矿井辅助运输设备选型研究

高永红

(山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司,山西 临汾 042103)

1 前言

某矿井设计生产能力90万t/a，设计服务年限13.3年。矿井采用平硐开拓方式，充分利用已有的工业场地和井筒。2号煤层利用2煤生产系统，2煤采用单独布置开采。全矿井划分为两个水平开采，第一水平为2煤层，第二水平为下组9、(9+10)号煤开采。设计2号煤层采用综采一次采全高采煤法，全部垮落法控制顶板，综合机械化开采工艺。移交生产时2号煤层内装备1个综采工作面、2个综掘工作面。

本矿井井下运输大巷原有7部带式输送机相互搭接，完成矿井原煤运输任务，带宽B=1 000mm,运量Q=550t/t,速度V=2.0m/s,其中有5部带式输送机的功率为N=2×55kW、1部带式输送机的功率为N=2×132kW、1部带式输送机的功率为N=2×37kW。

本矿现有一条2号煤层回风大巷，该巷与2号煤层运输大巷平行布置，巷内铺设30kg/m轨道与进风大巷相连接，完成矿井轨道运输。井下轨道运输采用无极绳连续牵引车牵引矿车运输，移交生产时配备各型矿车109辆。

2 辅助运输设备选型

根据矿井开拓及巷道布置特点，井下回风大巷辅助运输采用无极绳连续牵引车。设计利用已有的1部无极绳连续牵引车，完成井下矸石的辅助提升任务。经验算，已有的1部JWB132BJ型无极绳连续牵引车，能够满足辅助运输的需要，绳速0.76～1.89m/s，滚筒直径1 200mm，最大静张力100kN，钢丝绳利用已有的24 6×19S- FC 1670 U ZS型合成纤维芯钢丝绳。配用电动机型号YBK2- 315L1- 4，电压660V，功率132kW。

2.1 设计依据

(1)矿井辅助运输能力：矸石An=900×10%=90kt/a。

(2)运输长度L=1 200+686=1 886m，倾角β=2°～4°，设计取倾角β=4°。

(3)矿井工作制度：年工作日：br=330d；

日工作时：t=10h。

(4)运输方式：无极绳连续牵引车运输。

(5)选用MGC1.1- 6A型1吨固定矿车，名义载重1 000kg，载矸1.8t，1t固定矿车自重592kg。

(6)钢丝绳绳速：V=0.76～1.89m/s。

(7)最大件质量：13.43t。

(8)运送下大件时选用MCP15- 6平板车，自重Gc=1 030kg。

2.2 选型计算及核验

2.2.1 确定矿车数

1)每小时要求的输送量

上运矸石，每小时必须的运输量为[1]

式中：C——运输不均衡系数，1.25。

计算得出Ah为34.1t/h。

2)每次运输的矿车数

1t矿车载矸量1.8t，每小时运输34.1/1.8=18.9辆/h，取19辆/h。

运矸时运行速度1.89m/s，运送大件时运行速度1.0m/s，摘挂钩间隔时间50s，根据轨道巷布置，单轨运输，一次运输循环时间T=L/v+50=711s=0.29h。

每次可用19×0.29=5.51辆矿车，整条线路上挂6辆矿车即可完成辅助运输任务。

2.2.2 无极绳连续牵引车选型验算

巷道采用单轨运输，需运输的最大件质量，包括运输车辆(按液压支架重量整体下放)，G=13.43+1.03=14.43t。

梭车质量G0=1.5t

张力增加系数k=1.05～1.07

钢丝绳摩擦阻力系数μ=0.18

钢丝绳选择(利用已有)：24 6×19S- FC 1670 U ZS型合成纤维芯钢丝绳，直径选用24mm，钢丝绳单位长度重量qR=2.07kg/m，钢丝绳抗拉强度1 670MPa，破断力总和Qs=1.214×317=384.8kN。

1)运行阻力计算

系统运行阻力W=1 000(G+G0)(0.02cosβ+sinβ)g+2μqRgL=26.5kN

重车段运行阻力WL=1 000(G+G0)(0.02cosβ+sinβ)g+qR(0.18cosβ+sinβ)gL=22.3kN

空车段运行阻力WS=qR(0.18cosβ-sinβ)gL=4.2kN

2)牵引绞车选型

根据计算系统运行阻力W和牵引绞车额定牵引力对绞车选型，要求F>W即可。

2.2.3 钢丝绳选择及校验

1)钢丝绳选择

利用已有的24 6×19S- FC 1670 U ZS型合成纤维芯钢丝绳，无级绳连续牵引车原理如图1所示。

图1 无级绳连续牵引车原理图

在无极绳连续牵引车牵引运输时，钢丝绳的最大张力点在4点处，即与牵引绞车摩擦轮的相遇点处的张力S4，由逐点计算式知，为满足摩擦力要求，S4和S1还应满足挠性体摩擦传动的欧拉公式[2]

