般材料、设备的单轨吊列车由l辆牵引车、1辆制动车、3个4 t吊运梁、3个集装箱和4个连接杆组成。则G+Q=16880 kg。

(2)运输大型设备的情况(如液压支架)。运输大型设备的单轨吊列车由1辆牵引车、1辆制动车、l组16 t重载组合吊运梁和4个连接杆组成。G+Q=19280 kg。

(3)运输人员。运送人员的单轨吊列车由l辆牵引车、1辆制动车、3个4 t吊运梁、3个人车和4个连接杆组成。G+Q=11255 kg。

根据上述3种情况的计算,取G+Q的最大值计算牵引力。

3.1 单轨吊列车牵引力F的计算

依据国标GB50533-2009:

式中:μ——单轨吊列车运行阻力系数,取0.3;

ηB——线路效率,线路为直线时,ηB取0.8,巷道弯道平均每15°降低0.01,按巷道最大转弯角度为90°计,线路效率降低0.06,此时ηB取0.74。

3.2 柴油机功率的计算

牵引绞车轴功率N可按公式(2)计算:

式中:v——运行速度,取1.1 m/s;

ηA——驱动装置效率,取0.65。

3.3 单轨吊车运输能力的计算

确定单轨吊车所服务的各生产作业点日需要材料、设备、人员的运输单元总和设为A;单轨吊车一次运送的运输单元数设为B。

柴油机单轨吊车可以在有分支的线路上运输,各生产作业的运输距离不同,采用加权平均距离计算。友众煤矿有3个生产作业点,各生产作业点的加权平均距离Li为:

一台单轨吊车运行一个循环所需的时间t1为(考虑加、减速和转弯处速度降低的系数为0.75):

式中:θ——装卸及休止时间,取10～15 min。

一台单轨吊车日工作循环数Z1为:

式中:Z1——单轨吊车每天工作循环次数,次;

tR——单轨吊车每天工作时间,一天按2班运输,每班工作5～7 h,取6 h,则tR=720 min。

要完成计划任务,单轨吊车应运行的循环数Z2为:

式中:A——生产作业点日需运输单元总和,雷管、炸药、料石、水泥、砂子、设备、材料、坑木等,折合A为68 t;

B——单轨吊车每次运送的运输单元数,取7.5 t。

因Z1

3.4 选型结果

根据计算的牵引力F为140.1 kN、柴油机功率N为118.5 kW,选择符合要求的防爆型柴油动力单轨吊车。建议选用捷克斯达蒂夫IMM120TD型单轨吊车,牵引力160 kN,柴油机功率126 kW,可在型号I 115的悬吊式单轨道上行驶,巷道最大适用倾角为30°;机车的最大载荷为55 t;行驶速度0～2.8 m/s。考虑到检修和备用的需要,共选用防爆型柴油动力单轨吊车3台,2台工作,1台备用。

4 应用效果

寿阳友众煤矿采用防爆柴油机车单轨吊车初期投资较大(3台约合人民币1200万元),但运行费用低。

(1)大大减少运输环节,减轻人员体力消耗,经计算,综采工作面搬家一次需要20天左右,用工在1800个左右,按270天搬家一次,可减少人工费用27万元,按吨煤效益100元计算,可增收500万元左右,两年多即可回收成本;解决了传统地轨运输方式人员设备多、效率低、劳动强度大、维护量大等问题。

(2)运行安全可靠,机车安装有各种安全保护系统,当某个数据超出设定标准时,发动机会自动熄火,机车自动停止。

(3)改善了运输作业环境,避免了传统地轨运输断绳、脱钩、翻车、跑车等现象,安全系数大幅提升。

缺点是对巷道顶板及支护要求高,需要有可靠的悬吊单轨的吊挂承力装置。排气有少许污染和异味。

Selection of overhead monorail design for auxiliary haulage of Youzhong Coal Mine,Shouyang County

Zhang Junqing1,2
(1.Jinzhong City Coal Mine Planning and Design Institute,Jinzhong,shanxi 030600,China;2.Jinzhong Changqin Safety Technology Co.,Ltd.,Jinzhong,shanxi 030600,China)

The paper provides background information about the designing of the diesel-powered flame-proof overhead monorail used at Youzhong Coal Mine,Shouyang County and describes the process of monorail selection and calculation,with an analysis of the performance of the monorail at the mine.

underground auxiliary haulage installation in coal mine,diesel-powered flameproof overhead monorail,design and selection

TD524.3

B

张俊卿(1968-),女,1991年毕业于阜新矿业学院,电气工程师,主要从事煤矿设计工作。

(责任编辑 张艳华)