牛春草

摘 要：井下運輸是整個礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著煤炭井下開采技術(shù)的進步，無極繩連續(xù)牽引設備的應用越來越廣泛。根據(jù)趙固一礦東三盤區(qū)開拓方式及生產(chǎn)實際，對其無極繩連續(xù)牽引設備的選型設計進行了研究，以供同行交流與借鑒。

關(guān)鍵詞：輔助運輸方式；無極繩連續(xù)牽引設備；選型設計

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.29.144

1 工程概況

趙固一礦位于焦作煤田東部、太行山南麓，行政區(qū)劃隸屬輝縣市管轄，礦井2014年控制生產(chǎn)能力為4.00Mt/a。目前生產(chǎn)采區(qū)為東一盤區(qū)和西二盤區(qū)，西二盤區(qū)布置一個大采高工作面、東一盤區(qū)布置一個頂分層工作面。根據(jù)礦井采掘接替規(guī)劃，東一盤區(qū)接替盤區(qū)為東三盤區(qū)，西二盤區(qū)接替盤區(qū)為北八盤區(qū)。其中東三盤區(qū)建設規(guī)模1.70Mt/a，東三盤區(qū)服務年限11.6a。

2 輔助運輸方式的選擇

煤礦運輸是煤炭生產(chǎn)的重要組成部分，在很多礦井已成為制約生產(chǎn)能力提高和機械化升級改造的關(guān)鍵因素。根據(jù)運輸任務的不同，煤礦運輸分為主運輸和輔助運輸兩部分。主運輸是指井下煤炭的運輸，所謂煤礦輔助運輸泛指煤礦生產(chǎn)中除煤炭運輸之外的各種運輸之總和，主要包括材料設備人員和矸石等的運輸，它是整個煤礦運輸系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。

本次設計東三盤區(qū)生產(chǎn)能力1.7Mt/a、矸石量約3%、材料量約5%、最大班下井人數(shù)196人考慮。針對本礦井煤層賦存條件、開拓方式和開采特點，根據(jù)國內(nèi)諸多礦井使用輔助運輸系統(tǒng)的經(jīng)驗和實踐情況，考慮在東三盤區(qū)段膠帶運輸大巷安裝架空乘人裝置用于人員的運送；東三盤區(qū)段軌道運輸大巷和東三盤區(qū)段軌道順槽安裝無極繩連續(xù)牽引車用于材料的運送。

3 東三盤區(qū)段軌道運輸大巷和軌道順槽無極繩連續(xù)牽引車的選型計算

3.1 輔助運輸方式

東三盤區(qū)段軌道運輸大巷總斜長2183.8m，傾角0°～11.8°；東三盤區(qū)段軌道順槽斜長1820m，傾角3.1°～4.4°；主要承擔采區(qū)材料、矸石的運輸。由于巷道傾角較小，偏坡點較多，適合采用無極繩連續(xù)牽引車作為輔助運輸工具。因東三盤區(qū)段軌道運輸大巷總斜長2183.8m，運距較長，為提高運輸效率，采用兩臺無極繩絞車接力運輸，長度分別為1399m和813m。

3.2 輔助運輸設備

3.2.1 無極繩連續(xù)牽引車運輸能力計算

東三盤區(qū)段軌道運輸大巷斜長1399m段，傾角1.3°～10.3°，無極繩連續(xù)牽引車擔負礦井的井下輔助運輸任務。矸石量為1700000×1.2×3%=61200t/a，材料量為1700000×1.2×5%=102000t/a，最大件運輸重量為25000kg，運距：L=1399m，運輸線路坡度：1.3°～10.3°，牽引運行速度，取2m/s。工作制度：年工作330d，每天兩班運輸，每班工作8小時。因材料和矸石均已裝好，此時只考慮摘掛鉤時間，取T2=3min/車。運輸不均衡系數(shù)k1=1.2。矸石量每班運量為Q矸石=61200/330/2=92.7t，材料量每班運量為Q材料=102000/330/2=154.5t。

牽引車運行時間計算：井下運距為1399m，牽引車往返一次時間為T=T1+T2，其中，T1為牽引車運行時間，T2為矸石、材料裝卸時間，取3min。T1=2×1399/60×2=23.3min；則牽引車一趟運送材料或者矸石總時間為：T=3+23.3=26.3min/車。

由于牽引車在運送矸石到地面后可以裝載材料運到井下，同樣運送材料到井下后也可以運送矸石到地面，所以可以按照材料量來計算每班的運輸任務，即每班每天的運輸材料任務為154.5t，矸石任務為92.7t。

（1）運送材料時。

選用6輛1.5噸礦車串車提升。每輛礦車裝材料量為1.5t，即：每趟運量為6×1.5=9t，每班可運輸次數(shù)為：8×60/26.3=18.2次，根據(jù)每趟運輸時間和運輸量則每班可運輸量為：9×18=162，162t>154.5t，故采用6輛1.5噸礦車串車單鉤運輸，可以滿足材料運輸條件。