S4=WL+S3=22.3+S3

S3=kS2=1.05S2

S2=WS+S1=4.2+S1

式中：α——绳轮围包角，取720°，eμα=1.76。

则S4=k(WS+S1)+WL=26.71+1.05S1

同时考虑一定备用摩擦力，防止摩擦轮与牵引钢丝绳之间打滑，则

经计算得出：S1=46.1kN，S2=50.3kN，S3=52.8kN，S4=75.1kN。

2)钢丝绳的强度验算

钢丝绳利用已有24 6×19S- FC 1670 U ZS型合成纤维芯钢丝绳。通过运行阻力和钢丝绳各点张力的计算，可以计算钢丝绳的最大张力值，钢丝绳强度为

2.2.4 驱动轮直径D1及尾轮直径D2的确定

D1≥50d=50×24=1 200mm

D2≥20d=20×24=480mm

选用驱动轮直径D1=1 200mm，尾轮直径D1=650mm。

2.2.5 电机功率计算

电动机安装功率为[3]

式中：η——驱动系统正功率运行时的传动效率，0.95；

V——绳速，0.76m/s和1.89m/s。

因此，可利用已有电动机型号YBK2- 315L1- 4，功率132kW。

3 运输大巷架空乘人器设备

本次设计利用矿方已有的RJHY90- 12/3000型煤矿活动抱索器架空乘人装置，完成运输人员任务。

最大班下井人数99人/班，大巷倾角4°～7°，设计取倾角7°，斜长670+1 000+1 100=2 770m。

3.1 选型验算

1)主要参数及规定

托轮间距：λ1=8m；吊椅间距：λ=12m；

牵引钢丝绳运行速度：Vm=1.2m/s；

牵引钢丝绳运行阻力系数：动力运行时取ω=0.02；

钢丝绳采用厂家配套国标22- NAT- 6×19S+NF- 1670- 267- 178型钢丝绳(纤维芯)，其最小破段拉力总和为：SK=324.1kN

2)人员运输时间

3)牵引钢丝绳张力计算

最小张力点的张力：Smin=Cq0g=17 461.8N。

4)当下放侧无人乘座而上升侧满员时(动力运行状态)

线路运行阻力为

W4-1=[q0+(Q1+Q2)/λ1] ×(ωcosα+sinα)Lg=50 128.2N

W2-3=(q0+Q2/λ1)×(ωcosα-sinα)Lg=-4 929.5N

式中：Q1+Q2——吊椅及人员质量之和，取Q1+Q2=90kg。

S3=Smin=17 461.8N

S4=1.01S3=17 636.4N

S1=S4+W4-1=37 764.6N

S2=S3-W2-3=22 391.3N

3.2 驱动轮防滑校验

重上空下：S1/S2=1.7≤eμα=2.19 (μ=0.25，α=π)

3.3 主要部件选择计算

1)电动机功率

重上空下时系统运行工况最为恶劣，据此计算电机功率。

动力运行时：

Ne=K(S1-S2)×V/1 000/η=27.7kW

式中：K——电动机功率备用系数，取1.2；

η——传动效率，取0.8；

V——钢丝绳运行速度。

本次设计采用厂家配套的YB2型电动机，额定功率90kW，额定电压660V

2)牵引钢丝绳计算

钢丝绳采用厂家配套国标22- NAT- 6×19S+NF- 1670- 267- 178型钢丝绳(纤维芯)，其最小破段拉力总和SK=324.1kN

SK>mSmax=226.8kN

D1=D2=60D=60×20=1 200=D1=D2=1 200，满足规程要求

式中：m——钢丝绳的最低安全系数；

Smax——S1最大张力点张力；

D1——驱动轮直径；

D2——从动轮直径。

3)拉紧行程

Li=0.01L=27.7m

考虑富余系数，最终确定Li=30m。

4)重锤张力

Si=S3+S4=35 098.2N=3 577.8kg

设计采用四滑轮四绳牵引重锤，拉紧重锤重量为Si/8=447kg，最终需配重锤重量为500kg。

经上计算，矿方已有的RJHY90- 12/3000煤矿活动抱索器架空乘人装置能够满足在规定时间内矿上最大班运输人员的要求。

3.3 配电保护及控制

电气控制与保护装置型号为SDDK型电气控制系统，电压660V，此系统由驱动电机的控制开关、制动油泵控制开关(可选QBZ- 80和QBZ- 120)以及乘人装置系统综合保护装置三个部分组成。

为保证架空乘人装置电源的可靠性，两回660V电源引自井下中央变电所660V不同母线段；一回电源停止供电时，另一电源能保证架空乘人装置的全部负荷运行。架空乘人装置与带式输送机之间增加隔板保护。

4 结论

通过研究，矿方已有的RJHY90- 12/3000煤矿活动抱索器架空乘人装置能够满足在规定时间内矿上最大班运输人员的要求。