五远煤矿六采区辅助运输系统改造设备选型设计

李建强

（山西源通煤矿工程设计有限公司，山西 太原 030073）

1 采区辅助运输方式选择

五远煤矿4 号煤层六采区位于井田西北部，采区东西倾向大约1.8 km，南北走向大约1.45 km，采区面积约3.14 km2。开采的4 号煤层为厚煤层，平均厚度为6.50 m，煤层倾角0°～12°，平均5°。该采区的北、东、西部为矿井边界，南部为五采区，西南部有村庄（留设保护煤柱）。目前六采区沿井田边界煤柱南北向布置三条采区巷道，分别为4 号煤六采区胶带运输上山、轨道上山和回风上山。

原六采区轨道上山辅助运输采用多部绞车接力运输，运输事故率高，多次影响采区的安全生产；人员步行进入采区，体力消耗大。为了提高本采区辅助运输系统的可靠性和安全性，降低工作人员体力消耗，决定对采区轨道上山辅助运输系统设备进行改造。采区轨道上山沿煤层布置，巷道坡度0°～12°。为了适应井下长距离的辅助运输和巷道起伏不平的特点，结合目前国内井下辅助运输技术装备发展现状和该矿生产技术管理水平，通过综合分析比较，六采区轨道上山辅助运输采用无极绳连续牵引绞车运输方式，人员运送采用架空乘人设备[1-2]。

2 辅助运输设备选型计算

六采区轨道上山设备、材料、矸石的运输采用无极绳连续牵引绞车，轨道上山长度2506 m，高差120 m，设计选用一部无极绳绞车担负辅助运输任务。

2.1 设计依据

（1）运输量：矸石30 车，设备及材料20 车，保健车1 次，炸药、雷管各1 车，其他5 次。

（2）最重件：综采支架ZFS-5600/17/35B 型液压支架，重量为19.3 t（不含平板车重），为重车上坡。

（3）提升容器：运输最大件时采用MPC25-6A型重型平板车（2500 mm×1200 mm×300 mm），平板车自重1500 kg，最大载重量为25 t，每钩1辆平板车；运输矸石时采用MGC1.1-6A 型固定式矿车（2000 mm×880 mm×1150 mm），矿车自重592 kg，每钩挂10 辆矿车；运输设备时采用MPC2-6A 型 平 板 车（2000 mm×880 mm×410 mm），矿车自重464 kg；运输坑木时采用MLC2-6A 型材料车（2000 mm×880 mm×1150 mm），矿车自重494 kg。运输设备和坑木时，每钩矿车数以不超过10 辆矸石车的最大载重量为准。

2.2 设备选型计算

（1）钢丝绳选择

预 选28NAT 6×19S+FC 1570 SZ 型 钢 丝 绳（GB/8918-2006），钢丝绳直径d=28 mm，公称抗拉强度σB=1570 MPa，单位重量Pk=2.82 kg/m，全部钢丝破断力总和Qp=492 kN。

（2）绞车最大牵引力计算

式中：F 为最大载荷，即绞车最大牵引力，kN；ωz为摩擦阻力系数，ωz=0.02；G0为梭车重量，G0=3000 kg；G 为液压支架重量，G=19 300 kg；Gp为平板车重量，Gp=1500 kg；μ 为钢丝绳摩擦阻力系数，μ=0.25；L 为运输距离，L=2506 m；β 为运行线路最大坡度，β=12°。

（3）电机轴功率计算

式中：K 为电机备用系数，K=1.2；v 为牵引最重件时速度，取0.85 m/s；η 为绞车传动效率，0.8。

（4）钢丝绳安全系数验算

① 安全系数验算

选用纤维芯钢丝绳6×19-Ф28，钢丝绳单位重量2.82 kg/m，全部钢丝破断力总和Qp=492 kN，钢丝绳张理论值增加10 kN。

A=5.04 ＞5-0.001L=2.494

式中：A 为安全系数；F 张为钢丝绳张紧力附加。其他符号如前所述，安全系数符合要求。

② 滚筒直径校验

D ≥50 d=1400 mm

（5）选择绞车

选用1 部SQ-120/132P 型无极绳连续牵引车，滚筒直径1600 mm，最大牵引力为120 kN，运行速度为0.85～1.70 m/s。配用电机功率132 kW，电压1140 V，转达速990 rpm，满足要求。

