黄玉川 第3章 大巷运输及设备.docx
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黄玉川第3章大巷运输及设备
第三章大巷运输及设备
3.1运输方式选择
3.1.1煤炭运输方式选择
根据矿井的开拓部署，矿井达产时装备2个综采工作面和3个连续采煤机工作面。
4号煤层设计生产能力为4.00Mt/a，6上煤层设计生产能力为6.00Mt/a。
本井为水平大巷开拓，生产能力较大，出煤点集中，出煤连续。
参照我国高产高效矿井煤炭运输使用现状和发展趋势，结合本井的特点，设计确定井下大巷煤炭运输方式采用带式输送机运输，这种方式可实现采掘工作面运出的煤炭直接转入大巷带式输送机，由井底煤仓经主斜井带式输送机运至地面。
井下采用带式输送机运输煤炭，有以下优点：
1．可以实现从采煤、掘进地点到地面的连续运输，不需要倒装，主运输系统简单、管理方便。
2．井下运输大巷布置在煤层中，运输大巷最大坡度不超过3°，带式输送机较其它运输方式，更适应煤层的起伏、坡度变化和局部坡度变化大的要求。
3．易于实现生产自动化管理和集中控制，可以充分发挥设备效能，达到用人少、效率高。
4．带式输送机运输，适应生产集中、开采强度大、运量高的要求，且适应产量波动变化，增产潜力大，更有利于保证矿井高产、稳产和增产。
由此可见，特大型矿井、近水平煤层带式输送机运输煤炭具有其它运输工具不可代替的优点，因此，本矿井大巷煤炭运输采用带式输送机运输方式。
3.1.2井下主运输系统
井下大巷主运输采用带式输送机输送。
4号煤工作面顺槽带式输送机来煤，经一水平运输大巷带式输送机卸至井底煤仓，然后由主斜井带式输送机输送到地面。
6上煤工作面顺槽带式输送机来煤，经二水平运输大巷带式输送机输送卸至井底煤仓，然后由主斜井带式输送机输送到地面。
大巷运输系统输送能力的确定：
大巷带式输送机的输送能力应与工作面的生产能力相匹配，根据工作面的装备及煤层赋存情况，确定一水平4号煤层和二水平6上煤运输大巷带式输送机的输送能力是2200t/h。
后期（四、五十年后）当矿井生产全部转到二水平时，其带式输送机的输送能力将改造到3500t/h。
3.1.3辅助运输方式选择
根据本矿井煤层赋存条件、开拓方式和开采特点，结合国内诸多矿井（特别是神东矿区）使用辅助运输系统的经验和实践情况，设计本矿井辅助运输系统选用运输速度快，占用人员少，机动灵活，可实现从地面至采掘工作面一条龙连续运输的无轨胶轮车运输方式。
由于副立井采用特制罐笼提升的布置方式，无轨胶轮车可直接上下井，故矿井辅助运输系统比较简单，矿井物料、设备及井下人员均可经无轨胶轮车直接从地面直达采煤工作面或掘进工作面。
掘进工作面产生的少量矸石可直接装入无轨胶轮车经辅助运输巷、副立井运至地面，后期也可弃至井下废巷，实现矸石不出井。
3.1.4运输巷道布置形式
本矿井运输大巷均布置在煤层中，为保证运输和通风安全的需要，巷道采用矩形断面布置形式，锚喷加锚索支护方式，辅助运输大巷需铺设200mm以上厚的混凝土路面，使无轨胶轮车能够安全运行。
3.2井下主运输设备选型
3.2.1大巷煤炭运输设备选型
本矿共装备2条大巷带式输送机，分别位于4煤大巷和6上煤大巷内。
计算选型如下：
3.2.1.14号煤层大巷带式输送机
1．设计依据
运输量：
Q=2200t/h
带式运输机长度：
L=3960m
倾角：
α=0.636～-2.9425°
原煤松散密度：
ρ＝1000kg/m3
2．选型计算
（1）带宽计算
查表选：
带宽B=1400mm、带速v=4m/s、托辊槽角γ=35°时，
得输送能力Q0＝3072t/h，
故选取B=1400mm的带宽能满足要求。
（2）运行阻力计算
预选钢丝绳芯阻燃胶带带强为St2000，则
每米胶带质量qG=53.20kg/m
每米输送物料质量qB=Q/（3.6×V）=152.78kg/m
每米承载辊转动质量qRo=29.10kg/m
每米回程辊转动质量qRU=10.85kg/m
模拟摩擦系数f=0.030
传动滚筒与胶带间摩擦系数μ＝0.30
计算得：
1）主要阻力FH=253010.52N
2）特种主要阻力FN=16531.1N
3）特种附加阻力FS=4626.63N
（3）满载运行时传动滚筒的总圆周力P=FH+FN+FS=274168.25N
（4）满载运行时传动滚筒轴功率PA=PV/1000=1095.95kW
（5）满载运行时电动机总功率PZ=PA/0.84=1304.7kW
