井下运输及设备件.docx
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井下运输及设备件
第三章井下运输及设备
3.1运输方式选择
3.1.1运输方式
1．煤炭运输
胶带运输具有系统简单、自动化程度高、管理方便、运力大、有利于实现矿井高产高效和适应产量变化（根据市场需求）等特点。
本矿井煤炭储量丰富、煤质优良、煤层生产能力大，具有得天独厚的实现高产高效条件。
因此，确定煤炭运输采用胶带输送机运输方式。
2．辅助运输
根据矿井巷道沿煤层掘进，坡度一般1～2°，回采工作面采用大功率采煤机回采，巷道为综掘机及连续采煤机（达产）掘进、锚网支护，采掘工作面用人、用料数量少等特点，需要一种方便、灵活快捷的辅助运输方式与之配套。
无轨胶轮车运输目前在国内外已广泛使用，尤其对近水平煤层沿煤层布置大巷的矿井来说，是最有效的辅助运输方式。
该方式虽然设备一次投资较高，但优点十分突出，系统的设置与维护工作量极少，没有中间环节，可实现地面至井下连续运输，为有效利用工时、实现高产高效、快速掘进创造了有利的条件。
因此，设计确定井下辅助运输采用无轨胶轮车运输方式。
矿井人员乘无轨胶轮人员运输车通过副平硐可直达井下各工作地点；物料、设备采用多用途无轨胶轮车从地面经副平硐可直接到达井下各个使用地点。
3.1.2运输系统
1．煤炭运输
矿井投产时，5-2煤煤炭运输系统为：
5-2煤回采工作面→5-2煤胶带输送机顺槽→5-2煤胶带输送机大巷→主平硐→地面。
5-2煤掘进工作面出煤，经其配套的胶带输送机转载，汇入到5-2煤胶带输送机大巷主煤流系统。
矿井达产时，3-1、4-2煤煤炭运输系统为：
3-1煤回采工作面→3-1煤胶带输送机顺槽→3-1煤胶带输送机大巷→3煤组煤仓→4-2煤胶带输送机大巷→4煤组煤仓→5-2煤胶带输送机大巷→主平硐→地面。
4-2煤回采工作面→4-2煤胶带输送机顺槽→4-2煤胶带输送机大巷→4煤组煤仓→5-2煤胶带输送机大巷→主平硐→地面。
3-1、4-2煤掘进工作面出煤，经其配套的胶带输送机转载，分别汇入3煤组、4煤组煤流系统，最终汇入到5-2煤胶带输送机大巷主煤流系统。
2．井下矸石
矿井正常生产期间，矸石尽可能由铲车将其填入井下废弃巷道，也可用无轨胶轮车经副平硐运到地面，排弃到矿井排矸场地。
3．材料设备运输
井下所需材料设备，在地面装车后，由无轨胶轮车通过副平硐下井，经5-2煤辅助运输大巷可直接运送至5煤组各使用地点，也可再经4煤组辅助运输斜巷、4-2煤辅助运输大巷直接运送至4煤组各使用地点，均无需转载。
工作面综采支架搬家，由支架搬运车直接搬运至另一准备工作面，或由支架搬运车将地面检修过的综采支架直接通过副平硐搬运至工作面，也可把工作面的综采支架由支架搬运车通过副平硐运至地面检修。
4．人员运输
下井人员可乘坐无轨胶轮车从副平硐下井，经5-2煤辅助运输大巷、4煤组辅助运输斜巷、4-2煤辅助运输大巷运送到各工作地点，或由各工作地点经4-2煤辅助运输大巷、4煤组辅助运输斜巷、5-2煤辅助运输大巷从副平硐至地面。
3.1.3主要运输巷
矿井投产时井下主要运输巷道有5-2煤辅助运输大巷、5-2煤胶带输送机大巷、4煤组辅助运输斜巷、4-2煤辅助运输大巷和4-2煤胶带输送机大巷。
（1）5-2煤辅助运输大巷
5-2煤辅助运输大巷沿5-2煤层底板掘进。
设计断面为矩形，净宽5800mm，净高3500mm，净断面积20.3m2，掘进断面积23.7m2。
采用挂网锚喷支护，锚深2200～2600mm，间排距900×1000mm，喷厚120mm。
为了有效地预防底板软化、底鼓，保证无轨胶轮车正常运行，混凝土铺底厚度300mm。
5-2煤辅助运输大巷断面见图3.1-1。
（2）5-2煤胶带输送机大巷
