第3章大巷运输及设备.docx

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第3章大巷运输及设备

第三章大巷运输及设备

第一节运输方式的选择

一、煤炭及辅助运输方式的选择

（一）井下煤炭运输方式选择

井下煤炭运输有带式输送机运输和矿车运输二种可选方式。

本矿井设计生产能力1.80Mt/a，主斜井采用皮带运输，采区下山均沿煤层布置，巷道底板起伏较大，不宜采用轨道运输方式，宜采用带式输送机运输。

带式输送机运输具有环节简单、连续性强、运输能力大、比矿车运输节省人力、自动化程度高、安全、高效，易于实现自动控制等优点，而且矿井目前即采用带式输送机运输，并积累了一定的使用和管理经验。

因此，设计确定井下煤炭运输仍采用带式输送机运输方式。

（二）井下辅助运输方式的选择

1、运输现状

运料由副斜井绞车运到井底车场，由5t蓄电池机车运至东、西水平大巷，由采区各部绞车（JD－11.4、JD－25）运至工作面。

其中西轨道巷分五段安设七部绞车，第一部为JD－25型，其余六部均为JD－11.4型，其中有两段由于坡度小于5°而采用两部绞车对拉；东翼材料巷安设三部JD－11.4型绞车；四采区轨道下山分四段安设四部绞车，第一部绞车型号为JD－25型，其余三部均为JD－11.4型；1503轨道上山分两段安设两部JD－25型调度绞车。

绞车接力运输，运输环节多，运输能力低，占用人员多，安全隐患多，管理复杂。

2、运输方式选择

井下辅助运输主要是材料、设备的运送和矸石的提升等，运量较小。

从巷道布置及矿井辅助运输现状来看，除950运输大巷为水平巷道外，西轨道巷、下组煤轨道巷坡度均较大，而采区轨道下山均沿煤层布置，巷道坡度随煤层底板起伏，限制了电机车和普通绞车的使用，据此，设计确定井下辅助运输方式如下：

（1）大巷辅助运输方式

由于+950运输大巷运距较短，约为600m，运量较小，设计确定大巷辅助运输仍采用蓄电池电机车牵引1t矿车运输方式。

经验算，矿井现用的2台5t蓄电池电机车能够满足运输要求。

（2）西轨道巷、下组煤轨道巷及轨道下山辅助运输方式

西轨道巷在矿井机械化升级改造投产后，要担负运送大件设备的任务，现在的调度绞车接力运输方式，不仅占用人力多，不安全，管理不便，而且，经验算，其能力亦不能满足要求，因此，西轨道巷辅助运输改用无极绳连续牵引车运输方式。

15号煤轨道巷亦担负运送大件设备的任务，设计亦采用无极绳连续牵引车运输方式。

采区轨道下山均沿煤层布置，巷道坡度随煤层底板起伏，设计亦采用无极绳连续牵引车运输方式。

无极绳连续牵引车适应煤层起伏变化及水平拐弯能力强，是一种适用于长距离、大倾角、多变坡、大吨位工况条件的普通运输方式。

一般运输距离在800～2000m，最大可达2500m，巷道的最大坡度可达25°，水平弯道拐弯角度可达90°。

其牵引力有40KN、60KN、90KN三种，载重可达20t以上。

近年来，在河北金能集团东庞矿、邢东矿、葛泉矿、显德汪矿，峰峰集团万年矿、九龙矿、梧桐庄矿，兖矿集团东滩矿、开滦集团范各庄矿，山西离柳集团朱家店矿，新汶集团翟镇矿、协庄矿等局矿得到了广泛应用，取得了较好的经济效益。

二、主要运输巷道断面、支护方式、坡度及钢轨型号

根据矿井辅助运输的需要，结合运输巷道现有断面情况，确定对现有部分巷道进行扩砌，并更换钢轨型号：

1、副井井底至东大巷段车场巷道，断面规格由3.2×2.3m扩大为4.2×3.7m，锚喷支护，扩砌长度140m，铺轨型号由18kg/m改为30kg/m。

2、井底车场绕道，断面规格由2.1×2.7m扩为4.2×3.7m，锚喷支护，扩砌长度320m，铺轨型号由18kg/m改为30kg/m。

3、西轨道巷部分扩砌，断面规格由3.4×3m扩为4.5×3.85m，锚喷支护，扩砌长度495m，铺轨型号由18kg/m改为30kg/m。

4、15煤轨道巷（新掘），断面规格4.5×3.85m，锚喷，铺轨型号30kg/m。

5、采区轨道下山，规格为4.5×3.5m，矩形，锚网喷支护，铺轨型号30kg/m。

主要巷道断面特征见表4－3－1。

第二节矿车

一、矿车选型

1t固定箱式矿车型号为MGC1.1－6，1t材料车型号为MC1－6A，3t材料车型号为MC3－6B，1t平板车型号为MP1－6A，3t平板车型号为MP3－6，20t平板车型号为MP20－6。

