临涣矿矿井运输系统设备的选型设计.docx

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临涣矿矿井运输系统设备的选型设计

摘要

在矿井的生产中，矿井运输占有重要的地位。

其中，矿用的采煤机，刮板运输机，胶带输送机，矿用电机车是井下运输中的核心设备，这些集机械、电子、液压于一体的器械的有机组合，大大增加的煤矿的运输、生产效率。

而人们对于矿井运输设备的选型设计有严格的要求，首先对具体煤矿的工作条件、产量、运输量进行精确的测量与计算，然后选择最符合要求的矿井运输设备的型号，用最小的经济投入换来运输机械的最大效率，。

本文简要介绍了矿井运输系统中这几种常用的运输设备，对矿井运输系统进行了简要概述，对于刮板输送机、转载机、可伸缩胶带输送机、上下山输送机及运输大巷电机车这几类运输设备给出了具体的选型原则并有较详细的文字说明，其中对刮板输送机、可伸缩胶带输送机和电机车的选型给出了详细的计算和说明。

关键字刮板输送机；可伸缩胶带输送机；电机车

Abstract

Inmineproduction,minetransportoccupiesanimportantposition.Amongthem,themineShearer,scrapertransportplanes,beltconveyor,themineisundergroundlocomotivepowerinthecoretransportequipment,thesesetsmechanical,electronic,hydraulicequipmentinoneoftheorganiccombinationofthebigincreaseincoalmineTransport,productionefficiency.PeoplefortheSelectionofminetransportationequipment,designofstringentrequirements,thefirstcoalmineonthespecificconditionsofwork,production,transportofaccuratemeasurementandcalculation,andthenchoosethemosttomeettherequirementsoftheminetransportationequipmentmodels,withthesmallestInexchangeforeconomictransportmachineryofthegreatestefficiency,.Thispaperintroducestheminetransportsystemscommonlyusedinthesetypesoftransportequipment,minetransportsystemabriefoverviewofthescraperconveyor,reproducedmachine,retractablebeltconveyor,conveyoranddownthemountainontheroadwaymotorvehiclesThesetypesoftransportationequipmentisgivenaspecificprincipleofselectionandamoredetailedtext,thescraperconveyor,retractablebeltconveyormotorvehiclesandtheselectionisgivenadetailedcalculationandannotations.

Keywordsscraperconveyorretractablebeltconveyormotorvehicles

1绪论

1.1矿山运输设备在现代矿井生产中的作用

煤炭是我国主要的能源和重要的化工原料，自建国以来，为促进国民经济的发展，煤炭行业已取得了举世瞩目的伟大成就，我国煤炭储量居世界前列，原煤产量从1949年的0.32亿吨，到2003年突破13亿吨，成为世界第一产煤大国，目前煤炭在今后相当长的时期内仍将是第一位的主要能源。

【1】

矿山运输是煤炭生产中非常重要的环节，从井下采煤工作面采出的煤炭，只有通过矿井运输和提升将其运到地面，才能够加以利用。

矿井运输和提升在矿井生产中担负着以下任务：

将工作面采出的煤炭运送到地面装车站；

将掘进出来的矸石运往地面矸石厂或矸石综合加工厂；

将井下生产所必需的材料，设备运往工作面或其他工作场所；

运送井下工作人员。

可以说矿井运输是矿井生产的“动脉”与“咽喉”，其设备在工作中一旦发生故障，将直接影响生产，甚至造成人身伤害。

此外矿井运输的耗电量很大，一般占矿井生产总耗电量的50%以上。

因此，合理选择维护使用这些设备，使之安全可靠，经济高效的运行，对保证矿井安全高效的生产，提高煤炭企业经济效益，具有重要的现实意义。

由于矿井运输设备是在井下巷道内工作，空间受到限制，故要求它们结构紧凑，外部尺寸尽量小；同时因工作地点经常变化，又要求其中的许多设备应便于移置；另外，由于井下有瓦斯、煤尘、淋水、潮湿等特殊环境，还要求设备防爆耐腐蚀等。

