井下运输设备选型设计

2022-09-11

引言

随着机械化水平的提高,目前,我国煤炭井下开采多采用综合机械化采煤方法,综采具有开采效率高的优势。采煤工作面的煤,需要采用合理的运输设备运至井底煤仓,若运输设备能力不足,将导致综采工作面不能正常生产[1,2],井下运输设备的选择对于矿井的生产效率也有很大的影响[3-4]。因此,研究井下运输设备的选型设计,对矿井安全高效生产具有重要的指导意义。

1.工程概况

新疆天富小沟分矿井田位于石河子市西南约75km,井田开拓方式为斜井-平硐联合开拓,布置有两个斜井、两个平硐,由于生产要求,现需要对该矿井进行改扩建,原井下运输设备无法满足改扩建后的生产要求,需对井下运输设备进行选型设计。

2.大巷运输设备

考虑到矿井改扩建后生产能力的扩大及运输能力的匹配,井下主平硐选用ZK10-6/550型架线式电机车配1t固定式矿车进行煤炭运输,采煤面运输巷采用顺槽皮带机。

3.石门运输设备

(1)+1190m运输石门带式输送机

①设计依据:石门运输长度145m;石门标高+1190m;小时运煤量:Q=400t/h(按综采机组小时最大能力计算)。

②带式输送机类型。带式输送机主要技术参数见表1。

(2)石门电机车运输

区段石门辅助运输设计选用防爆型蓄电池机车牵引1t固定式矿车运输方式,速度:7km/h;电机功率:2×7.5kW。

①按重列车上坡启动条件计算

Q≤Pgψq/[1.075a+(ωq+i)g]–P (1)

式中:Q—质量,t;P—粘着重量;g—重力加速度;ψq—粘着系数;a—起动加速度;ωq—重列车起动阻力系数;i—运输线路平均坡度。

则:

Q≤5×9.8×0.25/[1.075×0.04+9.8(0.0135+0.003)]– 5=52.5(t)。

②按电机车允许温升条件计算

Q≤Fd/[α(ωy–id)g]–P (2)

式中:Fd—电机车长时牵引力;ωy—重列车运行阻力系数;id—等阻坡度;α—机车调车时电能消耗系数;τ—相对运行时间,min;其余参数同上文。

Q=7.2/[1.4×(0.009–0.002)×9.8]–5.0= 683(t)。

③按重列车下坡制动条件计算

Q≤Pgψz/[1.075b–(ωy–i)g]–P (3)

式中:ψz—制动时粘着系数;b—制动减速度,m/s。

Q≤5×9.8×0.17/[1.075×0.047–9.8(0.009–0.003)]– 5=1001(t)。

④按蓄电池放电容量计算

Q≤3.6WUη/[2000αLmn(ωy–id)g]–P (4)

式中:Lm—最大运输距离;W—蓄电池组放电容量;U—蓄电池组平均放电电压;n—一台机车在一个班内往返次数; η—蓄电池组的总效率。

则:

Q=3.6×330×96×0.7/[2000×1.25×0.4×14(0.009– 0.002)×9.8]–5=83t。

⑤车组中矿车数按下式计算

n=Q/(q+q0) (5)

式中:q—矿车装载质量;q0—矿车质量,则:n=83/(1.8+0.61)=34.4(辆)。

设计确定列车组成为35辆。

⑥验算制动距离按下式计算

L=0.04147v2/{Pgψz/[P+n(q+q0)]+(ωy+id)g}(6)

根据上式则:L=4m<40m。

(3)矿井电机车台数

根据采区轨道上山提升串车数,确定列车组成为5辆,考虑到井下运输及调车方便,设计在+1270m石门、+1190m石门及+1100m石门各配备1台,电机车工作台数为3台,备用1台,计4台。

4.运煤列车及辅助运输列车组成

(1)列车组成计算

主运输设备各参数计算如下:

①按重列车上坡启动条件计算,依据上述公式(1)所得:

Q≤10×9.8×0.24/[1.075×0.04+9.8(0.0135+ 0.003)]–5=105(t)

②按电机车允许温升条件计算,依据上述公式(2)所得:

Q=4.32/[1.4×(0.009–0.002)×9.8]-10= 93.2(t)

③按重列车下坡制动条件计算,依据上述公式(3)所得:

Q≤10×9.8×0.17/[1.075×0.247–9.8×(0.009–0.003)]-10=70.6(t)

④车组中矿车数计算,依据上述公式(5)所得:

n=70.6/(1+0.61)=43.8(辆)

经计算取整,确定列车组成为43辆。

⑤验算制动距离,依据上述公式(6)所得:

L=33.4m<40m

(2)运煤电机车台数计算

①电机车往返一次所需时间:

T=T1+θ=7+30=37(min) (7)

②每台电机车在一个班内可能往返次数:

m=60×tb/T (8)

式中:tb—电机车每班工作小时数,取7h。

m=60×7/37=11.4(次)

③每班货运所需列车数:

m1=(k1 k2Ab)/(nq) (9)

m1=(1.35×1.1×750)/(43×1)≈26(列)

④矿井电机车工作台数:

N1=m1/m=26/11.4=2.3台 (10)

设计取3台。

⑤矿井电机车总台数:

N=1.25×N1=1.25×3=3.75(台) (11)

根据以上计算,矿井初期电机车工作台数取3台,备用1台,总台数4台,每列车牵引43辆矿车。目前矿井已经建成,经实际试运行,矿井采用43辆矿车运煤满足矿井生产能力的需要。

(3)辅助运输电机车台数计算

①电机车往返一次所需时间,按照上述公式(7)所得:

T=T1+θ=7+30=37(min)

②每台电机车在一个班内可能往返次数,按照上述公式(8)所得:

m=60×7/37=11.4(次)

③每班运矸石所需列车数,按照上述公式(9)所得:

m1=(1.25×95)/(10×1.8)≈7列

④矿井电机车工作台数,按照上述公式(10)所得:

N=m1/m=7/11.4=0.6(台)

设计取1台。

根据以上计算,矿井运矸石、材料和设备的电机车工作台数取1台,每列车牵引10辆矿车。目前矿井已经建成,经实际试运行,满足矿井辅助运输能力的需要。

⑤人车选择

矿井+1365m运输大巷上下人员选用XRB15-6/6型人车2辆,在人行通道内设有人车上下地点,采用电机车牵引至+1365m水平井底车场。

(4)车辆选型

考虑到该矿井井型特点,采用MP3-762型3t平板车及ZP6-15型重型平板车;斜巷上下人员选用XRB15-6/6型人车3辆,其中首车2辆。

5.结论

根据新疆天富小沟分矿井下开采方案及巷道布置对大巷运输设备、石门运输设备进行了选型及验算;对运煤列车和辅助运输列车的数量和台数进行了设计和验算,并对采区运输车辆进行了选型设计,验算结果证明,所选用的井下运输设备的运输能力能够满足矿井的安全高效生产要求。

摘要：为确保井下开采工作面生产的煤炭能快速高效的运至地表,保证井下各工作面所需材料的运输供应。新疆天富小沟分矿根据井下开采方案及巷道布置方式,对矿山井下大巷运输设备、石门运输设备、运煤列车和辅助运输列车的数量和台数,以及采区运输车辆进行了选型设计及验算,验算结果证明,所选用的井下运输设备的运输能力能够满足矿井的安全高效生产。

关键词：井下,运输设备,选型,设计