论采用大倾角皮带机对斜井串车提升的改造

绪论:在现有煤炭企业内，很多中型矿井采用斜井串车提升做为主要提升方式。由于设备周转率高、升降频繁，普遍存在着运输效率低、事故率高等制约和威胁矿井安全生产的各方面隐患。

斜井串车提升存在的问题

    1、斜井串车提升系统简介

    斜井串车提升为多水平分盘提升。在70 年代和80 年代初期建设的矿井，主提升大部分为斜井串车和斜井箕斗提升（见斜井串车提升系统流程图1）。

    采区工作面的煤炭运到各水平储煤仓后，通过装车口将煤炭装入矿车，经平巷机车运输、斜井绞车多水平分盘提升运到地面。再由调度绞车拉到地面罐笼翻车，最后由选煤皮带筛选入仓。

    2、提升能力不足、生产事故率高、有煤拉不出来影响矿井生产是斜井串车提升的突出问题。以辽源矿业集团梅河煤矿三井为例。该井1978 年投产，设计产量年产45 万吨。两条井筒，主提升井筒倾角23 度，采用双钩串车提升。付井筒倾角也是23 度，负责送人，下料提矸石及兼做回风井筒使用。该井从投产至1992 年系统改造前产量逐年提高，平均年产量83 万吨。小班拉车800 多车，近万次的操作和长距离的运输导致事故多发，有煤拉不来。事故率一直在7～15％间徘徊。严重影响和制约了矿井的生产。

    3、斜井串车提升由于工序复杂，设备多、运距长，随之带来的另一负面问题是作业人员多，轨道和设备维修量大费用高。45 万吨的矿井，专为拉煤炭用的矿车、电机车及各种专用设备300 多台，运输铁路2000 多米。各种设备维修费用、设备损耗每年在120 万元以上。另串车提升很多环节只有拉重载时才做有用功，空载时近一半的电力、机械功耗都白白的浪费掉了。昂贵的费用和无为的损耗加大了煤炭产业的成本。

    4、斜井串车提升最严重的问题还是安全问题。而在煤炭生产过程中首要任务就是保证安全生产。斜井串车提升系统中设备的高频率周转，繁杂的工序，对时时围绕车辆工作的运输战线职工，在人身安全上造成极大的威胁。串车运行中联结销频繁数千次的插、拔，绞车钩头的数百次甩、挂车。不可避免的发生插销不严联结不可靠现象。几百台矿车及几千米铁路由于维修工作跟不上，甩轮掉道事故、跑车事故更无法杜绝。仍以三井为例。根据矿史记载在1992 年改造前的15 年里，发生跑车事故11 起，重伤以上人身事故16 起。基于斜井串车提升存在的诸多问题，已不能适应快速发展的生产需要。影响生产的瓶颈现象，大量的费用负担及严重的安全威胁，促使企业不能不慎重考虑系统的改造问题。

采用大倾角皮带机改造的优越性

    1、大倾角皮带运输系统简介

    大倾角胶带运输机是新建矿井广泛采用的一种连续运输设备。以钢丝绳芯胶带作为牵引机构与承载体。带强高、运距长运输量大，设备简单起动平稳，是斜井改造的首选设备。其转动系统如图2 所示。皮带机由以下几部分组成:

    驱动部分——电动机、联结装置、减速器、主驱动滚筒、改向滚筒。
    卸载部分——卸载滚筒、清扫器、除铁器
    中间部分——钢丝绳芯胶带、托辊及机架、皮带断带保护装置
    机尾部分——尾滚筒、机尾架、张紧小车

    胶带绕经驱动滚筒－改向滚筒－尾部张紧改向滚筒－卸载滚筒－驱动滚筒，通过机架、托辊支撑形成环状而达到不间断连续运输。

    2、大倾角皮带机运输量大，运距长，采用的胶带为钢丝绳芯胶带，胶带强度高（最高可达6000N/mm）。作为斜井主提升具有以下优点：

    1）大倾角钢丝绳芯胶带机为固定式机械，整机安装空间小。除机头部分外，中间部分和机尾部分所需空间与单钩串车提升井筒几乎相等。斜井内可直接进行改造安装，矿务工程量小。

