1、常村 第03章 大巷运输及设备第三章 大巷运输及设备3.1 煤炭运输3.1.1 井下煤炭运输方式矿井煤层赋存比较稳定、储量丰富、煤质优良、煤层生产能力较大，特别是初期开采的3号煤层，具有实现高产高效条件。因此，确定煤炭运输采用胶带输送机运输方式。其理由如下:1. 运量大，运输系统单一化、管理人员少、事故少、效率高、容易实现自动控制和集中生产。2. 具有连续运输的优越性，增产潜力大，能够充分发挥综合机械化设备的生产能力，确保矿井稳产高产。3. 主、辅运输互不干扰，利于简化生产环节、提高劳动生产率和保证安全生产。4. 胶带输送机能适应煤层巷道的起伏变化，具有较强的适应能力。3.1.2 带式输送机选
2、型本次矿井扩建工程实施后，470m水平新增二个综放工作面，分别布置在S7和N5采区。根据470m水平采区接替计划，为保证均衡生产，实现扩建后矿井净增4.00Mt/a的生产能力，前期，需要在+470m水平北翼大巷装备一条固定式钢丝绳芯带式输送机、在+470m水平东翼大巷装备一条固定式钢丝绳芯带式输送机，北翼大巷与东翼大巷之间设+470m水平集中煤仓。二个工作面的原煤分别由顺槽输送机转载到北翼大巷带式输送机、东翼大巷带式输送机上，再由东翼大巷输送机一并送入井底1号煤仓，经仓下甲带给料机转载到主斜井带式输送机运至地面。为协调矿井一、二水平的均衡生产，实现新主斜井提升系统与现有主立井提升系统的双向互动
3、，需要在520m水平西翼石门配备一条可双向运行的带式输送机，增设一个井底2号煤仓，并在主斜井井筒内平行布置一条由井底1号煤仓下口到井底2号煤仓上口的连接带式输送机。井底1号煤仓担负着矿井+470m水平东翼大巷带式输送机来煤以及520m水平西翼石门带式输送机反向来煤的存储和调节缓冲任务。由此一来，+470m水平原煤可经井底1号煤仓转载到主斜井带式输送机运至地面；也可经井底2号煤仓转载到520m水平西翼石门带式输送机运至现有的螺旋立煤仓入煤口，用螺旋立煤仓下的定量装载输送机将原煤装入30t箕斗后由现有主立井系统提升到地面，从而实现+470m水平原煤井下运输系统与现有主提升系统的衔接。反之亦然，一水
4、平原煤也可由螺旋立煤仓上口增设的输送机转载到反向运行的西翼石门带式输送机上，经机头溜槽进入井底1号煤仓内，再由该煤仓下口甲带给料机转载到主斜井带式输送机运至地面。至此，可以完全实现一水平与二水平原煤系统的井下双向运输，从而实现新主斜井提升系统与现有主立井提升系统的互动衔接。一、二水平原煤系统互动关系见图3.1-1。根据上述各带式输送机的功能，兼顾新主斜井提升系统与现有主立井提升系统各自的提升能力，进行各条带式输送机的选型。经计算，北翼、东翼、西翼等大巷各条带式输送机的技术参数为：1）+470m水平北翼大巷带式输送机，机长L2439m，倾角016，带宽B1.4m，运量Q1500t/h，速度v3.
