大型主立井定量带式输送机装载选型设计

张 捷

（阳煤华鑫电气有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

目前，斜井或立井开拓是煤矿主要采用的开拓方式，斜井开拓一般适用于埋藏深度较浅且水文地质构造相对简单的煤体，而对于埋藏深度较大或地质构造复杂煤体的开采需选取立井开拓。根据《煤炭安全规程》规定，以立井开拓开采井田，特别是以大型、多绳摩擦作为提升的主立井要求选取定量装载的箕斗作为提升方式。定量输送机装载和定量斗装载是我国煤矿主立井箕斗井底装载的主要方式。其中定量输送机装载在具体应用中可分为：定量板式输送机和定量带式输送机[1-2]。笔者针对大型主立井定量带式输送机进行装载选型设计。

1 主立井井底装载方式

1.1 两种井底装载方式的特点分析

定量斗装载具有广泛的适用性，国内应用主立井箕斗井底装载的煤矿一般选用此种装载方式，其为直立仓式装载。定量输送机装载能有效减少装载硐室的空间，因此在岩性较差的矿井也可应用，其为卧式计量。两种井底装载方式的具体优势见表1。

1.2 定量输送机装载

表1 两种井底装载方式的特点

定量输送机装载方式与定量斗装载相比应用较少，主要应用于情况较为特殊的矿井。比如原煤黏度较大，若采用定量斗装载会导致严重的黏煤现象，出现过装或欠装的频率大大增加。从经济投入与技术难度的方面考虑，优先考虑采用定量输送机装载作为装载方式。定量板式输送机装载方式与定量带式输送机装载方式相比，具有抗冲击力较强、性能更稳定和装载精度更高等优势。但由于我国制造相关设备的技术相对落后，导致元件容易出现磨损，需频繁更换元件，而国外进口价格过高等因素导致了定量板式输送机装载方式的推广停滞不前。定量带式运输机既能满足定量装载的需求，还能较好地降低元件的磨损率，减少维护量。在实际生产中一般采取带式输送机滚动托辊替换链轮、链板和链条结构的方法，这种改进能降低驱动功率，而且变速用时短，造成的冲击更小。我国相关厂家通过研究改进，较好地避免了带式输送机机械成本高的缺点[3]。

2 定量带式输送机装载工艺

2.1 布置形式

定量带式输送机装载包括三部分：位于井底煤仓下口的带式给料机、定量带式输送机和分岔中部槽。定量带式输送装载机的布置方式如下页图1所示。

2.2 装载流程

位于井底煤仓下口的带式给料机将来自井底煤仓的原煤转移至定量带式输送机上，原煤在定量带式输送机上被低速输送。在输送机上设有称重传感器，一旦运输的原煤质量超过预定值时，控制系统就会关闭给料机。当箕斗到位信号传输到定量带式输送机的控制器上时，输送机由低速转换为高速将煤装到箕斗。在箕斗装煤完成后，通过控制系统使定量带式输送机又由高速转换为低速，并且启动给料机开始新一轮的装煤工序[4]。

图1 定量带式输送装载机的布置方式

3 定量带式输送机选型计算

3.1 项目概况

以某煤矿作为研究对象。该煤矿的设计年生产量为12 Mt，开拓方式为全立井。井筒直径为9.6 m，井筒断面面积为72.4 m2。箕斗的额定载重为45 t，配有两对。与之配套有2台直径为5 m的多绳摩擦提升机。为符合煤矿矿井设计要求，在主立井装载处和西翼带式输送机大塔搭接处各建有一个容量为3 000 t的煤仓，以用于缓冲装载和缓冲主运输系统的原煤输送。

箕斗的提升高度为685.95 m，提升速度为13.09 m/s，加速度为 0.7 m/s，提升用时 T1为 74.4 s，停止时间T2为45 s，完成一次循环用时T3为119.4 s。主立井井筒中心与井底煤仓间距S为52 m。

3.2 选型设计

3.2.1 基本参数选取

结合箕斗和装载溜槽的尺寸，选择长度为46 m的装载带式输送机。由于输送机接料和机尾张紧装置占用较大空间，所以给料点与卸载滚筒之间的实际运输距离为41 m。

初步将定量带式输送机的实际运输距离L设为33 m，以保证定量输送机装载系统在装载过程中保持运转。设定原煤的净堆积角为40°，在煤流的顶端增设1 m的堆煤区，此时的煤流顶端距卸载滚筒7 m。

根据箕斗额定载重和定量带式输送机的实际运输距离可计算出定量带式输送机上单位长度的原煤质量为1.37 t，设定原煤的密度为0.9 t/m3，则单位长度的原煤体积为1.52 m3。根据相关运输机的设计规范，选择托辊规格为直径159 mm，间距200 mm的“一”字平托辊高槽箱。根据现场测定的煤样，在保证输送机处于变速时不出现滑料的情况下，规定槽箱内的原煤堆积高度应小于1 m。输送机的带宽选择2 000 mm，则有效宽度为1 800 mm，堆煤高度为845 mm。

输送机的最低速度计算公式为：

式中：v1为低速运转下输送机速度，m/s。

考虑实际运行中需留一定的时间进行系统调试，以保障系统完全运行，设定T1为60 s。通过计算得v1=0.55 m/s。

输送机的最高速度计算公式为：

式中：v2为高速运转下输送机速度，m/s。

考虑实际运行中变速需要一定的时间，设定T2为22 s。通过计算得v2=1.5 m/s。带式输送机工程设计规范中规定：输送机的最大加速度小于0.3 m/s2，长度超过500 m的带式输送机最大加速度小于0.2 m/s2。考虑选用的是“一”字平托辊高槽箱定量带式输送机，因此确定定量带式输送机的加速度为0.15 m/s2。

3.2.2 功率计算

根据大海则煤矿的实际情况以及通过计算验证输送机的最低、最高输送速度可以计算得出输送机在两种速度运行状态下的原煤输送能力[5]。

输送机在低、高速运行状态下的输送能力计算公式为：

式中：Q1、Q2分别为输送机低、高速运行状态下的输送量，t/h；S为输送带上堆积原煤的截面积，m2；γ为倾斜系数，取1；ρ为原煤的密度，取0.9 kg/m3。

通过计算得出：带式输送机的低速状态下输送量为2 708 t/h，高速状态下输送量为7 287 t/h。参考相关输送机设计规范可得该输送机的实际功率P为189 kW。由于实际工作的需要，选择1.4的安全系数以保证电机的运行安全，因此电动机的额定功率为280 kW[6]。

4 结语

原煤的定量转载是主立井生产系统的一个重要环节，通过分析影响定量带式输送机装载系统设计计算各种因素，配套提升系统确定合理定量输送机设备选型，可以使其在有限的生产投入条件下实现最大的生产效益。