5-2煤胶带输送机大巷沿5-2煤层底板掘进。
设计断面为矩形，净宽5000mm，净高3400mm，净断面积17.0m2，掘进断面积19.0m2。
采用挂网锚喷支护，锚深2200～2600mm，间排距900×1000mm，喷厚120mm，混凝土铺底厚度100mm。
5-2煤胶带输送机大巷断面见图3.1-2。
（3）4煤组辅助运输斜巷
4煤组辅助运输斜巷连接5-2煤辅助运输大巷及4-2煤辅助运输大巷，为4煤组辅助运输的主要通道。
设计断面为半圆拱形，净宽5800mm，净断面20.7m2，掘进断面积24.4m2，倾角5°30′。
采用锚、网、喷支护，锚深2200mm，间排距800mm，喷厚150mm，混凝土铺底厚度300mm。
4煤组辅助运输斜巷断面见图3.1-3。
（4）4-2煤辅助运输大巷
4-2煤辅助运输大巷沿4-2煤层底板掘进。
设计断面为矩形，净宽5800mm，净高3500mm，净断面积20.3m2，掘进断面积23.7m2。
采用挂网锚喷支护，锚深2200～2600mm，间排距900×900mm，喷厚120mm。
混凝土铺底厚度300mm。
4-2煤辅助运输大巷断面见图3.1-4。
（5）4-2煤胶带输送机大巷
4-2煤胶带输送机大巷沿4-2煤层底板掘进。
设计断面为矩形，净宽5000mm，净高3100mm，净断面积15.5m2，掘进断面积17.4m2。
采用挂网锚喷支护，锚深2200～2600mm，间排距900×1000mm，喷厚120mm，混凝土铺底厚度100mm。
4-2煤胶带输送机大巷断面见图3.1-5。
图3.1－1
图3.1－2
图3.1－3
图3.1－4
图3.1－5
3.2运输设备选型
3.2.1煤炭运输设备
本矿井投产时，井下布置1个5-2煤长壁综采工作面生产，此时原煤的运输顺序为：
5-2煤回采工作面→5-2煤顺槽可伸缩带式输送机→5-2煤大巷带式输送机→主平硐带式输送机。
5-2煤层开采4年后，3-1煤和4-2煤生产系统已经形成，届时布置1个4-2煤回采工作面和1个3-1煤回采工作面，即3-1煤与4-2煤搭配开采。
原煤运输顺序为：
3-1煤回采工作面→3-1煤顺槽可伸缩带式输送机→3-1煤大巷带式输送机→3煤组煤仓→4-2煤大巷带式输送机→4煤组煤仓→5-2煤大巷带式输送机→主平硐带式输送机；4-2煤回采工作面→4-2煤顺槽可伸缩带式输送机→4-2煤大巷带式输送机→4煤组煤仓→5-2煤大巷带式输送机→主平硐带式输送机。
由于工作面生产能力大，大巷运输距离较长，普通带式输送机不能满足要求，因此确定大巷煤炭运输采用钢丝绳芯带式输送机。
3.2.1.1大巷带式输送机选型计算
带式输送机的选型计算根据《带式输送机工程设计规范》进行。
考虑井下工作面生产能力与峰值煤量、大巷条件、煤流系统的前后期能力协调、主运输设备的配套情况等，经过多方案比选和计算，矿井移交投产时5-2煤及4-2煤大巷带式输送机主要技术参数如下：
1．5-2煤大巷带式输送机
5-2煤大巷带式输送机主要技术参数：
B=1400mm，Q=2500t/h，V=4.0m/s，δ=0.179°～0.879°～0.335°～1.7°，L=2900m，带强为St2500N/mm的钢丝绳芯阻燃输送带，驱动型式为头部双滚筒三驱动，配710kW防爆电动机三台，CST750KS型可控起/停驱动装置三台（速比i=24.5714）。
采用头部液压拉紧方式，为ZLY-02-320型（防爆）液压绞车自动拉紧装置。
矿井投产时仅铺设L=1000m，Q=2500t/h时，驱动型式为头部单滚筒单驱动，配710kW防爆电动机一台，CST750KS型可控起/停驱动装置一台（速比i=24.5714）。
输送带为St1600N/mm的钢丝绳芯阻燃输送带。
其它配置均不变。
这样可降低带式输送机的投资，施工、安装周期缩短，有利于矿井正常生产。