5、15m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPSS500（500 kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH16F31.5（风扇冷却盘管、速比i=31.5）型二台，配BPB-500/1140矿用隔爆型变频器（338A、1140V）二台，驱动装置配有制动器，采用ZLY02200型头部液压自动拉紧装置（9.5kW、660V）。2）+470m水平东翼大巷带式输送机，机长L1892m，倾角012，带宽B1.4m，运量Q2000t/h，速度v3.15m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPSS500（500 kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3
6、SH16F31.5（风扇冷却盘管、速比i=31.5）型二台，配BPB-500/1140矿用隔爆型变频器（338A、1140V）二台，驱动装置配有制动器，采用ZLY02200型头部液压自动拉紧装置（9.5kW、660V）。3）+520m水平西翼石门带式输送机，机长L1915m，倾角0.5833（双向运行，正向上运），带宽B1.2m，运量Q1200t/h，速度v3.15m/s，输送带为St1250（阻燃），驱动装置为YBPS315（315 kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH13F25（风扇冷却盘管、速比i=25）型二台，配BPB-500/1140矿用隔爆型变频器（338A、
7、1140V）二台，驱动装置配有制动器。由于该输送机需双向运行，拉紧装置应设置在正向或反向运行工况时张力变化都较小处，故采用ZLY02200型中后部（正向时）液压自动拉紧装置（9.5kW、660V）。4）井底12号煤仓带式输送机，机长L389m，倾角16，带宽B1.2m，运量Q1400t/h，速度v3.5m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPS375（375 kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH13F22.4（风扇冷却盘管、速比i=22.4）型二台，配BPB-500/1140矿用隔爆型变频器（338A、1140V）二台，采用尾部车式重锤拉紧装置。驱动装置配有
8、制动器及逆止器。上述带式输送机主要技术参数见表3.1-1。由于矿井本次扩建规模大，各带式输送机距离较长、运输能力较大，其设备运行是否正常、可靠、安全将直接影响矿井的生产和经济效益。为有效限制或减少输送带的弹性振动，降低起动和制动时输送带的动张力，减少起动时对电网的冲击和起动过程中各承力部件的动载荷，延长减速器、电动机和工作机构等关键部件的使用寿命、实现多台电机间的功率平衡，应对带式输送机的起/制动加速度进行控制，因此在驱动装置选型时考虑采用软起/停方式。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，本设计对井下带式输送机的驱动方式进行了高速防爆变频驱动、CST可控启/停驱动等多方案比较
9、。高速防爆变频驱动系统是由变频调速隔爆型电动机+减速器+交-直-交隔爆型变频电控系统组成。隔爆型变频器为德国BARTEC产品，现由中德合资的博太科电气（山西）公司生产。它由功率器件（IGBT晶闸管）整流器、滤波电抗器、逆变器、控制器、水冷器件等组成。其工作原理是通过控制器来调节功率器件中的绝缘栅极，使进入功率器件的交流电源的频率发生变化，通过改变输入电源的频率来改变电机定子旋转磁场速度，从而对电动机的不间断运转进行转速调整，能2象限或4象限运行，具有电气制动和能量反馈功能。在低频下，通过磁场调节，可以确保电动机长期、平滑地运转，特别是在电动机过载的情况下，能够自动调节输出频率，并最终在一个新的
10、稳定速度点运行。通过控制频率变化范围和时间，就可使输送机按照设定的速度曲线平稳起动，实现软启动，由于为交-直-交电流型变频器，其功率因素高，高次谐波分量低，无需设无功补偿及谐波滤波装置，具有技术先进、设备成熟、控制可靠、调速范围宽、控制精度高、响应速度快、保护完善、抗干扰能力强、人机界面友好、开机率高等特点，易于实现启/制动速度的自动跟踪，能够提供可控的、理想的启/制动性能，起动加速度可以控制在00.05m/s2，适用于长距离、大功率、线路复杂的带式输送机，可以控制输送机按设定的“S”形曲线起动和制动，控制启/制动时间，以限制输送带的弹性振动，减少起动时的动张力，满足整机动态稳定性及可靠性的要
