杜強(qiáng)國
(山西陽煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)有限公司,山西 太原 030400)
隨著我國煤礦機(jī)械化水平的提高,大部分煤礦已經(jīng)采用綜合機(jī)械化采煤法。其中,原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的選型是否合理,是煤礦機(jī)械化程度的標(biāo)志性關(guān)鍵點(diǎn),同時也是關(guān)系到煤礦經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。利用帶式輸送機(jī)利于井下煤炭資源的高效運(yùn)輸,因其具有運(yùn)量大、效率高、成本低、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),在我國井下有著廣泛的應(yīng)用。
原煤經(jīng)工作面采出后,需通過計算設(shè)計選用合理的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至地面煤倉,當(dāng)設(shè)備的運(yùn)輸能力不足時,則會對工作面的正常生產(chǎn)造成影響[1-2]。因此,對井下運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的研究選型,可以為礦井安全高效生產(chǎn)提供重要保障。
山西陽煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)(以下簡稱“南嶺煤礦”)位于太原市清徐縣,南北長約4.1 km、東西長約3.5 km,井田面積9 km2,由原南嶺煤礦和桑樹洼煤礦兼并重組而成。目前礦井內(nèi)可采煤層包括4號、5號、8號和9號煤層,保有資源儲量超過1億t,產(chǎn)能高達(dá)90萬t/a。由于南嶺煤礦在整合后產(chǎn)能有了顯著提升,原有的運(yùn)輸方式及設(shè)備無法滿足當(dāng)前生產(chǎn)的需要,對煤礦的高效安全生產(chǎn)有一定的抑制作用,因此需要針對重組后的南嶺煤礦的煤炭運(yùn)輸方式及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計和選型。
根據(jù)井田開拓部署和礦井規(guī)模,結(jié)合目前國內(nèi)井下煤炭運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展趨勢,采用膠帶輸送機(jī)進(jìn)行原煤運(yùn)輸,具體運(yùn)輸路線設(shè)計為:綜采工作面→順槽膠帶輸送機(jī)→水平膠帶巷膠帶輸送機(jī)→集中膠帶大巷→井底煤倉→主斜井大傾角膠帶輸送機(jī)→地面。
南嶺煤礦完成充足后,原有設(shè)備難以負(fù)擔(dān)全礦產(chǎn)能,特別是集中膠帶大巷部分,將承擔(dān)礦井90萬t/a的原煤運(yùn)輸任務(wù)。該巷道總長度510 m,傾角9°,需要對膠帶機(jī)進(jìn)行選型,并結(jié)合本巷道的特點(diǎn)和采區(qū)運(yùn)輸所需能力進(jìn)行設(shè)計[3]。
輸送機(jī)的驅(qū)動方式主要分為軟啟動和硬啟動兩種方式。硬啟動具有成本低廉安裝簡單的優(yōu)勢,但軟啟動具有高效避震的功能,對井下動應(yīng)力波所產(chǎn)生的震動有著很好的減免效果,可以有效防治波動對帶式輸送機(jī)造成的損害,因此在本次設(shè)計中排除硬啟動方式,選擇軟啟動方案。
根據(jù)巷道布置情況來看,應(yīng)選擇長度較短、角度較小、功耗較低的膠帶輸送機(jī)安裝在大巷中。根據(jù)井下實際情況調(diào)研發(fā)現(xiàn),液力偶合器具有安裝容易、管理簡潔、性價比高的特點(diǎn)。因此在本次設(shè)計中,膠帶輸送機(jī)采用液力偶合器驅(qū)動方式來對輸送機(jī)進(jìn)行啟動。
2.3.1 裝料輸送能力的計算
改造升級后的大巷帶式輸送機(jī),需要對裝料斷面輸送能力進(jìn)行預(yù)算,最大輸送能力Qmax為:
式中:S為輸送帶上物料橫截面積,取0.125 m2;v為帶速,2.5 m/s;α為帶式輸送機(jī)傾角,即巷道傾角,取9°;ρ為物體密度,取0.9 t/m3。
代入數(shù)據(jù)計算得Qmax=911 t/h。
2.3.2 運(yùn)行圓周力的計算
滿載運(yùn)行圓周力Fu的計算:
式中:C為附加阻力系數(shù),取C=1.20;Fh為主要阻力,經(jīng)計算為12 829 N;FS1、FS2、FSt分別為導(dǎo)料槽阻力(285 N)、清掃器阻力(3 600 N)、傾斜阻力(19 280 N)。