（2）運送矸石時。

選用3輛1.5噸礦車串車提升。每輛礦車裝矸石量為2.4t，即：每趟運量為3×2.4=7.2t，每班可運輸次數(shù)為：8×60/26.3=18.2次，根據(jù)每趟運輸時間和運輸量則每班可運輸量為：7.2×18=129.6，129.6t>92.7t。故采用3輛1.5噸礦車串車單鉤運輸，可以滿足矸石運輸條件。因此，在運送材料時將6輛礦車裝滿，而運送矸石時只需裝滿3輛礦車即可滿足需要，剩余3輛礦車空車帶回。

3.2.2 無極繩牽引車選型計算

東三盤區(qū)段軌道已知數(shù)據(jù)：運輸巷道最大坡度10.3°，最大運輸重量：25000kg，最大運輸距離1399m，采用鋼絲繩規(guī)格Φ22mm。分別按運送最大件和礦車運送材料時進行計算。

（1）最大件牽引力計算。

根據(jù)運輸實際情況，重車牽引重量即為串車的重量和梭車重量的總和。

重車總質(zhì)量m重=25000kg+1500kg=26500kg，梭車重量m梭=1800kg，則牽引重量G重=（m重+m梭）g，其中：G重—（最大件+平板車）牽引重量，N；m重—滿載礦車串車總質(zhì)量，kg；m梭—梭車質(zhì)量，kg；g—重力加速度，取g=9.8m/s2。經(jīng)計算得出：G重=277340N

（2）最大牽引鋼絲繩重量G繩。

Φ22mm規(guī)格鋼絲繩，每米質(zhì)量為m0=1.78kg，則牽引鋼絲繩重量G繩=2m0Lg，其中：G繩—最大牽引鋼絲繩重量，N；m0—每米鋼絲繩質(zhì)量，kg；L—最大運輸距離，m；

g—重力加速度，取g=9.8m/s2。經(jīng)計算，得出G繩=48858N。

（3）絞車最大牽引力。

①運送材料時，絞車最大牽引力計算公式如下：F1=G材料（0.02cosβ+sinβ）+μG繩

其中：F1—運送材料時絞車最大牽引力，N；G材料—最大牽引重量為（1500+974）×6×9.8，N；β—運輸巷道最大坡度，10.3°；G繩—最大牽引鋼絲繩重量，N；μ—鋼絲繩阻力系數(shù)，最大取0.25。經(jīng)計算，得出：F1=41087.6N。

②運送大件時，絞車最大牽引力計算公式如下：F2=G重（0.02cosβ+sinβ）+μG繩，其中：F2—運送大件時絞車最大牽引力，N；G重—最大牽引重量，N；β—運輸巷道最大坡度，10.3°；G繩—最大牽引鋼絲繩重量，N；μ—鋼絲繩阻力系數(shù)，最大取0.25。經(jīng)計算，得出：F2=67260.9N。

（4）絞車輸出功率。

絞車輸出功率計算公式如下：P=F*V/η，其中：P—絞車輸出功率，W；F—絞車最大牽引力，N；V—運行速度，m/s；η—絞車的傳動效率，根據(jù)絞車實際情況，取0.80

根據(jù)公式分別計算出運送材料和大件時絞車輸出功率為：運送材料時：P1=F1*V/η=41087.6×2/0.8=102719W；運送大件時：P2=F2*V/η=67260.9×0.67/0.8=56331W

（5）牽引鋼絲繩計算。

Sk=m×Smax，式中：Sk—鋼絲繩破斷拉力總和；m—鋼絲繩的最低安全系數(shù).取m=3.5；Smax—最大牽引力；Sk=3.5×67260.9=235.4kN；因此，選擇鋼絲繩：6×19-22，其鋼絲繩破斷拉力總和：251kN，公稱抗拉強度1570MPa。

3.2.3 結(jié)論

東三盤區(qū)段軌道運輸大巷1399m段選用SQ-120/132型無極繩連續(xù)牽引車，絞車功率132kW，可以滿足要求。東三盤區(qū)段軌道運輸大巷斜長812m段，傾角0°～11.8°；東三盤區(qū)段軌道順槽斜長1820m，傾角3.1°～4.4°，選型計算過程同東三盤區(qū)段膠帶運輸大巷1399m段無極繩絞車，經(jīng)計算兩臺SQ-120/132型無極繩連續(xù)牽引車，絞車功率132kW，可分別滿足東三盤區(qū)軌道運輸大巷斜長812m段和軌道順槽要求。

4 結(jié)束語

輔助運輸具有多樣性、復雜性和運輸?shù)牟痪庑?。各種輔助運輸方式都有其適用性，具體選擇哪種輔助運輸方式應根據(jù)礦井具體條件，并充分了解各種設備的性能特點、運營維護費用，通過經(jīng)濟、技術(shù)比較后再選擇合理的輔助運輸方式。趙固一礦根據(jù)礦井生產(chǎn)條件的變化，及時改造輔助運輸系統(tǒng)，達到了輔助運輸靈活、快速、安全、高效目的，從而為建成經(jīng)濟、安全、高效的礦井作好了鋪墊。