凯达煤矿井下运输设计特点

张明

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北邯郸 056031）

凯达煤矿井下运输设计特点

张明

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北邯郸 056031）

结合凯达煤矿设计实例，对煤矿井下运输方式和设备进行说明，给出井下带式输送机简要计算，对煤矿相关设计提供参考。

煤矿；井下运输；设备选型

凯达煤矿升级改造矿井建设规模由0.9 Mt/a提高到1.5 Mt/a，净增0.6 Mt/a。矿井地质资源量为190.03 Mt，设计可采储量为108.94 Mt，矿井服务年限为48.4 a。

1 井下运输方式及设备

1.1 运输方式

带式输送机运煤具有运输能力大，能充分发挥综采设备的效能，有利于持续、稳定地实现矿井的安全高效生产；自动化程度高，操作简便，易于实现集中管理，简化生产环节，提高生产效率和保证安全；井底车场可以简化，所需工程量少；运输环节少，占用人员少，主辅运输互不干扰；能适应煤层巷道的起伏变化，结合本矿的条件，升级改造前为带式输送机运输方式，本设计确定主斜井、大巷运输采用带式输送机运输方式。

1.2 运输设备

现有主斜井带式输送机兼作井下大巷带式输送机，接受工作面运输巷带式输送机和掘进巷带式输送机的来煤，矿井扩界后延长原主斜井带式输送机，增加两条大巷带式输送机，接受工作面运输巷带式输送机和掘进巷带式输送机来煤，将煤转载至主斜井带式输送机，将煤运至地面生产系统。

1.3 软驱动形式选择

由于本设计所用带式输送机运距长、运输能力大，为降低起/制动时输送带的动张力，减少起动时对电网的冲击和起动过程中各承力部件的动载荷，延长减速器、电动机等关键部件的使用寿命，实现电机间的功率平衡，应对带式输送机的起/制动加速度进行控制，因此驱动装置必须具有软起动功能[1]。在带式输送机上具有可控起动功能的传动装置主要有变频调速驱动、CST可控起动驱动系统、调速型液力偶合器传动。

防爆变频驱动系统由变频电动机+减速器+防爆变频电控系统组成。变频调速是通过改变定子的供电频率来改变电动机的同步转速，具有设定起动加速度曲线自动跟踪控制、多机功率平衡等功能，能在低速情况下长时间运行，真正提供验带速度，还可根据井下原煤的生产情况相应设定带式输送机的运行速度，运量较小时，可采用较低带速，以减小托辊、输送带磨损和减小电耗[2]。设计采用变频调速驱动系统。

2 井下煤炭运输流程

井下煤炭运输系统工艺设计采用带式输送机。整合改造后主要运输工艺流程：5号煤及6号煤两个工作面来煤分别由运输巷带式输送机转载进入5号煤大巷带式输送机和6号煤大巷带式输送机，5号煤大巷带式输送机来煤通过溜煤眼下给煤机给入6号煤大巷带式输送机，两路煤流混合后，6号煤大巷带式输送机与主斜井带式输送机搭接，经主斜井带式输送机运至主井井口房，运输主要工艺流程，见图1。

3 井下运输设备选型

3.1 煤大巷带式输送机

工作面来煤经运输巷带式输送机转载进入5号煤大巷带式输送机，通过溜煤眼下给煤机给入6号煤大巷带式输送机。5号煤大巷带式输送机全长1 500 m，提升高-10 m。考虑和5号煤工作面顺槽带宽一致，5号煤大巷带式输送机带宽采用1 000 mm。5号煤大巷带式输送机主要技术特征，如表1所示。

1）原始数据：输送带每米质量qB=18 kg/m；输送带上每米物料质量qG=35 kg/m。

输送机上托辊每米旋转质量qRO=10.2 kg/m；输送机下托辊每米旋转质量qRU=3.5 kg/m；模拟摩擦系数f=0.028；附加阻力系数C=1.06；传动滚筒与胶带间摩擦系数μ=0.3；传动滚筒围包角α=195°；起动系数KA=1.5。

2）装料断面输送能力：

式中：S为输送带上物料横截面积，0.112 7 m2；V为输送机带速，1.6 m/s；k为输送机倾角系数，1；ρ为物料输送密度，850 kg/m3。

3）圆周驱动力和传动功率计算[3]：以全程有载工况进行设计选型计算。经计算，主要阻力FH= 34 762 N；倾斜阻力Fst=-3 406 N；特种主要阻力FS1=259 N；特种附加阻力FS2=3 000 N；故圆周力

式中：PA为轴功率，PA=59 kW；η为输送总功率，η= 0.857.