1.2矿井运输设备的类型

矿井运输设备的类型按其动作方式不同可分为连续动作式运输设备和周期动作式运输设备两大类；按用途不同可分为主要运输设备和辅助运输设备。

1、连续动作方式运输设备

连续动作式运输设备是当设备启动后，能连续不断地运送货载。

常见类型如下：

输送机刮板输送机、带式输送机、杓斗提运机等。

无极绳运输设备这种运输方式是将货载装在矿车中用无极连续运转的钢丝绳牵引矿车在轨道上运行，矿车与钢丝绳之间通过连接装置挂钩或摘钩。

这种方式可用于井下或地面水平运输及倾角小于15°的斜巷运输。

风力或水力运输设备主要设备为空压机，高压水泵及运输管道或运输槽，这种方式可分为利用压缩空气或高压水在管内运运送货载的有压运输和利用自然坡度在铁槽内运送货载的无压水力运输两种。

水力运输适用于水力采煤或旱采水运矿井。

自重运输即在坡度较大的情况下，利用货载本身的自重分力，使货载沿斜坡向下连续自溜运输。

2、周期动作式运输设备

周期动作式运输设备已一定的循环方式周期的运送货载，在输送中需经常控制其运行方向。

机车运输设备用机车牵引一组矿车在轨道上往返周期的运送货载，是我国目前水平巷长距离运输的主要方式之一。

有技术运输设备用有极往复运行的钢丝绳牵引单个或一组矿车子轨道上往复运行。

多用作小型矿井的主斜井提升或一般矿井的采区上下山辅助运输等。

矿井提升设备利用提升滚筒传动的钢丝绳牵引提升容器在井筒内往返运行，完成提升或下放人员及货载的任务。

3、辅助运输设备

一般指除了运煤以外的运输设备，主要类型有：

卡轨车它是一种地轨式辅助运输设备，在车辆上除了装有普通的行走轮外，另装有卡轨轮，其作用是卡住轨道，使车轮不脱离轨道，以适用于巷道底板起伏大，有低鼓以及难以使用机车和有极绳运输的巷道。

单轨吊车单轨吊车是综合机械化采煤配合使用的一种采区巷道辅助运输设备。

它用吊挂车辆，在悬挂于巷道上方的工字型单轨上运行，摩擦轮绞车作动力装置，通过钢丝绳牵引单轨吊车运送货载。

架空索道适用于个别山区矿井地面运输设备。

推车机或爬车机推车机是采取装车站，井底车场，当向罐笼，翻车机推送矿车时或在溜煤眼下部推送矿车时，推动矿车。

而爬车机则是在矿车自溜系统中，用以补偿矿车自溜所降落的标高差，故又称为高差补偿器。

无轨车如胶轮机车在矿井下直接运行。

1.3国内外矿井运输设备发展状况

建国以来，我国的矿山运输设备在技术上有了很大的发展。

各种运输设备均能批量生产并投入使用。

刮板输送机应用极广，种类很多，有单链、双链、三链之分。

近年来，随着高产高效工作面装备技术水平的不断提高，刮板输送机一发展成大功率，高强度，高可靠性的运输设备。

目前国外工作面刮板输送机最大工作长度达到45m，最大输送能力达到5000t/h，最大功率达到2000kw。

已普遍采用了侧卸机头，双速电机，主副电机，主副电机液压平衡的一机体。

我国最新研制装机容量和生产能力最大的刮板输送机装机功率也超过500kw，链速达到1.21m/s，输送长度达到200m以上，工作能力达到1000t/h。

现代先进刮板输送机主要表现为:

整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少螺栓连接，提高了可靠性，使用寿命达到600万t1000万t过煤量；

采用大直径刮板链；

采用软启动技术大大提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍；

故障诊断和工况监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。

在带式输送机方面，近年来国内外带式输送机向着长距离，高带速，大运量，大功率，长寿命，低能耗智能化方向发展。

这是高产高效节约化矿井生产的需要。

国外带式输送机的发展主要表现在两个方面：

一方面是带式输送机的功能多元化，应用范围扩大化，如高倾角带式输送机，管状带式输送机，空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离，高带速，大运量等带式输送机已成为发展的重主要方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。