    2）设备维修量小，事故率低。固定机械自有的优越条件使设备的检修、维护量与串车提升相比大大降低，生产事故几乎为零。由于不存在人员围绕车辆工作现象，人身安全有了保障。

    3）由于钢丝绳芯胶带内部是以钢丝绳为牵引机构和承载主体，张力传递迅速，启动平稳无浪涌现象，可使运输距离长达上千米。胶带运输机的形环不间断运输方式，解决了串车间歇周期式提升对煤矿生产的瓶颈影响。能够全面满足矿井提升的各方面要求。

    以辽源矿业集团梅河煤矿三井为例。1992 年井口生产系统改造，采煤工作面采用综采支架低位放顶煤，煤炭产量大幅度增加，产量翻了一翻。矿井由设计年产45 万吨核定为90 万吨。产量的增加导致提升环节更加不能满足生产需要。形成拉多少出多少，以提升定产量的瓶颈现象。为了扭转运输被动局面，保证矿井生产的有效发展。局、矿于1992 年7 月～9 月对三井的提升系统进行了改造。主提升采用哈尔滨煤机厂生产的STJ800/2×220Q 大倾角带式输送机。钢丝绳芯胶带宽度800mm，胶带强度2000kg/cm。皮带机长度659 米，胶带环长1400 米，胶带接头采用热硫化一级全塔。更换后的各项主要指标核算如下：

一、原始条件：

    输送长度L＝570 米
    输送机安装倾角α＝23 度
    胶带每米重量qd=45 kg/m
    货载最大粒度横向尺寸amax=300 mm
    胶带宽度B＝800 mm
    胶带运行速度V＝2.0 m/s
    货载堆积角30°
    全井生产率A1
（年产量90 万吨300 天工作日3 个班作业每班6 小时）
    

1、验算胶带宽度B
    验算B＝800 毫米宽胶带能否满足原煤的块度要求。
    B≥2 amax+200mm
    ＝2×300＋200
    ＝ 800（mm）
    即B＝800 毫米宽的胶带可以满足最大块度为300 毫米的货载要求。

2、计算运输量Q
    Q＝KB2VRC
    式中：B－胶带宽度（m） B＝800 mm = 0.8 m
    Q－输送量t/h
    V－带速m/s V＝2.0 m/s
    R－货载散集容重（t/m3） 取R＝1.0 t/m3
    K－货载断面系数，根据货载堆积角为30°查表K＝458
    C－输送机倾角系数，查表倾角为23 度C＝0.9
    将各参数代入上式；
    Q＝KB2VRC
    ＝458×0.8×2×2×1.0×0.9
    ＝527.62 t/h
    由计算可知Q＞A，采用800 毫米的胶带机的输送量完全可以满足年产90 万吨的需要，并且留有充分裕量扩大再生产。

二、胶带强度计算m:

    式中：m－安全系数最小安全系数要求大于7。
    B－胶带宽度cm B＝80cm
    Gx－胶带强度kg/cm Gx=2000 kg/cm
    Smax－胶带最大静张力（kg）
    计算胶带最大静张力Smax
    计算示意图如下:

1、计算胶带运行阻力
1）、重段阻力计算： 2-3 段的阻力F2-3
F_2-3 = （q₀+q_d+q_g‘） L_2-3 W‘cos23°+（q₀+q_z）L_2-3sin23°
    式中：q₀－每米胶带上的货载重量（kg/m）

    A－运输生产率（吨/小时）考虑生产潜力取
    A=1.25A1=1.25×167＝209 吨/小时
则
    L_2-3-重载长度m  L_2-3＝570 m
    q_d－胶带每米自重kg/m， q_d＝45 kg/m
    q_g‘－折算每米长度上的上托辊转动部分的重量
    