（6）输送带张力计算
带式输送机采用头部双滚筒传动，功率配比2：
1。
第一传动滚筒的围包角α1＝170°，第二传动滚筒围包角α2＝200°。
设FA1、FA2分别为第一和第二传动滚筒圆周力，F1、F1-2和F2分别为第一和第二传动滚筒处的输送带绕入点和绕出点的张力，F3、F4分别为尾轮处的输送带张力，FA为起动状态传动滚筒圆周力。
其中FA=FU×KA，其中KA为启动系数，取值KA=1.25,得：
第一传动滚筒上圆周力FA1=（2/3）FA＝200924.72N
第二传动滚筒上圆周力FA2=（1/3）FA＝100462.36N
设第二传动滚筒eμα2值用足时，则：
F2＝FA2/（eμα2－1）＝54358.59N
F1＝FA＋F2＝328346.84N
F1-2＝F2＋FA2＝154820.95N
F1/F1-2≤eμα1
F1-2/F2≤eμα2
故按不打滑条件验算，张力满足要求。
再按垂度条件验算上、下分支最小张力：
F上min=g（qG+qB）×aU/（8×0.01）=30309.63N
F下min=g（qG+qB）×aO/（8×0.01）=19570.95N
由F上min=30309.63N计算F1=345479.62N
最后计算输送带的安全系数：
nA=B×St/F1=8.17（7）制动力矩计算
倾斜阻力Fst=HgqG=－102448.19N
主要阻力FH=CfLg（qRO+qRU+（2qB+qG））COSδ=0N
制动力矩Mnz=（Fst-FH）D/2=-64030.12N.m
制动器额定制动力矩M=1.5Mnz=-96045.18N.m
4号煤层大巷带式输送机主要技术参数见表3.2-1。
表3.2-14号煤层大巷带式输送机主要技术参数表
序号
名称
单位
数值
备注
1
运输量
t/h
2200
2
运输物料
原煤
3
运输物料容重
t/m3
1
4
速度
m/s
4
5
输送机长度
m
3960
6
输送机倾角
0.636～-2.9425°
7
电动机
型号
YB450-4
功率
kW
500
数量
台
3
8
驱动装置
型号
CST630KS-24.50
数量
台
3
9
胶带
宽度
mm
1400
阻燃、抗撕裂
带强
N/mm
St2000
3.2.1.26上煤大巷带式输送机
1．设计依据
运输量：
Q=2200t/h
带式运输机长度：
L=3721m
倾角：
α=－2.9425～0°
原煤松散密度：
ρ＝1000kg/m3
2．选型计算
（1）带宽计算
查表选：
带宽B=1400mm、带速v=4m/s、托辊槽角γ=35°时，
得输送能力Q0＝3072t/h，
故选取B=1400mm的带宽能满足要求。
（2）运行阻力计算
预选钢丝绳芯阻燃胶带带强为St2000，则
每米胶带质量qG=53.20kg/m
每米输送物料质量qB=Q/（3.6×V）=152.78kg/m
每米承载辊转动质量qRo=29.10kg/m
每米回程辊转动质量qRU=10.85kg/m
模拟摩擦系数f=0.030
传动滚筒与胶带间摩擦系数μ＝0.30
计算得：
1）主要阻力FH=340599N
2）倾斜阻力Fst＝-78843.03N
3）特种主要阻力FN=15401.95N
4）特种附加阻力FS=4626.63N
（3）满载运行时传动滚筒的总圆周力P=FH+FN+FS=281784.56N
（4）满载运行时传动滚筒轴功率PA=PV/1000=1127.14kW
（5）满载运行时电动机总功率PZ=PA/0.84=1341.83kW
（6）输送带张力计算
带式输送机采用头部双滚筒传动，功率配比2：
1。
第一传动滚筒的围包角α1＝170°，第二传动滚筒围包角α2＝200°。
设FA1、FA2分别为第一和第二传动滚筒圆周力，F1、F1-2和F2分别为第一和第二传动滚筒处的输送带绕入点和绕出点的张力，F3、F4分别为尾轮处的输送带张力，FA为起动状态传动滚筒圆周力。
其中FA=FU×KA，其中KA为启动系数，取值KA=1.25,得：
第一传动滚筒上圆周力FA1=（2/3）FA＝206642.00N
第二传动滚筒上圆周力FA2=（1/3）FA＝103321.00N
设第二传动滚筒eμα2值用足时，则：
F2＝FA2/（eμα2－1）＝55905.35N
F1＝FA＋F2＝337689.91N
F1-2＝F2＋FA2＝159662.36N
F1/F1-2≤eμα1
F1-2/F2≤eμα2
故按不打滑条件验算，张力满足要求。
