赵固一矿东三盘区无极绳连续牵引设备选型设计研究

牛春草

摘 要：井下运输是整个矿井生产的关键环节，随着煤炭井下开采技术的进步，无极绳连续牵引设备的应用越来越广泛。根据赵固一矿东三盘区开拓方式及生产实际，对其无极绳连续牵引设备的选型设计进行了研究，以供同行交流与借鉴。

关键词：辅助运输方式；无极绳连续牵引设备；选型设计

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.29.144

1 工程概况

赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓，行政区划隶属辉县市管辖，矿井2014年控制生产能力为4.00Mt/a。目前生产采区为东一盘区和西二盘区，西二盘区布置一个大采高工作面、东一盘区布置一个顶分层工作面。根据矿井采掘接替规划，东一盘区接替盘区为东三盘区，西二盘区接替盘区为北八盘区。其中东三盘区建设规模1.70Mt/a，东三盘区服务年限11.6a。

2 辅助运输方式的选择

煤矿运输是煤炭生产的重要组成部分，在很多矿井已成为制约生产能力提高和机械化升级改造的关键因素。根据运输任务的不同，煤矿运输分为主运输和辅助运输两部分。主运输是指井下煤炭的运输，所谓煤矿辅助运输泛指煤矿生产中除煤炭运输之外的各种运输之总和，主要包括材料设备人员和矸石等的运输，它是整个煤矿运输系统不可或缺的重要组成部分。

本次设计东三盘区生产能力1.7Mt/a、矸石量约3%、材料量约5%、最大班下井人数196人考虑。针对本矿井煤层赋存条件、开拓方式和开采特点，根据国内诸多矿井使用辅助运输系统的经验和实践情况，考虑在东三盘区段胶带运输大巷安装架空乘人装置用于人员的运送；东三盘区段轨道运输大巷和东三盘区段轨道顺槽安装无极绳连续牵引车用于材料的运送。

3 东三盘区段轨道运输大巷和轨道顺槽无极绳连续牵引车的选型计算

3.1 辅助运输方式

东三盘区段轨道运输大巷总斜长2183.8m，倾角0°～11.8°；东三盘区段轨道顺槽斜长1820m，倾角3.1°～4.4°；主要承担采区材料、矸石的运输。由于巷道倾角较小，偏坡点较多，适合采用无极绳连续牵引车作为辅助运输工具。因东三盘区段轨道运输大巷总斜长2183.8m，运距较长，为提高运输效率，采用两台无极绳绞车接力运输，长度分别为1399m和813m。

3.2 辅助运输设备

3.2.1 无极绳连续牵引车运输能力计算

东三盘区段轨道运输大巷斜长1399m段，倾角1.3°～10.3°，无极绳连续牵引车担负矿井的井下辅助运输任务。矸石量为1700000×1.2×3%=61200t/a，材料量为1700000×1.2×5%=102000t/a，最大件运输重量为25000kg，运距：L=1399m，运输线路坡度：1.3°～10.3°，牵引运行速度，取2m/s。工作制度：年工作330d，每天两班运输，每班工作8小时。因材料和矸石均已装好，此时只考虑摘挂钩时间，取T2=3min/车。运输不均衡系数k1=1.2。矸石量每班运量为Q矸石=61200/330/2=92.7t，材料量每班运量为Q材料=102000/330/2=154.5t。

牵引车运行时间计算：井下运距为1399m，牵引车往返一次时间为T=T1+T2，其中，T1为牵引车运行时间，T2为矸石、材料装卸时间，取3min。T1=2×1399/60×2=23.3min；则牵引车一趟运送材料或者矸石总时间为：T=3+23.3=26.3min/车。

由于牵引车在运送矸石到地面后可以装载材料运到井下，同样运送材料到井下后也可以运送矸石到地面，所以可以按照材料量来计算每班的运输任务，即每班每天的运输材料任务为154.5t，矸石任务为92.7t。

（1）运送材料时。

选用6辆1.5吨矿车串车提升。每辆矿车装材料量为1.5t，即：每趟运量为6×1.5=9t，每班可运输次数为：8×60/26.3=18.2次，根据每趟运输时间和运输量则每班可运输量为：9×18=162，162t>154.5t，故采用6辆1.5吨矿车串车单钩运输，可以满足材料运输条件。