    G_g‘－每组上托辊转动部分重量  G_g‘＝11 kg
    L_g‘－上托辊间距（米）， 取L_g‘＝1.2 m
则
    W‘－槽形托辊阻力数， 查资料W‘＝0.05
    F_2-3=（29.02+45+9.17）×570×0.05cos23°+（29.02+45）×570sin23°＝18667.93 kg

2）、空段阻力计算
    4-5 段阻力F4-5 按直线计算
    F_4-5＝（qd+qg"）L_4-5W"
    式中：q_g"－折算到每米长度上的下托辊转动部分的重量
    
    G_g"－每组下托辊转动部分重量G_g"＝12 kg
    L_g"－下托辊间距（米） L_g"= 3 m
    则：， L_4-5≈10 m
    W"－胶带在下托辊上运行阻力段， 查资料W"＝0.025
    所以：F_4-5 = （45+4）×10×0.025＝12.25kg
    6-7 段阻力F_6-7
    F_6-7 = （q_d+q_g‘"） L_6-7W‘"
    式中：q_g‘"－6-7 段折算每平长度上的下托辊转动部分重量
    
    G_g‘"－每组下托辊转动部分重量G_g‘"＝12 kg
    L_g‘"－此下托辊间距L_g‘"＝1.2 m
    
    W‘"－胶带在下托辊上动作阻力系数，查表得：W‘"＝0.025
    F_6-7=（45+10）×9×0.025＝12.375 kg
    8-9 段阻力为皮带与滚筒之间的摩擦阻力
    F_8-9＝q_dL_8-9μ
    式中：μ－胶带与滚筒之间的摩擦系数，μ取0.3
    L_8-9 = 1.5 m
    则F_8-9＝45×1.5×0.3＝20.25 kg
    1-9 段阻力：
    F_1-9=（q_d+q_g"） L_1-9 W"cos23°-q_dL_1-9sin23°
    =（45+4）570×0.025cos23°－45×570sin23°
    =-9379.51kg
    胶带张力计算
    根据总垂度要求，求出最小张力S2
    S₂＝5（q₀+q_d）L_g‘cos23°
    =5×（29.02+45）×1.2cos23°
    =408.81 kg
    
    式中：K－滚筒阻力系数K＝1.06
    S₃=S₂+F_2-3
    =408.81+ 18667.93＝19076.74 kg
    S₄=KS₃=1.06×19076.74＝20221.34 kg
    S₅=S₄+F_4-5=20221.34+12.25=20233.59 kg
    S₆=K²×S₃=1.06²×19076.74＝21434.63 kg
    S₇=S₆+F_6-7=21434.63+12.375=21447.00 kg
    S₉=S₁-F_1-9=385.67-（-9084.55）=9470.22 kg
    S₈=S₉+F_8-9=9470.22+20.25=9490.47 kg
    胶带最大静张力为S7=21447 kg，将
    S_max = S₇ = 21447 代入
    

核算结论胶带强度满足要求

    通过以上计算，大倾角皮带运输不论在输送量上还是设备的强度上都远远超过串车提升的能力，能够满足矿井不断发展的需要。实践也证明了这一点。辽源矿业集团梅河煤矿三井通过改造，十几年来生产形势一直稳步上涨，产量逐年上升。与改造前相比较在产量上、全员效率上均有大幅度增加。见下表：

    大倾角皮带的改造成功，使企业取得了明显的经济效益。辽源矿业集团继三井改造之后，陆续对梅河煤矿二井、四井主提升井进行了改造，使梅河煤矿综合生产能力得到全面提高。

结束语

    采用大倾角皮带机对斜井串车主提升系统进行改造，彻底摆脱了旧的提升方式对煤炭生产的制约，使矿井生产有了广阔的发展空间。辽源矿业集团梅河煤矿斜井串车提升系统改造后的成效，给发展中矿井提升系统改造提供了可靠的依据。在今后的煤炭事业发展中，大倾角胶带运输机必将逐步取代斜井串车提升，成为斜井提升的主流。

参考文献

张国柱《矿山运输机械》煤炭工业出版社1979.1

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