再按垂度条件验算上、下分支最小张力：
F上min=g（qG+qB）×aU/（8×0.01）=30309.63N
F下min=g（qG+qB）×aO/（8×0.01）=19570.95N
由F上min=30309.63N计算F1=348653.87N
最后计算输送带的安全系数：
nA=B×St/F1=8.037（7）制动力矩计算
倾斜阻力Fst=HgqG=－72193.86N
主要阻力FH=CfLg（qRO+qRU+（2qB+qG））COSδ=4753.75N
制动力矩Mnz=（Fst-FH）D/2=-48092.25N.m
制动器额定制动力矩M=1.5Mnz=-72138.38N.m
6上煤层大巷带式输送机主要技术参数见表3.2-2。
表3.2-26上煤大巷带式输送机主要技术参数表
序号
名称
单位
数值
备注
1
运输量
t/h
2200
2
运输物料
原煤
3
运输物料容重
t/m3
1
4
速度
m/s
4
5
输送机长度
m
3721
6
输送机倾角
－2.9425～0°
7
电动机
型号
YB450-4
功率
kW
500
数量
台
3
8
驱动装置
型号
CST630KS-24.50
数量
台
3
9
胶带
宽度
mm
1400
阻燃、抗撕裂
带强
N/mm
St2000
3.3井下辅助运输设备选型
3.3.1设计依据
矿井投产时井下布置一个4号煤层综采工作面和一个6上煤层综采工作面两个回采面，3个连续采煤机掘进面满足生产需要，矿井设计生产能力10.00Mt/a。
连续采煤机掘进工作面设计进度1500m/月，设计年工作日330d，每天三班生产，一班检修，每班运输时间>5h。
煤层生产区域的大巷、顺槽均为全煤巷连续采煤机掘进、锚喷支护，为满足运输需要，辅助运输大巷铺设混凝土路面，厚度200mm。
根据矿井达产后的巷道布置、支护方式、采掘工作面进度和接续安排，矿井辅助运输工作量主要是人员、材料（锚杆、钢筋梯、钢带、钢丝网、混凝土、坑木等）、矸石、器材、综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机设备等。
工作面按搬家期7天，且两个工作面不会同时搬家考虑；为错开运输高峰，考虑工作面安装和搬家与大巷铺底错开，且每天运输4班；人员运输考虑以各采掘工作面人员、风墙砌筑人员、巷修铺底人员一次运到位为基础，兼顾其它固定工作点的人员运输。
3.3.2无轨胶轮车设备选型
根据国内外诸多矿井使用辅助运输系统的经验和实践情况，本矿井设计选用的无轨胶轮运输设备均以防爆低污染柴油机为动力，配置不同型号的无轨胶轮车，以满足不同吨位、不同运输对象的要求。
根据国内外各种车型的技术性能和功能的分析比较，本设计无轨胶轮车设备采取进口设备与国产设备相结合的方式，力求以最少的投资和运行费用，达到高效、安全、经济、合理的目标。
对于重型无轨胶轮车运输设备（支架及大件设备搬运车）、多功能车、特种车辆等，考虑到国内生产技术不成熟，设计选用进口设备，而部分常规的通用车辆，设计采用国产设备。
1．人员运输车辆选择
井下采掘工作面共5个，回采工作面最大班人数13人/面，连采机掘进面人数10人/面；加上其他人员；井下最大班人员合计为97人。
为节省路途时间，提高工效，所有采掘人员必须一次运送到位，考虑到人员运输车运输时间短、使用次数少，且国内常州煤研所、煤科院太原分院等国内科研及生产厂家已有成熟产品，并在国内寺河等多个矿井有成功使用的先例，故从尽量减小车辆外形尺寸以满足不需分拆直接进出罐笼的需要及降低投资方面考虑，选取WCQ-3CR型21座无轨胶轮人车6辆。
此外考虑其他辅助人员如地测人员等以及检查人员运送和轻型货物（如爆破材料、检修备件等）的运输，选取WQC-3C型无轨胶轮客货车3辆。
WCQ-3CR型无轨胶轮人车主要性能及参数如下：
额定载人数：
21人；
发动机：
50kW（FB4105A）；
爬坡能力：
14°；
最大速度：
38km/h；
离地间隙：
220mm；
转弯半径：
7000mm；
外形尺寸（长×宽×高）：
5500×1800×2200mm；
机车自重：
4.4t。
WCQ-3C型无轨胶轮客货车主要性能及参数如下：
额定载重：
3t；
发动机：
75kW（CKS6108FB）；
爬坡能力：
14°；
最大速度：
73km/h；
离地间隙：
220mm；
转弯半径：
7500mm；
外形尺寸（长×宽×高）：
5500×2063×2250mm；
机车自重：
5t。