2．4-2煤大巷带式输送机
4-2煤大巷带式输送机主要技术参数：
B=1400mm，Q=2500t/h，V=4.0m/s，δ=1.032°～0.699°～-5.5°～0°，L=3236m，带强为St2500N/mm的钢丝绳芯阻燃输送带。
驱动型式为头部双滚筒三驱动，配710kW防爆电动机三台；CST750KS型可控起/停驱动装置三台（速比i=24.5714）。
采用头部液压拉紧方式，为ZLY-02-320型（防爆）液压绞车自动拉紧装置。
矿井投产时仅铺设L=2250m，运量为Q=1500t/h时，驱动型式为头部双滚筒双驱动，配710kW防爆电动机二台,CST750KS型可控起/停驱动装置二台（速比i=24.5714）。
输送带为St2500N/mm的钢丝绳芯阻燃输送带。
其它配置均不变。
这样可降低带式输送机的投资，施工、安装周期缩短，有利于矿井正常生产。
以下为5-2煤大巷带式输送机和4-2煤大巷带式输送机的设计计算：
（一）设计依据（括号内数值为4-2煤大巷带式输送机）
矿井生产能力6.00Mt/a
带式输送机运量Q=2500t/h
带式输送机带宽B=1400mm
5-2煤坡度δ=0.179°～0.879°～0.335°～1.7°
（4-2煤坡度δ=1.032°～0.699°～-5.5°～0°）
带式输送机长度L≈2900m（L=3236m）
煤的松散容重ρ=950kg/m3
带式输送机工作制度330d/a、16h/d
（二）带式输送机选型计算
1．圆周驱动力的计算
根据带式输送机的实际工作条件及国内设备生产厂家的加工水平，同时考虑到现场的管理水平等因素后，确定采用并计算出如下参数：
托辊运行阻力系数f＝0.030
传动滚筒摩擦系数μ＝0.25
带式输送机最大提升速度V＝4.0m/s
初选输送带强度St2500N/mm
每M物料重量qG＝173.61kg/m
每M胶带重量qB＝67.20kg/m
上托辊每M长转动部分重量qRO=29.10kg/m
下托辊每M长转动部分重量qRU=10.85kg/m
系数C＝1.04
主要阻力FH＝154094N（FH＝293101N）
主要特种阻力FN＝26768N（FN＝16844N）
附加特种阻力FS1＝9780N（FS1＝11196N）
倾斜阻力Fst＝36257N（Fst＝64084N）
传动滚筒所需圆周驱动力Fu＝FH+FN+FS1+FSt（Fu=385228N）
＝379184N
2．电动机功率
带式输送机稳定运行时传动滚筒所需运行功率：
PA＝Fu×V/1000＝1517Kw（1541）
带式输送机驱动电动机功率：
PM＝PA/η1＝1899.6kW（1929.87）
式中：
η1——驱动系统正功率运行时的传动效率。
η1=0.7985
为此，选择3台710kW、YBPT400-4电动机。
3．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1：
1。
根据输送机的布置形式确定第一传动滚筒的围包角ф1＝190°，第二传动滚筒围包角ф2＝190°。
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×KAKA为启动系数，取值KA=1.20
第一传动单元滚筒上圆周力FA1=KA×2/3FA＝303348N（308183N）
第二传动单元滚筒上圆周力FA2=KA×1/3FA＝151674N（154092N）
设第二传动滚筒eμф2值用足时，则：
F2＝FA2/（eμф2－1）＝117564N（119438N）
F1＝FA＋F2＝496748N（504666N）
F1-2＝F2＋FA2＝243959N（273530N）
F3=F4=181454N（1815421N）
F1/F1-2≤eμф1