目前国外在煤矿井下使用的带式输送机已达到主要技术指标见下表1-1【2】

表1-1国外带式输送机的主要技术指标

主要参数

国外300~500万吨/年高产效矿井

采区平巷可伸缩带式输送机

大巷与斜井固定式强力带式输送机

运距/m

2000~3000

>3000

带速/m∙

3.5~4

4~5,最高达8

输送量/t∙

2500~3000

3000~4000

驱动总功率/kw

1200~2000

1500~3000最大达10100

我国生产的带式输送机技术水平也有很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。

如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面平巷可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的关键技术及其主要部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软启动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器。

目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术指标如表1-2：

【2】

表1-2国内带式输送机的主要指标

主要参数

可伸缩带式输送机

大巷与斜井固定强力带式输送机

运距/m

1000~2000

1000~4000

带速/m∙

2~3.5

2.5~4

输送量/t∙

800~1800

1000~2000

驱动总功率/kw

250~750

750~1500

随着高产高效工作面的逐渐增多及煤炭科技的迅速发展，我国原来的带式输送机，无论是主要参数还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，在今后的发展中，需尽快解决好以下几方面的关键技术问题：

带式输送机动态分析与监控技术；

软启动与功率平衡技术；

中间驱动技术；

自张紧技术；

新型长寿命高速托辊技术；

快速自移动机尾技术；

高效储带技术。

这样才能提高我国带式输送机的设计生产和使用管理能力，赶上国际先进技术水平。

在电机车运输方面，电机车正向着大型化、高速化、能爬大坡度、高度自动化控制方向发展。

如瑞典、美国、波兰等国家已开始研制和使用能自动装卸载、无人驾驶运行的全自动化控制的电机车运输设备。

电机车的速度与调速均由中央控制室控制，实现装卸自动化，列车位置及岔道的开合状态可在中央控制室的模拟盘上观察，我国电机车已采用晶闸管脉冲调速系统，实现无级调速，这标志着我国在矿山运输方面已达到了一个新的水平。

2采煤机选型设计

2.1采煤机概述

采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。

双滚筒采煤机综合了国内外薄煤层采煤机的成功经验，是针对我国具体国情而设计的新型大功率薄煤层采煤机。

2.2设计原始资料

已知条件

煤层厚度：

2.4—2.6m；

支护强度：

40KN/；

顶板条件：

Ⅱ级3类；

工作面年产量：

100万吨,；

工作面长度：

150m,倾角:

5度；

物料的散碎密度：

850Kg/m³

物料中最大块度的尺寸：

αmax=300㎜；

物料的动堆积角：

20°；

大巷坡度：

3‰

大巷条件：

低瓦斯矿井，大巷为进风巷道；

该矿井有2个相同的生产能力的工作面，分别设有2个采区，2个采区装车站到井底车厂距离分别为：

=3.5㎞，=3㎞；

顺槽长度：

890m；

上下山：

下；

上下山长度：

990m；

顺槽有少量的灰尘，温度正常；

使用ZZ4000/17/35型（ZY35b型）支撑掩护式支架，其具体使用条件为：

煤层厚度2.0～3.2m，煤层倾角25顶板中等稳定，底板抗压强度≥2Mp,支撑高度1.7—3.5m,中心距1.5m,工作阻力4000KN,初撑力1884N,支护强度0.73Mp,质量10.5t,对底板比压1.83。

2.3滚筒采煤机的选择

正确选择和使用采煤机是提高采煤工作面，生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，目前还缺乏一套完善的计算方法。

它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运输设备之间配套关系，因此，在选型过程中要考虑多方面因素，综合分析后去确定。

2.3.1采煤机的性能参数计算与选择

1、液压支柱最大工作高度Hmax及最小工作高度Hmin的计算

Hmax=hmax-c=2.6-0.096=2.504m

Hmin=hmin-s-c-a =2.4-0.20-0.096-0.080=2.074m

式中hmax，hmin——煤层最大，最小采高

   c——顶梁高度 c=96mm

   s——最大控顶距处，顶板下沉量，可参阅液压支架方法选取

   a——支柱卸载高度，取80mm

2、滚筒直径的选择：

滚筒直径大些对装煤有利，但不宜过大．并应满足采高的要求。

双滚筒采煤机滚简直径应大于液压支架最大采高的一半，则

D=（0.520.6）=（0.520.6）×2.8=1.451.68m

初选D=1.6m

式中——液压支架最大采高,为hmax加上支撑高度的补偿量，中厚煤层可取200毫米，厚煤层取300毫米，薄煤层适当减小；

3、滚筒截深的确定

滚筒截深是采煤机工作机构截入煤璧的深度，是影响采煤机装机功率及生产率的主要因素，决定截深时应充分考虑煤层的压张效应，截割阻抗（截齿截割单位切屑厚度所对应的截割阻力）大小，煤层厚度、倾角、顶板稳定性及采煤机稳定性等。