2．支架及大件设备运输车辆选择
参考国内外经验，为实现采煤工作面快速搬家，保持车辆正常循环的需要，选用FBL-40型支架铲运车满足液压支架、连采机等大件的运输。
该车除可运输支架、采煤机、泵站、机头等整件大型设备并协助安装外，也可搬运其它重物料。
根据采煤工作面设备配置，大采高综采工作面液压支架为143架，工作面搬家时间按7天计算，每天3班作业，铲运车重载速度6.7km/h，空车速度20.8km/h，经计算，需配备支架铲运车3辆。
FBL－40型支架铲运车性能及参数如下：
动力装置：
Caterpillar3126型，195kW；
最大载重量：
40t（着力点距铲叉臂600mm）；
适应巷道角度：
纵向14.5°，横向14.5°
绞车：
200kN，齿轮马达；
车重：
42t；
车速：
水平路面最大20km/h，满载理想速度11.5km/h；
转弯半径：
内3.155m，外6.62m
外形尺寸：
长9314mm，宽3107mm，高1900~2150mm；
3．物料及普通设备运输车辆选择
矿井正常生产时为每日两班运输，根据运量，按每车净载重3t考虑，每班运输的车次数量如表3.3-1。
表3.3-1物料及普通设备运输数量表
名称
单位
数量
支护材料
车/班
20
铺底材料
车/班
4
风墙砌筑材料
车/班
3
坑木
车/班
1
其它设备
车/班
4
合计
车/班
32
由表中可知，矿井普通辅助运输量为32车/班。
考虑井下每班净运输时间5小时，根据初期单程最大平均运距5937m（副立井井底至采煤工作面）、重车行车速度18km/h，空车行车速度26km/h，井下卸载及等车时间20min/次计算，副立井每循环提升时间为6min，地面装车及运行时间为20min，经计算每班每车可往返3.5次，每班需无轨胶轮车10辆，因该车为井下主要运输车辆，按设备维修、备用4辆考虑。
据此选取WCQ-3BI型多用途车14辆。
WCQ-3BI型无轨胶轮车性能及参数如下：
额定载重：
3t；
最大载重：
5t；
发动机：
50kW（FB4105A）；
爬坡能力：
14°；
最大速度：
26km/h；
离地间隙：
280mm；
转弯半径：
6000mm；
外形尺寸（长×宽×高）：
6000×1900×2000mm；
机车自重：
6.5t。
4．矸石排卸车数量计算：
矿井矸石主要为掘进盘区联络巷、风桥及盘区硐室等岩石巷道、半煤岩巷道或冒顶等特殊情况下所产生。
根据采掘工作面的进度安排，并结合本矿井的具体情况，矿井矸石量按矿井产量的0.5%计算，设计采用WCQ-3BI型无轨胶轮车运输矸石，该车载重为5.0t，每班需运输矸石10车。
按矿井掘进工作面与副立井井口的距离，计算矿井每天需矸石运输车3辆。
5．材料铲运车
为解决掘进工作面的短途物料设备运送、巷道清理，并协助进行巷道铺底和掘进工作面小型设备运输及安装，为掘进工作面配备EIMCOED10LHD型多功能铲车3辆。
EIMCOED10LHD型多功能叉车性能及参数如下：
动力装置：
卡特皮勒3126型柴油发动机；
转向方式：
中央铰接，左右40度转向；
载重量：
（铲斗）8700kg；
（铲叉）10000kg；
标准斗容：
3.1m3；
车重：
22900kg;
工作/驻车/紧急制动：
4轮制动，油浸，全封闭式制动器，弹簧制动，液压解除，蓄能器保压。
为满足大件上下井的需要，配备特制胶轮平板车4辆，要求平板车载重达到33t。
所选辅助运输设备见表3.3-2。
井下辅助运输车辆一览表
表3.3-2
序号
车辆名称
车辆型号
数量（辆）
备 注
1
胶轮人员运输车
WCQ-3CR
6
井下人员运输
2
轻便客货车
WCQ-3C
3
其它辅助人员及轻型货物运输
3
支架搬运车
FBL-40
3
支架及大件设备运输
4
小型多用途车
WCQ-3BI
17
普通设备、材料、矸石运输
5
材料铲运车
EIMCOED10LHD
3
材料短途运输
6
特制胶轮平板车
4
井上下各2辆
本矿井无轨胶轮车辅助运输系统配备了简易信号闭锁装置，具有敌对进路联锁和信号机联锁等一般“信、集、闭”的基本闭锁功能，在井底车场、错车道等处，设有信号机，对无轨胶轮车运输进行指挥调度，保障运输安全。
需要说明的是，上述辅助运输车辆是以矿井投产时为基础计算的，将来随着盘区的接替和运输距离的不断加大，需增加车辆数量以满足矿井运输需要。
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