F1-2/F2≤eμф2
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）=35435N
F下min=g（qG+qB）×aO/（8×0.01）=24721N
由F3=F4>F上min>F下min满足垂度验算
最后计算输送带的安全系数：
n=B×St/F1=7.1
73.2.1.2带式输送机的主要部件选型
1．驱动装置设备选型
带式输送机的运行是否正常、可靠、安全，将直接影响矿井的生产和经济效益，因此在驱动装置设备选型上应坚持技术先进、安全可靠的原则。
根据国内同类设备生产现状及现有生产矿井的实际使用情况，设计对井下大巷带式输送机的驱动方式进行了CST可控起/停驱动、调速型液力偶合器驱动等多方案比较。
CST可控起/停驱动系统由交流异步电动机＋CST可控起/停装置构成。
CST可控起/停装置是美国Dodge公司开发的专用于带式输送机的驱动装置，为一台输出轴带有液粘离合器的定轴加行星齿轮传动的减速器，液粘离合器连接在行星传动的内齿圈上，通过液压系统控制液粘离合片之间的间隙，使CST具有差动调节输出力矩和输出转速的功能，实现了机-电-液一体化，是集减速、离合、调速于一体的传动装置。
调速型液力偶合器驱动系统由交流异步电动机＋减速器＋调速型液力偶合器组成，液力偶合器的充油量是可调的，电动机空载起动后，偶合器通过稳定地增加充油量，输出恒转矩加速特性，使带式输送机在设定的起动力矩下平稳地起动，投资较低，为传统型配置。
其缺点是软起动性能一般，调速精度低，起动速度曲线自动控制功能较差，响应速度慢，起动力矩小不适宜于重载起动，且体积庞大，发热量大，需附加油液冷却系统，占地面积较大，有滑差，效率损失2%左右，通常用于对起动速度曲线精度要求不高、驱动功率不太大的带式输送机。
根据以上分析，CST虽比液力偶合器投资高，但采用CST可有效降低胶带带强（CST起动系数KA=1.05～1.1，液力偶合器起动系数KA=1.5），延长胶带的使用寿命，调节精度也高，能改善带式输送机设备的运行工况，综合效益明显高于后者，本设计井下大巷带式输送机的驱动装置选用CST可控起/停驱动装置。
根据《煤矿安全规程》和《带式输送机工程设计规范》的规定，5-2煤大巷带式输送机装备一套SHI252型低速轴盘形闸制动器。
4-2煤大巷带式输送机装备一套SHI252型低速轴盘形闸制动器。
为保证操作人员和行人安全，在5-2煤和4-2煤大巷带式输送机驱动装置和滚筒处设置安全防护设施，在拉紧装置两侧和机尾处设置安全护网和护栏。
另为便于设备维修和更换，在5-2煤和4-2煤大巷带式输送机驱动装置和主要滚筒处设有手拉葫芦和手动单轨小车等起吊设施。
在5-2煤和4-2煤大巷带式输送机上设置一些人行过桥。
2．拉紧装置的选型
为改善带式输送机的起动特性，延长胶带的使用寿命及便于自动控制，4-2煤大巷带式输送机及5-2煤大巷带式输送机全部采用头部液压自动拉紧方式，拉紧装置型号为ZLY-02-320型（防爆）。
3．大巷带式输送机的保护和供电
大巷带式输送机选用一套集监测、控制、信号、通信为一体的带式输送机监控系统，为分级分布式结构，具有较高的运行可靠性和使用灵活性，显示功能强，联网方便，设有驱动滚筒打滑、堆煤、跑偏、温度、烟雾、防撕裂、电动机过载、电机超温等多项保护装置，以及沿线拉线开关和起动预告信号装置，满足《煤矿安全规程》有关规定，并能与井上下的其他胶带输送机实现闭锁集中控制。
4．输送带的选型
结合井下的实际情况，输送带采用阻燃型的钢丝绳芯输送带。
4-2煤大巷带式输送机、5-2煤大巷带式输送机的带强为St1600～St2500，均属常规档次带强，国内供货质量能满足要求。
考虑到使用环节的重要性及国内接头的工艺水平，在带式输送机的安装过程中，应加强对胶带硫化的质量控制和检测，以确保接头强度满足有关规定的要求。