二、矿车数量

各类矿车数量以矿井达到设计生产能力时井上、下各用车地点，按排列法计算。

矿车数量见表3－2－1，矿车特征见表3－2－2。

第三节运输设备选型

一、煤炭运输设备选型

本次机械化升级改造后矿井产量为1.80Mt/a，主采9号煤和15号煤，产量分配为9号煤1.30Mt/a，15号煤0.50Mt/a。

井下主要运输设备为上组煤下山带式输送机和下组煤下山带式输送机。

（一）上组煤皮带下山带式输送机

上组煤皮带下山总长度2315m，其中前段长度515m为-3°（下运）,后段长度1800m为10°（上运），初期铺设带式输送机长度515m（-3°），服务期限约10年。

矿车使用排列表

表3－2－1

序号

矿车类型

矿车型号

使用地点

矿车数量（辆）

备注

1

1t固定箱式矿车

MGC1.1－6

副井井筒运行

6

副井井底车场

20

大巷运输

16

掘进工作面

8

水仓清理

4

副井井口车场

15

材料场

8

其他

8

小计

89

备用及检修

9

使用量的10%

合计

97

2

1t材料车

MC1－6A

15

3

3t材料车

MC3－6B

10

4

1t平板车

MP1－6A

15

5

3t平板车

MPC3－6

20

6

18t平板车

MPC18－6

20

总计

177

矿车特征表

表3－2－2

矿车名称

型号

容积（m3）

载重（t）

外形尺寸（㎜）

轨距（㎜）

轴距（㎜）

自重（㎏）

长

宽

高

1t固定箱式矿车

MGC1.1－6

1.1

1

2000

800

1150

600

550

610

1t材料车

MC1－6A

1

2000

800

1150

600

550

494

3t材料车

MC3－6B

3

2400

1050

1200

600

750

564

1t平板车

MP1－6A

1

2000

880

1150

600

550

464

3t平板车

MPC3－6

3

2400

1050

415

600

1100

530

18t平板车

MPC18－6

18

2900

1300

298

600

1100

1050

为合理设置运输设备，减少投资，节约能源及利于后期接续，经多方案比选，本设计认为初期铺设带式输送机长度515m（－3°），原煤卸入上组煤煤仓，矸石向前25m卸入上组煤矸石仓。

根据巷道坡度，依输送机工况以后可延长至850m，考虑后期巷道开拓延伸，后段长度1490m（10°）（上运），后期另铺设一条上运带式输送机与前期带式输送机搭接运输。