（2）运送矸石时。

选用3辆1.5吨矿车串车提升。每辆矿车装矸石量为2.4t，即：每趟运量为3×2.4=7.2t，每班可运输次数为：8×60/26.3=18.2次，根据每趟运输时间和运输量则每班可运输量为：7.2×18=129.6，129.6t>92.7t。故采用3辆1.5吨矿车串车单钩运输，可以满足矸石运输条件。因此，在运送材料时将6辆矿车装满，而运送矸石时只需装满3辆矿车即可满足需要，剩余3辆矿车空车带回。

3.2.2 无极绳牵引车选型计算

东三盘区段轨道已知数据：运输巷道最大坡度10.3°，最大运输重量：25000kg，最大运输距离1399m，采用钢丝绳规格Φ22mm。分别按运送最大件和矿车运送材料时进行计算。

（1）最大件牵引力计算。

根据运输实际情况，重车牵引重量即为串车的重量和梭车重量的总和。

重车总质量m重=25000kg+1500kg=26500kg，梭车重量m梭=1800kg，则牵引重量G重=（m重+m梭）g，其中：G重—（最大件+平板车）牵引重量，N；m重—满载矿车串车总质量，kg；m梭—梭车质量，kg；g—重力加速度，取g=9.8m/s2。经计算得出：G重=277340N

（2）最大牵引钢丝绳重量G绳。

Φ22mm规格钢丝绳，每米质量为m0=1.78kg，则牵引钢丝绳重量G绳=2m0Lg，其中：G绳—最大牵引钢丝绳重量，N；m0—每米钢丝绳质量，kg；L—最大运输距离，m；

g—重力加速度，取g=9.8m/s2。经计算，得出G绳=48858N。

（3）绞车最大牵引力。

①运送材料时，绞车最大牵引力计算公式如下：F1=G材料（0.02cosβ+sinβ）+μG绳

其中：F1—运送材料时绞车最大牵引力，N；G材料—最大牵引重量为（1500+974）×6×9.8，N；β—运输巷道最大坡度，10.3°；G绳—最大牵引钢丝绳重量，N；μ—钢丝绳阻力系数，最大取0.25。经计算，得出：F1=41087.6N。

②运送大件时，绞车最大牵引力计算公式如下：F2=G重（0.02cosβ+sinβ）+μG绳，其中：F2—运送大件时绞车最大牵引力，N；G重—最大牵引重量，N；β—运输巷道最大坡度，10.3°；G绳—最大牵引钢丝绳重量，N；μ—钢丝绳阻力系数，最大取0.25。经计算，得出：F2=67260.9N。

（4）绞车输出功率。

绞车输出功率计算公式如下：P=F*V/η，其中：P—绞车输出功率，W；F—绞车最大牵引力，N；V—运行速度，m/s；η—绞车的传动效率，根据绞车实际情况，取0.80

根据公式分别计算出运送材料和大件时绞车输出功率为：运送材料时：P1=F1*V/η=41087.6×2/0.8=102719W；运送大件时：P2=F2*V/η=67260.9×0.67/0.8=56331W

（5）牵引钢丝绳计算。

Sk=m×Smax，式中：Sk—钢丝绳破断拉力总和；m—钢丝绳的最低安全系数.取m=3.5；Smax—最大牵引力；Sk=3.5×67260.9=235.4kN；因此，选择钢丝绳：6×19-22，其钢丝绳破断拉力总和：251kN，公称抗拉强度1570MPa。

3.2.3 结论

东三盘区段轨道运输大巷1399m段选用SQ-120/132型无极绳连续牵引车，绞车功率132kW，可以满足要求。东三盘区段轨道运输大巷斜长812m段，倾角0°～11.8°；东三盘区段轨道顺槽斜长1820m，倾角3.1°～4.4°，选型计算过程同东三盘区段胶带运输大巷1399m段无极绳绞车，经计算两台SQ-120/132型无极绳连续牵引车，绞车功率132kW，可分别满足东三盘区轨道运输大巷斜长812m段和轨道顺槽要求。

4 结束语

辅助运输具有多样性、复杂性和运输的不均衡性。各种辅助运输方式都有其适用性，具体选择哪种辅助运输方式应根据矿井具体条件，并充分了解各种设备的性能特点、运营维护费用，通过经济、技术比较后再选择合理的辅助运输方式。赵固一矿根据矿井生产条件的变化，及时改造辅助运输系统，达到了辅助运输灵活、快速、安全、高效目的，从而为建成经济、安全、高效的矿井作好了铺垫。