代入數(shù)據(jù)計算得Fu=52 300 N。
2.3.3 電機(jī)功率的計算
考慮到設(shè)備的負(fù)載,需要對電機(jī)功率Nd根據(jù)公式(3)進(jìn)行計算:
式中:N0為軸功率,為131 kW;η為總效率,取0.7。
經(jīng)計算Nd=187 kW,因此選電機(jī)功率2×110 kW。
經(jīng)計算,將選取型號DTII的固定帶式輸送機(jī)對南嶺礦原煤進(jìn)行輸運(yùn),該輸送機(jī)為雙滾筒雙電機(jī)驅(qū)動,功率配比1∶1,運(yùn)量最高可達(dá)425 t/h,安裝長度510 m。膠帶選用型號為PVC800S的整芯膠帶具有阻燃、抗靜電的功能,帶寬1 000 mm、帶強(qiáng)800 N/mm、帶速2.5 m/s。
根據(jù)井下部署,對巷道的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和運(yùn)輸方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計與提升,初步路線為:副斜井→井底車場→一水平軌道大巷連續(xù)牽引絞車→順槽小絞車→采掘工作面。
軌道大巷主要用于井下矸石、設(shè)備、材料的運(yùn)輸工作,經(jīng)過研究分析,設(shè)計采用無級繩連續(xù)牽引絞車進(jìn)行物料的提升,具體選型的計算需參考絞車牽引力、鋼絲繩張力、強(qiáng)度等因素。
3.1.1 絞車牽引力的F絞車計算
式中:G為礦車載重,取1800 kg;G0為礦車自重,取600 kg;β為巷道傾角,取8°;qR為鋼絲繩單位質(zhì)量,取1.44 kg/m;a為加速度,取0.2g;L為斜巷運(yùn)輸長度,1 100 m。經(jīng)過計算得F絞車=36 622 N。
3.1.2 絞車電機(jī)功率N絞車的計算
絞車所需電機(jī)功率驗算根據(jù)公式(5)計算:
式中:Vmax為絞車最大運(yùn)行速度,即空載速度,取1.12 m/s;η絞車為絞車傳動效率,取0.9。計算得N絞車=51.9 kW。
3.1.3 運(yùn)輸時效T的計算
絞車運(yùn)輸一個周期的時效主要受運(yùn)行速度和載重的影響,需根據(jù)公式(6)對絞車運(yùn)輸時效進(jìn)行計算:
式中:Vmin為絞車滿載運(yùn)行速度,取0.67 m/s;Vmax為空載速度,取1.12 m/s。經(jīng)計算T=43.7 min。
3.1.4 無極繩連續(xù)牽引絞車的選型
經(jīng)過技術(shù)選型,設(shè)計選用SQ-60/55型礦用無極繩連續(xù)牽引絞車,可以滿足南嶺煤礦井下實際工作,具體參數(shù)如表1所示。
表1 礦用無極繩連續(xù)牽引絞車參數(shù)
針對南嶺煤礦矸石考慮采用1.0 t固定箱式礦車進(jìn)行運(yùn)輸,針對材料、設(shè)備、重物等考慮選用平板車和材料車運(yùn)輸,各類礦車詳細(xì)規(guī)格配備見表2。
表2 各類礦車規(guī)格特征表
對礦車數(shù)量和類型的選用,主要以礦井產(chǎn)能達(dá)到最高點(diǎn)時,地面與井下各地點(diǎn)所需車輛的共和進(jìn)行計算。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本,將對原先車輛進(jìn)行合理安排,并新增部分車型,其中所需1.0 t的固定礦車總計150輛、礦用平板車45輛、材料車45輛、支架平板車25輛,具體參見表3。
表3 礦井達(dá)產(chǎn)時各類礦車數(shù)量
南嶺煤礦在兼并重組之后,產(chǎn)能得到了大幅提升,通過對礦井產(chǎn)能和巷道的設(shè)計研究,決定對大巷運(yùn)輸設(shè)備、提升設(shè)備和車輛進(jìn)行補(bǔ)充選型。
1)運(yùn)輸方面:選取型號DTII的固定帶式輸送機(jī)對南嶺礦原煤進(jìn)行輸運(yùn),最高運(yùn)量可達(dá)425 t/h;膠帶選用型號為PVC800S的整芯膠帶,具有阻燃、抗靜電的功能,帶寬1 000 mm、帶強(qiáng)800 N/mm、帶速2.5 m/s。
2)輔助運(yùn)輸方面:選取功率為55kW的SQ-60/55型礦用無極繩連續(xù)牽引絞車,滿載和回程速度設(shè)定為0.67 m/s和1.12 m/s。
3)礦井車輛配備方面:共設(shè)計需要1.0 t的固定礦車150輛,礦用平板車和材料車各45輛、支架平板車25輛。
實際應(yīng)用表明,所選用的井下運(yùn)輸設(shè)備可以較好地滿足礦井的安全高效生產(chǎn)要求,并可以降低運(yùn)輸成本和勞動強(qiáng)度,減少事故發(fā)生的概率,提高生產(chǎn)效率,值得推廣應(yīng)用。