另外：

为了管理顶板方便，截深应等于液压支架的推移步距。

中厚煤层截深可取0.60.8m，若顶扳稳定，截割阻抗小可适当加大厚煤层为了减轻煤壁片邦，减轻液压支架载荷和避免煤从运输机溢出，截深宜小，可取0.5m左右。

薄煤层由于工人行走困难，牵引速度比较低。

为了保证大的生产率截深可取0.8～1m。

国内生产采煤机，为了制造方便，大部分截深在0.6m左右，薄煤层为l米左右。

在这里选取0.5m

4、滚筒转速的计算

滚筒转速一般认为滚筒转速在30～50r/min较为适宜，薄煤层小直径滚筒由于装煤能力差，为了提高生产率转速可增大到60100r/min。

假定滚筒转速为n=40r/min，转速及滚筒直径经确定后

则V===4m/min

式中m——每一截线上的截齿数取m=2

t——允许的切削厚度t=50mm

5、采煤机最小设计生产率

===694t/h

式中——年生产量,t

d——年工作日，取300天

h——24小时

K——有效开机率，有效开动率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有时间的比值，它综合反映了设备可靠性，选型及组织管理水平，工人技术熟练程度等，西德高产工作面有效开动率可达51%，苏联高产综采工作面可达50％，我国根据有些典型工作面的推算大约在0.150.35之间，一般可取0.20。

6、采煤机截割时牵引速度及生产率

采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低的多。

采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截割时的牵引速度，要根据下述几方面因素，综合考虑。

（1）根据采煤机最小设计生产率决定牵引速度v

=60×H×B×v×r式（2.1）

式中——采煤机最小设计生产率,t/h

H——采煤机平均采高,m

B——采煤机截深,m

r——煤的容重1.35t/

由式（2.1）得

V===5.49m/min

（2）通过截齿最大切屑速度，液压支架推移速度，综合分析后，取v=5.5m/min

所以

Q=60×H×B×v×r

=60×2.6×0.6×5.5×1.35=695t/h

7、采煤机所需电机功率

由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。

采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积

煤所消耗的功率）实验资料来确定，如果比能耗值确定适当，计算值就比较合理。

取截割阻抗A=180200N/mm的煤为基准煤，当采煤机以不同的牵引速度截割时，包括牵引部及辅助液压系统在内，其比能耗的估算值如表2-1，

表2-1螺旋滚筒采煤机比能耗

牵引速度（米/分）

2

3

4

5

6

（千瓦·小时/吨）

0.50

0.44

0.42

0.40

0.38

（1）计算比能耗值：

=×=×0.38=0.34

式中

A——截割阻抗

——被截割煤层截割阻抗国内还缺乏这方面资料根据经验取0.18

——基准煤的比能,按上表取0.38

（2）双滚筒采煤机所需电机功率

双滚筒采煤机．前滚筒与后滚筒截割条件不同，前滚筒截割时，煤层只有面向采空区一个自由面，后滚筒截割时，前滚筒己截割出第二个自由面。

若以表示前滚箭截割比能耗，后滚筒截割比能耗为

==0.8×0.34=0.27

N=（0.6+0.4）=（0.6×0.34+0.4×0.27）=337kw

式中

——功率利用系数两台电机驱动为0.8

——功率水平系数取0.85

——后滚筒工作条件系数,按表2-2选取，取0.8

表2-2后滚筒工作条件系数

滚筒转向

后滚筒开采煤层部位

下部

上部

向着前滚筒截割自由面

0.8

0.7

逆着前滚筒截割自由面

1.0

0.9

国内生产的采煤机电机功率已系列化，有100、150、170、（170×2）、200、300、（300×2）千瓦，可就近选取双电机驱动N=170×2=340kw。

选MLH−340双电机滚筒采煤机，MLH−340双电机滚筒采煤机的参数:

