五家沟煤矿井下运输设备选型分析

李 斌

（山西省兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司，山西 晋城 048400）

1 矿井概况

中煤集团山西华昱能源有限公司的五家沟矿井剩余资源储量较少，根据矿井周边资源赋存及归属情况，五家沟矿井扩充井田边界、增补后备资源的机会较小。为延长原五家沟矿井服务年限、合理配置资源，减少建设投资，实现与下属的高山煤整合开采。合并后，五家沟煤矿的生产能力由原来的300 万t/a提升到400 万t/a。由于产量的提升，需要对煤矿井下运输进行重新选型。为了满足经济性原则，需要对现有的井下运输设备进行校验。若满足，则不需要更换，反之，则需要进行更换。

2 主运输输送机的选择

根据矿井设计规模、主斜井井筒提升方式、井田开拓布置及目前国内井下煤炭运输技术装备发展情况，确定井下煤炭运输采用胶带输送机运输方式。胶带输送机运输的优点是运量大，运输系统单一化，管理人员少、事故少、效率高。容易实现集中控制和自动控制；具有连续运输的优越性，有增产潜力，能充分发挥机械化设备的生产能力，确保矿井稳产高产[1-3]。根据开拓巷道布置、运输量和主斜井煤炭提升方式的要求，为了减少运输环节，井下大巷煤炭运输采用带式输送机。井下煤炭主运输设备全部采用带式输送机。工作面顺槽来煤经带式输送机运输至主斜井井底煤仓。带式输送机运量与工作面产量一致。

煤矿已有输送机型号为DTL140/250/2×450。为了节约成本，需要对输送机进行校验。若不满足要求，则进行相应的调整，符合要求的留用。输送机机长L=1 130 m，倾角δ=0.51°，提升高度H=10 m，输送能力Q= 2 294 t/h，原煤松散密度ρ= 950 kg/m3，粒度a= 300 mm，每米胶带机上物料重量qG=103.4 kg/m。采用下带液压绞车张紧。带式输送机的布置如图1 所示。

图1 带式输送机的布置示意图

输送机带宽B=1 400 mm，速度V= 5.0 m/s。承载分支托辊间距a0=1.2 m，回程分支托辊间距aU=3 m，每米上托辊转动部分重量qRO=29.1 kg/m，每米下托辊转动部分重量qRU=10.0 kg/m。运动阻力系数f=0.03；胶面滚筒φ=1 250 mm 驱动，其磨擦系数μ=0.25。上托辊槽角λ=30°，上托辊φ=159 mm，L= 530 mm，轴承为6306/C4。V 形下托辊φ=159 mm，L=1 600 mm，轴承为6306/C4。导料槽长度4 500 mm，输送带为PVG 整芯阻燃抗静电输送带，强度1000 N/mm，每米胶带自重qB=19.9 g/m。

2.1 输送机运输能力校验

输送机的理论运输量可表示为[4]：

式中：Qt为带式输送机理论运输量，t/h；S为输送带上物料的最大横截面积，m2，这里取S=0.179 7 m2；ρ 为原煤松散密度，kg/m3；K为倾斜输送带面积折减系数，这里取K=1；V 为皮带的运输速度，m/s。

将有关参数代入到式（1）中可得：

Qt=3.6×0.1797×5.0×1.0×950

=3 072.8 t/h＞2 294 t/h。

故可以认为皮带输送机的运输能力满足要求。

在实际运输过程中，输送机带宽应该满足下式：

式中：B为输送带的带宽，mm；α为运输物的粒度，mm。将有关参数代入到式（2）中，得到B 最小应为800 mm。这里皮带的宽度为1 400 mm，故可以认为输送带的宽度是满足运输的需求。

2.2 输送机传动功率校验

输送带的传输功率PA与输送带的圆周力Fu满足如下关系：

式中：FH为主要阻力，N；FS1为主要特种阻力，N；FS2为加特种阻力，N；FSt为倾斜阻力，N；μ2为托辊与皮带的摩擦阻力系数。

将一些参数代入到式（4）、（5）和（6）中，可以求得皮带输送机的圆周力= 82 793.6 N。将Fu的值代入到式（3）中，可求得电机的传动功率PA= 315 kW。现在已经有电机的功率为450 kW。故可以认为驱动电机也是满足生产的需要。