1、设计依据

输送能力：

Q=820t/h

输送机长度：

L=540m（850）

提升高度：

H=-27（26.83）m

倾角：

β=－3°（10°）

2、选型计算

（1）输送机主要参数确定

带速：

V=3.15m/s

带宽：

B=

=0.89mm取B=1000mm

（2）设计计算

根据输送机的布置，按前后期分别计算，前期输送长度L=540m，后期输送长度L=850m，输入原始数据用计算机计进行优化设计。

输送机计算简图

工况一：

初期长度L=540m全段满载；

工况二：

后期长度L=850m全段满载；

工况三：

后期长度L=850m，上运（长度L=310m，倾角β=10°）段满载，下运（长度L=540m，倾角β=3°）段空载，阻力系数ω=0.012）。

①、原始参数及计算结果

见表3－3－1。

上组煤下山带式输送机技术参数

表3－3－1

序号

名称

单位

输入参数

序号

名称

单位

输出参数

初期

后期

工况一

工况二

工况三

1

输送能力

t/h

820

1

物料载荷

N/m

723

2

松散容重

t/m3

0.95

2

胶带载荷

N/m

230

250

3

动堆积角

°

25

3

上托辊载荷

N/m

183

4

带宽

mm

1000

4

下托辊载荷

N/m

56.7

5

带速

m/s

3.15

5

胶带最大张力

kN

26（空载））

104

110

6

机长

m

540

850

6

胶带最小张力

kN

12（空载）

38

44

7

倾角

度

－3°

7

安全系数

26

9.6

9

8

提升高度

m

－27

26.83

8

计算轴功率

kW

44（空载）

177

204

9

托辊阻力系数

0.03

9

传动效率

0.91

0.91

0.91

10

传动滚筒围包角

度

210

10

传动滚筒直径

mm

800

800

800

11

滚筒摩擦系数

0.30

11

计算电机功率

kW

58（空载）

233

257

12

功率配比

12

选定电动机功率

kW

132

2×132

2×132

13

电机功率储备系数

1.2～1.15

13

减速器型号、速比

B3SH10i=20

14

上托辊间距

m

1.2

14

低速轴制动力力矩

Nm

1140

－10

－1613

15

下托辊间距

m

3

15

胶带规格

680

1000

1000

②、张力计算（后期）

见表3－3－2。

输送机各段张力、阻力表

表3－3－2

序号

满载逐点张力

满载各段阻力

字符标志

各段名称

特征参数

1

45797

400

O

30度该向滚筒

2

46197

400

S

180度该向滚筒

3

46597

400

P

拉紧滚筒

4

46997

400

S

180度该向滚筒

5

57695

10698

B

下支空载段

515，27

6

46615

-11081

B

下支空载段

310，－53.83

7

47015

400

S

180度该向滚筒

8

110152

63137

A

上支承载段

310，53.83

9

110097

-55

C

上支空载段

515，－27

10

111097

1000

K

弹簧清扫器

11

111497

400

S

180度该向滚筒

12

43997

400

T

单出轴传动滚筒

210

13

44906

909

A

上支承载段

25，0

14

45406

400

S

180度该向滚筒

15

45797

391

C

上支空载段

25，0

③、输送机安全校验

依据GB50431-2008《带式输送机工程设计规范》第9.6.1和9.6.3条为防止下运输送机发生飞车，应设置液压制动器。

单个制动器应满足系统所需力炬。

逆转力矩按最不利工况计算，（上分支倾斜段满载，阻力系数ω=0.012），计算出系统逆转力矩=－1613Nm。

预选液压推杆制动器BYWZ5－400/121[M]=1000Nm

折算到低速轴制动力矩:

[M]×i/1.5=1000×20/（1.5～2）=133333～10000Nm

式中[M]——额定制动力矩=1000Nm

I——减速比=20

低速轴制动力矩＞系统逆转力矩满足要求。

④、输送机动态计算

根据系统惯性自动计算的满载起制动加速度时间和距离。

当电动机直接启动、制动器直接投入，输送机的加减速度为：

起动加速度a=.288m/s<[a]=0.3起动时间t=10.921s；

制动加速度a=.366m/s>[a]=0.3制动时间t=8.593s。

3、选型结果

输送机初后期主要技术参数如下：

输送机代号：

DTⅡ（A）10080；

运量：

Q=820t/h；

带宽：

B=1000mm；

带速：

V=3.15m/s；

机长：

L=540（后期850）m；

整芯阻燃运输带：

PVG680/1×1000（PVG1250/1×1000）900m（后期1750m）；

电动机：

YB355M-4N=132kWV=660V一台（后期二台）；

减速机：

B3SH10+风扇i=20一台（后期二台）；

电液推杆制动器BYWZ5-400/121[M]=1000Nm一台（后期二台）；

液压拉紧装置：

ZYL400（DYL-4/80）一台（装在头部）。

高速轴连轴器初期为弹性注销连轴器，后期改为调速型液力偶合器或液粘软启动装置；传动滚筒均为双出轴，一端接驱动装置另一端后期再接驱动装置。

（二）下组煤皮带下山带式输送机

下组煤皮带下山总长度2100m，其中前段长度560m为3°（上运），后段长度1540m为10°（下运），初期铺设带式输送机长度380m（3°），服务期限约10年。

为合理设置运输设备，减少投资，节约能源以及利于后期接续，经多方案比选，本设计认为初期铺设带式输送机长度380m（3°），根据据巷道坡度，依输送机工况以后可延长至1100m，考虑后期巷道开拓延伸，后段长度1000m（－10°）（下运），后期另铺设一条下运带式输送机与前期带式输送机搭接运输。