生产率：

780吨/时，采高：

1.6—3.0米，滚筒直径1.6米,最大牵引力210KN牵引速度0—9.33米/分电机功率2×170千瓦,最小控顶距2.2米。

外形尺寸：

7400×2113×1400毫米,质量30吨。

查采煤机配套相关书籍，初选SGZ-730/264刮板输送机与之配套。

2.3.2所选采煤机主要技术参数的校核

1、最大采高的校核：

=A+L+=1.38−0.23+1.19×+0.8=2.96m>2.8m

所以符合

2、最小采高的校核:

=A++=1.380+0.138+0.25=1.768m<2.05m,

所以符合

3、卧底量校核:

A+L=1.38－0.23+0.29－0.8=0.64m

式中A——采煤机高度（机身上平面至底板之距离），m

H——采煤机截割部减速箱高度，m

L——摇臂长度，m

D——滚筒直径，m

——摇臂向上摇动最大角度，°

——摇臂向下摇动最大角度，°

4、采煤机最大截割速度的校核

===6.17m/min＞5.5m/min

式中——运输机的运输能力，t/h，

     H——平均采高，m

     B——采煤机截深，m

   r——煤的实体容重，r＝1.35t/，

所以截割速度满足要求。

5、牵引阻力估算

T=G+fg（+2）±G式（2.2）

式中

f——摩擦系数取0.18

——经验系数取0.6

——估算系数取0.2

——侧面导向反力对牵引阻力影响因素取0.05

当向上牵引时，取正号，向下牵引时取负号,这里取“+”由式（2.2）得

T=20.407+2.001=22.408吨力

3刮板输机选型设计

3.1刮板输送机概述

刮板输送机是目前长壁式采煤工作面唯一的运输设备。

虽然其类型和组成部件的形式多种多样，但基本组成与工作原理相同。

刮板输送机的主要组成部分有：

机头部（包括机头架、驱动装置、链轮组件等）、中间部（包括溜槽、刮板链等）、机尾部（包括机尾架、驱动装置、链轮组件等）和附属装置（铲煤板、挡煤板、紧链器等）。

刮板输送机向上运输最大倾角不得大于25°，向下运输不得超过20°.兼作采煤机轨道的刮板输送机，当工作面倾角超过10°时，为防止采煤机机身及煤的重力分力以及振动冲击引起的刮板输送机机身下滑，应采取防滑措施。

轻型刮板输送机适用于炮采工作面，少数轻型适用于小型机采工作面；中型主要用于普采工作面；重型主要用于综采工作面，此外在平巷和联络眼、采区平巷、上下山也可使用刮板输送机运送煤炭。

【2】

3.2刮板输送机的选型原则

在综采工作面，选择刮板输送机时．应注意其与采煤机和液压支架的配套要求。

工作面刮板输送机和采煤机的配套要求是：

（1）刮板输送机的运输能力必须与采煤机或刨煤机的运输能力相匹配，即应使刮板输送机的运输能力大于或等于采煤机或刨煤机的生产能力；

（2）刮板输送机的结构型式及附件必须能密切与采煤机结构相配套。

刮板输送机与液压支架的配套要求是

（1）刮板输送机的型号及溜槽结构要与液压支架的架型相匹配。

（2）刮板输送机的溜槽长度要与液压支架的宽度相匹配。

（3）刮板输送机溜槽与液压支架的推溜千斤顶连接装置的间距和配合结构要匹祝配。

在一般情况下，刮板输送机的技术特征中给出了下列参数，输送能力Q、出厂长度L、铺设倾角β、电机功率N等参数。

当工作地点的情况与上述参数相符时，据刮板输送机技术特征表选出一台刮板输送机即可。

但当工作地点的倾角和长度与技术特征不相符时，必须通过计算，才能确定所选刮板输送机能否用于该工作地点。

【3】

3.3刮板输送机选择计算

首先根据运输生产率和运输距离，参照刮板输送机技术特征参数进行初步选型，再在初选输送机的基础上进行验算，其内容包括：

（1）刮板渝送机运输能力和溜槽断面计算；

（2）刮扳输送机运行阻力计算；

（3）刮板输送机刮板链张力计算；

（4）刮扳输送机牵引力及电动机功率计算；

（5）刮板链的预紧力和