5-2煤大巷带式输送机、4-2煤大巷带式输送机技术特征见表3.2-1～2。
表3.2-15-2煤大巷带式输送机技术特征表
序号
名称
单位
内容
备注
1
运输量
t/h
2500
2
运输物料
原煤
3
运输物料容重
t/m3
1
4
速度
m/s
4.0
5
输送机长度
m
2900（投产时铺设1000）
6
输送机角度
0.179°～0.879°～0.355°～1.7°
7
输送带
宽度
mm
1400
阻燃
带强
N/mm
St2500（投产时St1600）
8
电动机
型号
YB2-5003-43台（投产1台）
功率
kW
710
转速
r/min
1484
电压
10000V
9
驱动装置
型号
CST750KS-24.57143台（投产1台）
10
制动器
型号
SHI252（1套）
11
液压自动拉紧装置
型号
ZLY-02-320（防爆）
头部
表3.2-24-2煤大巷带式输送机技术特征表
序号
名称
单位
内容
备注
1
运输量
t/h
2500（投产时1500）
2
运输物料
原煤
3
运输物料容重
t/m3
1
4
速度
m/s
4.0
5
输送机长度
m
3236（投产时铺设2250）
6
输送机角度
1.032°～0.699°～-5.5°～0°
7
输送带
宽度
mm
1400
阻燃
带强
N/mm
St2500（投产时St2500）
8
电动机
型号
YB630S1-43台（投产2台）
功率
kW
710
转速
r/min
1484
电压
10000V
9
驱动装置
型号
CST750KS-24.57143台（投产2台）
10
制动器
型号
SHI252（1套）
11
液压自动拉紧装置
型号
ZLY-02-320（防爆）
头部
矿井达产时布置1个4-2煤回采工作面和1个3-1煤回采工作面，即3-1煤与4-2煤搭配开采。
3-1煤大巷带式输送机主要技术参数为：
B=1200mm，Q=1500t/h，V=4.0m/s，δ=0.908°L=2100m，带强为St2000N/mm的钢丝绳芯阻燃输送带。
驱动型式为头部双滚筒驱动，配500kW防爆电动机二台；CST420KS型可控起/停驱动装置二台。
采用头部液压拉紧方式，为ZLY-02-320型（防爆）液压绞车自动拉紧装置。
当达产初期铺设L=1050m时，驱动型式为头部单滚筒单驱动，配500kW防爆电动机一台；CST420KS型可控起/停驱动装置一台。
3.2.2辅助运输设备
3.2.2.1设计依据
井下主要大巷、回采工作面顺槽采用综掘机及连续采煤机（达产）掘进、挂网锚喷（杆）支护，辅助运输大巷铺设混凝土路面，厚度300mm。
1．矿井设计生产能力：
6.00Mt/a，初期按3.00Mt/a生产能力考虑。
2．工作制度：
设计年工作日330天，采用“四·六”工作制。
3．副平硐及井下辅助运输巷道均为单车道双向行驶，一般情况下如运送矸石、材料及人员车辆的会让采用直接通过方式，其它大型车辆如支架搬运车的会让采用主平硐与副平硐之间的联络巷、胶带输送机大巷与辅助运输大巷之间的联络巷解决，联络巷每300m布置一条。
人员等候点设在井口及井下各作业地点，地面设备器材库距副平硐井口约120m。
4．运输最大件为综采液压支架，其重量按43t考虑。
5．辅助运输量
矿井移交生产时，井下布置1个5-2煤综采工作面、2个综掘工作面、1个岩普掘工作面。
矿井达产时再增加2个连采机掘进工作面。
综掘工作面设计进度500m/月，连采机掘进工作面1000～1500m/月，岩普掘工作面设计进度120m/月。
为了给矿井达产创造有利条件，矿井辅助运输系统按达产时考虑，设计一次到位。