1、设计依据

输送能力：

Q=285t/h；

输送机长度：

L=380（后期1100）m；

提升高度：

H=20（－73.8）m；

倾　　角：

β=3°（－10°）。

2、选型计算

（1）输送机主要参数确定

带速：

V=2.5m/s

带宽：

B=

=0.645mm取B=800mm

（2）输送机工况分析

据输送机的布置，分别按以下四种工况进行计算，用计算机计进行优化设计。

输送机计算简图

工况一：

上运长度L=560m全段满载；

工况二：

后期长度L=1100m全段满载；

工况三：

后期长度L=1100m；

上运（长度L=560m，倾角β=3°）段空载，下运（长度L=540m，倾角β=10°）段满载，阻力系数ω=0.012。

工况四：

后期长度L=1100m；

上运（长度L=560m，倾角β=3°）段满载，下运（长度L=540m，倾角β=10°）段空载，阻力系数ω=0.012。

①、原始参数及计算结果

见表3－3－3。

下组煤下山带式输送机技术参数

表3－3－3

序号

名称

单位

输入参数

序号

名称

单位

输出参数

工况一

工况二

工况三

工况四

1

输送能力

t/h

285

1

物料载荷

N/m

316

2

松散容重

t/m3

0.95

2

胶带载荷

N/m

191

3

动堆积角

°

25

3

上托辊载荷

N/m

112

4

带宽

mm

800

4

下托辊载荷

N/m

40

5

带速

m/s

2.5

5

胶带最大张力

kN

45

46

46

46

6

机长

m

380（800）

6

胶带最小张力

kN

17

8

8

18

7

倾角

度

3°（3～－10°）

7

安全系数

12

12.2

12

12

8

提升高度

m

20（-5.6）

8

计算轴功率

kW

67

48

47

68

9

托辊阻力系数

0.03

9

传动效率

0.87

0.87

10

传动滚筒围包角

度

210

10

计算电机功率

kW

92

83.6

66

94

11

滚筒摩擦系数

0.30

11

选定电机功率

kW

132

12

动力工况

电动运行

12

传动滚筒直径

mm

800

13

电机功率储备系数

1.2

13

减速器型号速比

B3SH10i=25

14

上托辊间距

m

1.2

14

低速轴制动力矩

Nm

190

1000

1000

-900

15

下托辊间距

m

3

15

胶带强度

N/mm

680

680

注：

工况三为发电动运行，电机功率储备系数=1.5

②、张力计算

输送机的工况较复杂，胶带最大张力较小，故不再赘述。

③、输送机安全校验

依据GB50431-2008《带式输送机工程设计规范》第9.6.1和9.6.3条为防止上运输送机发生逆转，应装设置制动装置器和逆止装置器。

每台制动器或逆止应满足系统所需逆转力炬。

逆转力矩按以上四种工况计算，计算出最大制动（逆转）力矩=1000Nm。

预选液压推杆制动器BYWZ5-400/121[M]=1000Nm

折算到低速轴制动力矩:

[M]×i/（1.5～2）=1000×25/（1.5～2）=16666～12500Nm

式中[M]——额定制动力矩（1000Nm）

I——减速比（25）

低速轴制动力矩〉系统逆转力矩满足要求。

后期预选液压盘式制动器SHI201。

④、输送机动态计算（后期）

根据系统惯性自动计算的满载起制动加速度时间和距离。

当电动机直接启动、制动器直接投入，输送机的加减速度为：

起动加速度a=0.231m/s<[a]=0.3起动时间t=10.793s；

制动加速度a=0.195m/s<[a]=0.3制动时间t=12.809s。

3、选型结果

输送机主要技术参数如下：

输送机代号：

DTⅡ（A）80100；

运量：

Q=285t/h；

带宽：

B=800mm；

带速：

V=2.5m/s；

机长：

L=380（后期1100）m；

整芯阻燃运输带：

PVG680/1×800　800m（后期2250）；

电动机：

YB355M-4N=132kWV=660V一台；

减速机：

B3SH10+风扇+逆止器i=25一台；

电液推杆制动器：

BYWZ5-400/121[M]=1000Nm一台；

液压拉紧装置：

ZYL400（DYL-4/80）一台。

二、辅助运输设备选型

根据矿井工艺布置，井下辅助运输设备选用KWGP型无极绳牵引连续牵引车。

（一）9号煤辅助运输设备选型

1、设计依据

（1）运输距离：

L=1514m；

（2）巷道倾角：

2°～5°；

（3）工作制度：

330d/a、16h/d；

（4）最大班运输量

矸石：

35车/班；

材料、砂石、水泥：

15车/班；

设备：

6车/班；

其它：

5车/班；

（5）1t矿车

型号：

MGC1.1－6；

自重：

Qz=610kg；

载重量：

Q=1700kg

（6）最大件重量：

Q大＝16000kg；

（7）平板车（18t）：

自重QP=900kg。

2、设备选型

牵引力计算

（1）运输一个最大件时：

F大＝（Qp+Q大+Q牵）（sinα°+0.01cosα°）+2μqRL＝37.4kN

（2）运输矿车时（每次运输9辆矸石车）

F矸＝[n（Q+QZ）+Q牵]（sinα°+0.01cosα°）+2μqRL＝40.7kN

为了便于管理，该采区同样选择KWGP－90／600J型无极绳连续牵引车，其主要技术参数为：

额定牵引力（kN）：

90；

运行速度（m/s）：

0.6/1.2；

电动机功率（kW）：

65/132。

3、钢丝绳选择

钢丝绳选用24NAT6×19S+FC1570钢丝绳，其主要参数为：

直径：

dk=24mm；

单位重量：

pk=1.14kg/m；

抗拉强度：

σ=1570Mpa；

钢丝绳破断拉力：

Qp=298kN；

钢丝破断拉力系数：

k=1.134。

4、钢丝绳安全性能验算

《煤矿安全规程》规定所需钢丝绳安全系数为3.5。

所选钢丝绳安全系数：

m=6.66>3.5。

5、功率验算

实际所需电动机功率为：

N＝kFV/η＝68.44kW<132kW。

6、运输能力计算

一次运输循环时间：

T=2（L/v+θ）=2754s。

其最大班运输时间为6.12h<7h，符合运输要求。

最大班辅助运输作业时间平衡表见表3－3－4。

最大班辅助运输作业时间平衡表

表3－3－4

项目

单位

每班

数量

每次

提升量

每班

提升次数

运输循环

时间（s）

每班提升

时间（min）

备注

矸石

车/班

35

9

4

2754

183.57

设备

车/班

6

3

2

2754

91.77

其它

车/班

5

5

1

2754

45.89

富裕次数

1

2754

45.89

材料

车/班

15

与运输矸石车时重合计算

合计

367.14

h

6.12

（二）15煤辅助运输设备选型

1、设计依据

（1）运输距离：

L=1268m；

（2）巷道倾角：

3°～15°；

（3）工作制度：

330d/a、16h/d；

（4）最大班运输量

矸石：

35车/班；

材料、砂石、水泥：

15车/班；

设备：

6车/班；

其它：

5车/班；

（5）1t矿车

型号：

MGC1.1－6；

自重：

Qz=610kg；

载重量：

Q=1700kg；

（6）最大件重量：

Q大＝16000kg；

（7）平板车（18t）：

自重QP=900kg。

2、设备选型

牵引力计算

（1）运输一个最大件时：

F大＝（Qp+Q大+Q牵）（sinα°+0.01cosα°）+2μqRL＝69.4kN

（2）运输矿车时（每次运输8辆矸石车）

F矸＝[n（Q+QZ）+Q牵]（sinα°+0.01cosα°）+2μqRL＝71.8kN

选择KWGP－90／600J型无极绳连续牵引车，其主要技术参数为：

额定牵引力（kN）：

90；

运行速度（m/s）：

0.6/1.2；

电动机功率（kW）：

65/132。

3、钢丝绳选择

钢丝绳选用24NAT6×19S+FC1570钢丝绳，其主要参数为：

直径：

dk=24mm；

单位重量：

pk=1.14kg/m；

抗拉强度：

σ=1570Mpa；

钢丝绳破断拉力：

Qp=298kN；

钢丝破断拉力系数：

k=1.134。

4、钢丝绳安全性能验算

《煤矿安全规程》规定所需钢丝绳安全系数为3.73。

所选钢丝绳安全系数：

m=4.13>3.73。

5、功率验算

实际所需电动机功率为：

N＝kFV/η＝120.6kW<132kW。

6、运输能力计算

一次运输循环时间：

T=2（L/v+θ）=2314s。

其最大班运输时间为5.8h<7h，符合运输要求。

最大班辅助运输作业时间平衡表