4）各特性点张力及胶带安全系数校核：各特性点张力计算结果，经胶带传动不打滑及输送带垂度计算，最终以胶带传动不打滑确定S2；传动滚筒松边张力S2=30 928 N；满载运行工况胶带最大张力（传动滚筒趋入点处）S1=67 629 N；尾部改向滚筒处胶带张力S3=S4=7 758 N；胶带安全系数m=BST/S1= 1 000x1 000/67 629=14.8[4]，满足要求。

5）本机不存在逆止工况，制动器用于紧急事故制动，正常情况是在自然停车后再上闸。本设计以模拟摩擦系数f=0.012时，满足满载制动不打滑及制动减速度aZ≤0.3 m/s2作为制动器选型依据。

6）带式输送机拉紧装置设于带式输送机头传动滚筒绕出边附近，拉紧力FL=2S2=61.856 kN。采用ZYL500J型自控液压拉紧装置，拉紧力35～80 kN，满足要求。

3.2 6号煤大巷带式输送机

工作面来煤经运输巷带式输送机转载进入6号煤大巷带式输送机，5号煤大巷带式输送机来煤通过溜煤眼下给煤机给入6号煤大巷带式输送机，两路煤流混合后，6号煤大巷带式输送机运至主斜井带式输送机。设计采用一条带式输送机先铺设到前期长度，再根据生产需要延伸到后期长度，前期采用一套驱动，后期采用三套驱动。6号煤大巷带式输送机主要技术特征，如表2所示。

1）原始数据：输送带每米质量qB=33.9 kg/m（前期18 kg/m）；输送带上每米物料质量qG=70.55 kg/m；输送机上托辊每米旋转质量qRO=15.75 kg/m；输送机下托辊每米旋转质量qRU=6.07 kg/m；模拟摩擦系数f=0.028；附加阻力系数C=1.04（前期1.11）；传动滚筒与胶带间摩擦系数μ=0.3；传动滚筒围包角α= 195°；起动系数KA=1.3。

2）装料断面输送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x0.112 7 x3.15x1x850=1 086 t/h.

式中：S为输送带上物料横截面积，0.1 127 m2；k为输送机倾角系数，1；V为输送机带两速，1.6 m/s；ρ为物料输送密度，850 kg/m3。

3）圆周驱动力和传动功率计算：设计以全程有载工况进行设计选型计算。经计算，主要阻力FH= 142 845 N（前期29 970 N）；倾斜阻力Fst=-20 763 N（前期-5 883 N）；特种主要阻力FS1=1 077 N；特种附加阻力FS2=3 000 N；故圆周力FU=CxFH+ FSt+FS1+FS2=1.04x142 845-20 763+1 077+3 000= 131 873 N（前期31 461 N）.

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

式中：PA为轴功率，415 kW；η为输送总效率，η= 0.814.

4）各特性点张力及胶带安全系数校核：各特性点张力计算结果如下，经胶带传动不打滑及输送带垂度计算，最终以胶带传动不打滑确定S2，传动滚筒松边张力S2=32 104 N（前期22 977 N）；满载运行工况胶带最大张力（传动滚筒趋入点处）S1= 163 977 N（前期54 438 N）；尾部改向滚筒处胶带张力S3=S4=85 728 N（前期13 030 N）；胶带安全系数m=BxST/S1=1 000x1 600/163 977=9.76（前期18.4），满足要求。

5）本机不存在逆止工况，制动器用于紧急事故制动，正常情况是在自然停车后再上闸。本设计以模拟摩擦系数f=0.012时，满足满载制动不打滑及制动减速度aZ≤0.3 m/s2作为制动器选型依据。