根据巷道布置、支护方式及采掘进度，矿井移交投产一盘区，主要运输的物料为锚杆、金属网片、水泥、砂石、轻质砌块、坑木、管道等；主要运输的设备为采掘工作面装备和电器设备；工作面安装期为14天，搬家期为10天；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一次运到位为基础，兼顾其它固定工作点的人员运输。
以此为基础计算矿井辅助运输量，见表3.2-3。
辅助运输量表
表3.2-3
名称
单位
数量
人员
人/班
128（最大班）
正常生产
材料设备
喷射材料
t/班
30
铺底材料
t/班
22
砌筑材料
t/班
10
钢材
t/班
8
坑木
m3/班
1
其它设备
t/班
15
矸石
t/班
50
6．辅助运输距离
副平硐：
长度2900m
矿井达产时，人员材料、设备等运输的最远点为一盘区3-1煤回采工作面，单程运距约为8500m。
3.2.2.2设备选择
1．人员运输车辆选择
运送人员选用WC20R型防爆胶轮车，主要技术参数如下：
防爆柴油机：
TY4100FB；
功率：
45kW；
乘车定员：
20人；
整车质量：
4.02t；
最小转弯半径：
内转4.2m，外转7.5m；
最高车速：
29km/h；
最大爬坡能力：
12°；
整车外形尺寸：
6100×1950×2050（mm）。
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，最大班下井人员128人。
据此需同时运行WC20R型20座胶轮车6辆。
此外，考虑其他辅助人员如生产指挥人员、地测人员以及检查人员的运送和轻型货物（如爆破材料、班中餐、检修备件等）的运输，增加WC2J（A）型防爆生产指挥车（5人座）及WC2J（A）型防爆运人车（12人座）各2辆。
WC2J（A）型防爆生产指挥车（5人座）主要技术参数如下：
防爆柴油机：
TY4100FB（A）；
功率：
45kW；
额定载重量：
2.0t；
整车质量：
3.44t；
最小转弯半径：
内转4.5m，外转6.5m；
最高车速：
29km/h；
最大爬坡能力：
12°；
整车外形尺寸：
4960×1880×2160（mm）。
WC2J（A）型防爆运人车（12人座）主要技术参数如下：
防爆柴油机：
TY4100FB（A）；
功率：
45kW；
额定载重量：
2t；
整车质量：
3.44t；
最小转弯半径：
内转4.5m，外转6.5m；
最高车速：
29km/h；
最大爬坡能力：
12°；
整车外形尺寸：
4960×1880×2160（mm）。
2．水泥、砂石散装物料及矸石等运输车辆选择
运送水泥、砂石散装物料及井下矸石等选用WC5E型防爆无轨胶轮材料车（配3t随车吊），其主要技术参数如下：
防爆柴油机：
CKS6108QFB；
功率：
75kW；
额定载重量：
5t；
整车质量：
7.8t；
最小转弯半径：
内转3.7m，外转6.5m；
最高车速：
37km/h（空载），32km/h（满载）；
最大爬坡能力：
14°；
整车外形尺寸：
6560×1960×2000/6800×1960×2400（配3t随车吊）（mm）。
考虑辅助运输的种类多样，为了满足运输的灵活性及节能，配备WC3E型防爆无轨胶轮材料车（配1.5t随车吊）及WC8型防爆无轨胶轮材料车。
WC3E型防爆无轨胶轮材料车主要技术参数如下：
防爆柴油机：
CKS6108DFB；
功率：
64kW；
额定载重量：
3t；
最小转弯半径：
内转3.7m，外转6.0m；
最高车速：
32km/h（空载），30km/h（满载）；
最大爬坡能力：
14°；
整车外形尺寸：
6400×1880×2000/6800×1880×2400（配1.5t随车吊）（
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