2.3 皮带张力的张力校验

1）按不打滑条件：

将有关数据代入到式（7）中，可以计算不打滑所需张力F2(S1)min≥21 560.8 N。

2）按垂度条件：

承载分支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）各特性点张力：

根据不打滑条件，传动滚筒奔离点的张力为21 560.8 N，令S1=21 560.8 N，则各点张力见表1。

表1 皮带输送机张力计算表

4）确定传动滚筒合张力。第一滚筒合张力F1=S10-1+S10= 180 863.0 N；第二滚筒合张力F2=S10-1+S1=93 142.8 N。

2.4 皮带机部件的选型

初选滚筒φ1 250 mm，则传动滚筒最大扭矩为Mmax=FU1D/2 =38.8 kN·m。选用140125.1 型传动滚筒，查表知其许用扭矩40 kN·m，许用合力300 kN。滚筒许用合力、许用扭矩均满足使用要求。经验算已有传动滚筒满足要求。

拉紧采用下带绞车张紧，绞车为ZYL-500 型，最大牵引力100 kN。配用电机功率为7.5 kW，泵站功率为5.5 kW。经验算，已有张紧绞车满足要求。采用PVG 整芯阻燃抗静电带，其安全系数为10～12。n1=Gx×B/Fmax= （1000×1400）/113593.3 = 12.3 ＞10.0，故选用PVG 型整芯阻燃抗静电带，强度1000S满足要求。经验算已有输送带满足要求。

作用于传动滚筒上的逆止力矩M/L=FLD/2000=-5.7 kN·m，负数说明该输送机不会发生逆转，故不用加装逆止器，但为了稳定停车，需加装制动器1 台。作用于高速轴上的制动转矩为5.7/（0.86×20）= 0.33 kN·m。故选用BYWZ5-400/80 型制动器1台，其制动转矩为在（0.63～1.25）kN·m 之间。满足规范要求。经验算已有制动器满足要求。

基本参数：输送机DTL140/250/2×450 型带式输送机，B= 1 400 mm，V= 5.0 m/s，L= 1 130 m，δ= 0.51°，Q= 2 294 t/h。头部φ1 250 mm 胶面滚筒驱动，头部下带绞车拉紧。输送带采用PVG 型整芯阻燃带，强度1000S。减速器ML3PSF130，i=20，2 台。耦合器YOXⅡZ650（水介质），2 台。制动器BYWZ5-400/80，2 台；电动机YBBP450S-4，N =450 kW，2 台。

B 区五盘区主运巷带式输送机机头设10/1.2 kV变配电硐室，该电源引自井下采区变电所10 kV 母线段，硐室内设1 台KBSGZY-2000/10 10/1.2 kV 移动变电站、1 台KJZ-1800/1140-8 矿用隔爆组合开关及2 台BJP-500/1140 矿用隔爆变频装置为该带式输送机进行配电及起动。

胶带机安装一套KHP-1 型监控综合保护装置，用于带式输送机的启、停及保护，具有堆煤、断带、超温、低速、跑偏、烟雾、沿线急停等各种保护装置。直观显示输送机运行速度、各种故障状态，具有声光、语言报警功能。

3 辅助运输方式及设备

矿井采掘设备机械化装备水平较高，矿井全员效率高，辅助运输量小，设计确定大巷辅助运输利用现有无轨胶轮车运输方式，实现矿井自井口到井下各工作地点辅助运输连续化，大大提高矿井辅助运输机械化水平[5]。

材料、设备、人员运输系统如下：地面→胶轮车副斜井→辅运巷→回风顺槽或掘进巷→回采工作面或掘进工作面。矸石运输与材料运输系统相反的方向运出。

无轨胶轮车主要用于辅助运输，由于井下多为煤巷，岩石工程量不大，矸石较少，故选用WqC4J 型无轨胶轮车运输矸石，WqC2J 型无轨胶轮车运输材料、设备，液压支架的运输选用WC40Y 型无轨胶轮车，运送人员选用WrC20/2J 型无轨胶轮车。指挥车选用WqC2J（A）型胶轮车，兼运送人员。各种车辆规格特征见表2。

表2 煤矿井下辅助运输车辆的选择

4 结 论

根据五家沟煤矿井下运输的实际需求，对现有的主运输皮带进行了校验。校验后发现，现有的皮带输送机能满足现有的煤矿开采需求，不要额外的购置皮带输送机。通过对井下辅助运输进行选择，并确定了辅助运输的设备型号。本文可以为煤矿井下运输设备的选型提供一定的参考。