6）带式输送机拉紧装置设于带式输送机头传动滚筒绕出边附近，拉紧力：FL=2S2=64.208 kN（前期45.954 kN）

采用ZYL500J型自控液压拉紧装置，拉紧力35～80 kN，满足要求。

4 主斜井提升设备

整合改造后主斜井带式输送机延伸至后期长度，接受大巷带式输送机来煤并将煤运至地面主斜井井口房。主斜井带式输送机主要技术特征，如表3所示。

1）原始数据：输送带每米质量qB=33.9 kg/m；输送带上每米物料质量qG=70.55 kg/m；输送机上托辊每米旋转质量qRO=15.75 kg/m；输送机下托辊每米旋转质量qRU=6.07 kg/m；模拟摩擦系数fRO=0.026；附加阻力系数C=1.04。传动滚筒围包角α=195°；起动系数KA=1.3；各角度斜长6°（斜长320 391）、3°（斜长417 55）、-3‰（斜长408 822）、-3°（斜长50 838）、-6°（斜长235 083）、近水平（斜长1 670 111）

2）装料断面输送能力：Qmax=3.6SVkρ=3.6x 0.1127x3.15x0.98x850=1 065 t/h.

式中：S为输送带上物料横截面积，S=0.112 7 m2；V为输送机带速V=1.6 m/s；k为输送机倾角系数，k= 0.98；ρ为物料输送密度，ρ=850 kg/m3.

3）圆周驱动力和传动功率计算：全程有载情况下驱动圆周力，主要阻力FH=120 135 N；倾斜阻力Fst=2 976 N；特种主要阻力FS1=1 077 N；特种附加阻力FS2=2 400 N；故圆周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2= 1.04x120 135+2 976+1 077+2 400=131 393 N.

提升段有载下运段无载情况下驱动圆周力，主要阻力FH=114 994 N；倾斜阻力Fst=24 199 N；特种主要阻力FS1=1 077 N；特种附加阻力FS2=2 400 N；故圆周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x114 994+ 24 199+1 077+2 400=147 270 N.

提升段无载下运段有载情况下驱动圆周力:按下运工况取模拟摩擦系数取0.012计算如下:主要阻力FH=35 195 N；倾斜阻力Fst=-18 668 N；特种主要阻力FS1=1 077 N特种附加阻力FS2=2 400 N；故圆周力FU=CFH+FSt+FS1+FS2=1.04x35 195-18 668+ 1 077+2 400=21 412 N.

经以上计算主斜井带式输送机圆周驱动力最大值为147 270 N，轴功率PA=FUV/1000=147 270x 3.15/1 000=464 kW，需电机功率PM=PA/η=464/ （0.96x0.94x0.95x0.95）=570 kW.

式中：PA为轴功率，464 kW；η为输送总效率，η= 0.814.

各特性点张力及胶带安全系数校核：经胶带传动不打滑及输送带垂度计算，最终以胶带传动不打滑确定S2，传动滚筒松边张力S2=47 981 N；满载运行工况胶带最大张力（传动滚筒趋入点处）S1=195 251 N；尾部改向滚筒处胶带张力S3=S4=81 189 N.

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

本机不存在逆止工况，制动器用于紧急事故制动，正常情况是在自然停车后再上闸。本设计以模拟摩擦系数f=0.012时，满足满载制动不打滑及制动减速度aZ≤0.3 m/s2作为制动器选型依据。

带式输送机拉紧装置设于带式输送机头传动滚筒绕出边附近。

拉紧力：FL=2S2=95.962 kN；采用ZLY-01-130型自控液压拉紧装置，拉紧力60～130 kN。

5 结束语

煤矿井下运输方式的确定应针对不同布置和工况，采取不同的运输方式和设备，达到生产运行合理和降低投资，因此需要在实践中不断摸索和改进，确定最佳方式。

[1]毛君.带式输送机启动特性和可控启动技术[J].矿山机械，2004(2):19-22.

[2]白霄.榆家梁煤矿主斜井带式输送机设计优化与创新[J].煤矿机械，2002(7):37-38.

[3]北京起重运输机械研究所.DTⅡ(A)型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[4]中国煤炭建设协会.带式输送机工程设计规范(GB50431-2008)[S].北京：计划出版社，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

（编辑：薄小玲）

2015-01-03

张明（1982-），男，河北邯郸人，大学本科，工程师，从事矿井和选煤厂设计工作。