矿井主斜井提升系统选择与选型计算研究

宋大乐

摘要：矿井提升机被称为有矿井咽喉，其运行好坏直接影响井下工作人员的生命安全和整个矿井的生产能力。根据工程实际，对某矿井主斜井提升系统方案进行了选择，并对其主斜井带式输送机进行了选型计算，通过选型计算，从源头上保证设备的安全运行，结论可供类似工程提供借鉴。

关键词：提升系统；选型计算；可靠性

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.30.094

1工程概况

某矿区采场设计规模为800万吨/年矿石，项目分两期建设，其中优先对南区验证工程进行改扩建，扩建后南区生产规模为400万吨/年矿石（53.3万吨/年钾肥）；二期为在北区新建矿山，生产规模为400万吨/年矿石（53.3万吨/年钾肥），最终产品规模为106.6万吨/年钾肥。

矿山开采主要采用井工开采，综合机械化掘采采矿工艺，并辅以炮采采矿工艺。为加快矿区开发进度，增强矿区开发强度，尽快将资源优势转化为经济优势，需对本矿井主斜井提升系统进行改扩建设计。

2矿井主斜井提升系统方案的选择

2.1主斜井工程概况

根据矿井设计生产能力，主井提升需满足4.0Mt/a生产能力的提升要求。主井采用斜井开拓，井口标高+153m，井筒落底标高-56m，斜长863.9米，倾角14°，下部水平段84.9m。

2.2矿井提升方案对比

斜井提升可选用带式输送机、斜井箕斗、串车提升等提升方式，但是斜井箕斗、串车提升的方式无法实现连续运输，且维护麻烦、成本较高。带式输送机提升运行平稳，作业连续，提升能力大，维护成本低，适合本矿井大规模生产的需要。故本矿井主井提升采用带式输送机运输的提升方式。

2.3矿井提升系统简述

井下采区矿物经东翼主运输带式输送机、集中运输巷带式输送机运至主斜井底，由主斜井带式输送机提升至地面，转载进入地面生产系统。该方案运行平稳，作业连续，提升能力大，维护成本低，适合本矿井大规模生产的需要。

3矿井主斜井提升设备选型计算

主斜井提升能力4.0Mt/a，根据設计规范要求，确定主斜井带式输送机提升工作制度按年运行5000小时，不均衡系数取1.2，计算提升能力为：Q=A×K/h，其中Q-带式输送机运输能力，（t/h）；A-年运输能力，A=4000000（t/a）；K-不均衡系数，K=1.2；h-年运行小时数，h=5000（h/a），则Q=4000000×1.2/5000=960t/h，综合确定主斜井带式输送机按1200t/h运输能力进行选型设计。

3.1主斜井带式输送机主要技术设计计算

3.1.1带速、带宽

按带速V=3.15m/s，带宽B=1200mm，35°槽形三托辊，运行堆积角20°校验输送能力k，式中：k—倾斜系数，k=0.91；S—输送带上物料的最大横截面，S=0.16506m2；ρ—物料松散密度；ρ=1700kg/m3；Q=3.6×0.16506×3.15×0.91×1700=2895.54t/h，满足要求。

按物料的最大粒度较核胶带宽度：B2dmax+200=2×300+200=800mm，式中：dmax—物料的最大粒度，mm。由此可以看出，带宽与带速可以满足Q=1200t/h的输送能力。

3.1.2初定设计参数

提升能力Q=1200t/h，输送机下部水平长度75m，上部倾斜长度914.38m，总机长L=989.38m，运行倾角δ=0～14°，上托辊间距a0=1.0m，上托辊槽角35°。下托辊为V型托辊，间距au=3.0m。上下托辊辊径133mm。由于输送机下部和上部的水平长度较短，对设备选型计算结果影响不大，为使计算简便，输送机暂按长度989m，倾角14°来进行选型计算。

3.1.3计算圆周驱动力和传动功率

驱动圆周力：FU=CFH+FS1+FS2+FSt，式中：C=1.09；附加阻力系数；FH=fLg[qR0+qRU+（2qB+qG）]cosδ；输送机的主要阻力；qR0=25kg/m，承载分支托辊每米长旋转部分质量；qRU=6.7，回程分支托辊每米长旋转部分质量；暂定胶带为ST2500钢丝绳芯胶带，其带强为2500N/mm，qB=47.64kg/m，每米长输送带的质量；qG=Q/（3.6v）=1200/（3.6×3.15）=10582kg/m，每米长输送物料的质量g—重力加速度，g=9.81m/s2；f—模拟摩擦系数，f=0.03；L—输送机长度，L=989m；δ—输送机在运行方向的倾斜角；δ=140；v—输送带速度；v=3.15m/s；经计算，FH=66.02kN。