2.3 配电点确定

六采区轨道上山设1140 V 配电点，电源由六采区变电所1140 V 母线段提供，采用KJZ 矿用隔爆真空馈电开关及BPJ 矿用隔爆变频器对无极绳绞车进行配电。

3 人员运输架空乘人设备选型

人员运输架空乘人设备布置在轨道上山中，负责本采区的人员往返运送，设计选用一部架空乘人设备完成采区人员运输任务。

3.1 设计依据

（1）年生产能力An=1.20 Mt/a；

（2）输送距离（斜长）：L=2506 m，尾部至头部倾角（平均）：α=5°；最大倾角：α=12°；

（3）最大班运送人数：121 人，人员重量按95 kg/人计。

3.2 选型计算

（1）主要参数及规定

吊椅间距：λ=12 m；

牵引钢丝绳运行速度：Vm=1.50 m/s；

减速机：MC3RVSF09 型，i=50；

牵引钢丝绳运行阻力系数：动力运行时取ω=0.02；制动运行时取ω '=0.01。

选用钢丝绳为26NAT6×31S ＋IWR1670ZZ型，钢丝绳直径d=26 mm，单位重量Pk=2.57 kg/m，抗拉强度σB=1670 MPa，钢丝绳最小破断拉力QS=457 kN。

（2）牵引钢丝绳张力计算

最小张力点的张力：

式中：C 为钢丝绳挠度系数，C=1000；q0为钢丝绳比重，2.57 kg/m；g=9.8 m/s2。

① 当下放侧无人乘坐而上升侧满员时，线路运行阻力（动力运行状态）：

各点张力：S3=Smin=25.19 kN；S4= 1.01S3=25.42 kN；S1=S4+W4-1=56.30 kN；S2=S3-W2-3=29.43 kN。

式中：q0为钢丝绳比重，2.57 kg/m；Q1为人重，取75 kg，携带重量20 kg；Q2为吊椅重(含抱索器)，15 kg；ω 为钢丝绳运行阻力系数，动力运行时取0.02；α=5°；L=2506 m；Q1+Q2：吊椅及人员质量之和，取110 kg。

② 当下放侧满座且上升侧无人时，线路运行阻力(制动运行状态):

（3）驱动轮防滑校验

当下放侧无人乘坐而上升到满员时，（动力运行状态）

S1-S2＝26.873 kN ＞0

重上空下：S1/S2=1.91 ＜eμα=2.19

重下空上：S2/S1=1.50 ≤eμα=2.19，满足要求。

（4）电动机功率

重上空下：

式中：K 为备用系数，取K=1.20；v 为运输速度，取v=1.50 m/s；η 为机械传动效率，η=0.8。

选用YBBP-315L1-8 型隔爆电动机，电压1140 V，功率90 kW，转速740 r/min，满足要求。

（5）牵引钢丝绳选择

钢丝绳破断力总和：Sk=6×Smax=6×56.30=337.8 kN，钢丝绳选用26NAT6×31S ＋IWR 1670 ZZ 型，钢丝绳最小破断拉力QS=457 kN，满足要求。

4 结语

五远煤矿六采区辅助运输系统改造完成后已经安全运行3 个月，材料运输的事故率下降了80%，辅助运输工作人员减少了60%。采区轨道上山辅助运输设备运行实践表明，辅助运输设备选型合理，辅助运输系统改造后使用无极绳绞车大大提高了采区的辅助运输能力；架空乘人装置的使用极大地节约了井下人员的体力，显著提升采掘作业效率，为本矿创造了良好的社会效益、安全效益和经济效益。