主要特种阻力FS1=Fg1；其中导料槽栏板的摩擦阻力Fg1=1000μ2I2Vρgl/（v2b21）=0.274kN；在本运输带式输送机中μ2—物料与导料槽间的摩擦系数，μ2=07；b1—导料槽两栏板间宽度，b1=10m；l—导料槽栏板长度，l=30m；IV—输送能力；IV=Q/（36ρ）=01307，其它符号同前。经计算，FS1=Fg1=0274kN。

FS2=Fr=∑Apμ3；式中：Fr—输送带清扫器摩擦阻力；A—清扫器与输送带接触面积；A=0015+00225=00375m3，p—清扫器与输送带的压力；p=10×104N/m2，μ3—清扫器与输送带间的摩擦系数；μ3=07，经计算，FS2=028kN。

倾斜阻力FSt=qGHg；H—物料提升高度，H=21417m，其余符号同前，经计算，FSt=22233（kN）。

驱动圆周力：FU=109×6602+0274+028+22233=24233（kN）。传动功率计算：传动滚筒轴功率：PA=FU×v=76334（kW）。

3.1.4电机功率的计算

N=kPA=14×76334=106868（kW），式中：N—电动机总功率，k—电动机功率系数，k=125～14，取k=14，其它符号同前。

3.1.5驱动装置的选择

根据本带式输送机的输送能力、带速、功率等因素，其驱动裝置采用减速器+液粘软启动装置+高压电动机。根据驱动装置的布置，选用双滚筒驱动，传动配比为2：1，配3台500kW的Y2系列高压电动机。配套3台速比为i=355的减速器。

3.1.6输送机胶带张力的计算

输送机正常运行，必须满足以下两个条件：

（1）满足输送带下垂度要求。

为了限制输送带在两组承载托辊间的下垂度，作用在输送带上任意一点的张力必须大于最小张力Fmin。承载分支：Fmin=[a0（qB+qG）g]/[8（h/a）max]=2258（kN），回程分支：Fmin=auqBg/[8（h/a）max]=724（kN），（h/a）max—输送带许用的最大垂度，（h/a）max=001；其它符号同前。

（2）输送带不打滑。

输送带不打滑条件为：S1FUmaxeuα1/（euα1-1）

式中：FUmax=FU/3=24233/3=8077（kN）；驱动滚筒的围包角α1=180°，α2=200°；μ为输送带与传动滚筒的摩擦系数，μ=025。S3=S4=0，时即可满足不打滑条件，但满足胶带不下垂条件必须S3=S4Fmin=2258kN，取S3=S4=23kN。S1=38745kN，SZ=18931kN，S2=9024kN，S1/SZ=38745/18931=205<220，SZ/S2=18931/9024=210<24，上式中：eμα—尤拉系数。

根据以上计算可知，双滚筒驱动时可以满足不打滑要求。输送机胶带的最大张力S1=38745kN，胶带的安全系数M=774。参照2008年12月1日开始实施的《带式输送机工程设计规范》（GB50431-2008），当采用钢丝绳芯胶带时，安全系数可取7～9，所以选用ST2500型钢绳芯胶带满足设计要求。根据传动滚筒传递扭矩及合力要求，选用传动滚筒直径为1430mm。

3.1.7拉紧装置选择

本带式输送机选用ZY-400型自动液压拉紧装置，功率为55kW，拉紧装置布置在机尾。胶带输送机驱动装置均采用高压电机，拉紧装置采用固定带式输送机液压自动拉紧装置，胶带机配备防打滑保护装置、温度保护装置、堆料保护装置、防跑偏保护装置、防撕裂保护装置、双向拉绳开关及可靠的制动、逆止装置等。

3.2矿井主斜井提升设备选型结果

通过计算，主斜井带式输送机主要技术参数为：B=1200mm，Q=1200t/h，V=315m/s，L=98938m，a=0～14～6°，胶带为ST2500型钢绳芯胶带，带强2500N/mm。电机功率：N=4×500kW，带式输送机型号为DTL120/120/4×500S，其中后部驱动滚筒两套驱动互为备用。双滚筒驱动，功率配比2∶1，软启动方式采用液粘软启动装置。

参考文献

[1]李福固.矿井运输与提升[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[2]于励民，仵自连.矿山固定设备选型使用手册[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[3]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：人民出版社，2015.