11、求；可长时间地保持在低于额定速度下的较低速度运行，且低速运行稳定，跳频特性可避开机械共振点，能有效避免机械共振，可满足长距离带式输送机的验带要求，真正提供验带速度；可根据井下原煤的生产情况调节带速，节能效果明显，无运行功率损耗。其缺点是系统复杂，隔爆型变频器的最大功率只到500kW，在国内煤矿井下大功率带式输送机实际运用较少，仅屯留、东滩等少数矿井有使用实例。CST可控启/停驱动系统由交流异步电动机CST可控启/停装置构成。CST可控启/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
12、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。电机可空载起动，提高电机寿命；能实现同一条输送机多台电机的分时空载起动，减小起动电流对电网的冲击，降低对电源系统的技术要求；起动完成后，以正常带速运行时，无滑差消耗，整个系统的效率高；具有设定起动速度曲线自动跟踪控制、过载保护、多机平衡等功能，可以控制带式输送机按设定的“S”形曲线起动，起动加速度0.2m/s2，使输送带的张力控制在允许范围，以满足整机动态稳定性及可靠性的要求；多机功率不平衡率2%，反应时间50l00ms，控制精度高、动态响应快、结构紧凑、
13、占地面积小、布置简单，是长距离、大运量、线路复杂的带式输送机较理想的驱动装置，而且使用效果好、经验成熟、维护较方便。其缺点是系统较复杂，对液压元器件的维护技术要求高，专用润滑油的费用较贵，不能在低速下长时间运行。经比较论证，因潞安屯留矿井井下南翼、北翼采区的带式输送机已采用了高速防爆变频驱动系统，已投入运行的南翼采区各条带式输送机使用效果很好，为常村矿的使用可提供借鉴与经验；常村矿井下一水平与二水平原煤系统要实现双向运输，带式输送机的运量常常不均衡，采用变频驱动系统可根据井下原煤的生产情况调节带速，节能效果明显，无运行功率损耗；北翼、东翼、西翼等各条大巷输送机单机功率均500kW，具备使用高速
14、防爆变频驱动系统的条件；且主斜井带式输送机已采用交直交变频驱动系统，井上下均采用变频驱动系统，易于实现整个矿井的工业自动化控制。故本设计不推荐CST可控启/停驱动系统，而推荐高速防爆变频驱动方式。另配备IPC控制中心，以实现多机功率平衡，保证功率不平衡度2%。3.2 井下辅助运输3.2.1 辅助运输方式1. 目前国内外主要辅助运输设备使用情况及其适应条件 无轨胶轮车：该类车辆专用性强，运输速度快，一次载重量较大，为矿井提高生产能力提供了条件，无轨胶轮车灵活、机动、快速、环节少、运输成本低，高效的运输方式使煤矿摆脱了长期以来辅助运输对矿井大幅度提高生产能力的制约，从上个世纪90年代起，我国神府矿
15、区、兖州矿区先后从国外引进内燃无轨胶轮车设备，实现了辅助运输无轨化，一举改变了煤矿辅助运输的落后面貌，取得良好的经济效益。国内厂家经过引进、消化、吸收，目前，部分内燃无轨胶轮车已实现国产化，大大降低了无轨胶轮车的初期投资。 单轨吊：该设备需根据运输的不同物料种类配用专用吊具，它适用于坡度12以下、顶板坚硬或为拱型支架支护、不出矸石、工作面用人少、材料消耗少的高产高效矿井。由于吊挂件限制，国内外现有单轨吊设备最大牵引力60KN，最大列车组重30t，载重16t以下，速度02.5m/s，运输能力有限，机车头、尾车间及与吊具间均为液压管路联接，吊具更换麻烦，设施维护与安装工程量大，且运输无法紧跟迎头。
16、近年来，DBT公司先后研制了DZ1500、DZ1800、DZ2000型单轨吊，其功率80130kW，最大牵引力80120KN，载重可达30t，适应巷道倾角可达20，速度02.6m/s。 蓄电池电机车：适合平巷运输，一次载重量大，速度快，设备投资与运行费很低，目前仍是平巷运输的基本设备。 胶套轮齿轨卡轨车：有机械式与液压式两种类型，功率90300马力，速度05.5m/s，齿轨驱动时1m/s以下，机车重1015t，最大牵引力80KN。如井巷全程3以下，两类车均可使用胶套轮在普通轨上运输；而液压式8轮驱动机车采用专用轨及道岔(放下卡轮)时，胶套轮运输可达到5；超过上述坡度均需增设齿轨、护轨(共5条轨
17、)，其最大运输坡度：液压式4轮驱动及机械式机车为8，液压式8轮驱动机车12。两类机车均存在爬坡时冒黑烟、开锅、速度显著下降现象，且运输无法紧跟迎头，特别是倾角大需铺齿轨时；齿轨卡轨车曾在潞安王庄煤矿试用、进行鉴定，目前在潞矿集团公司的石圪节煤矿仍在使用，但距离较短、坡度较小。 绳式卡轨车、普通无极绳及无极绳连续牵引车 绳式卡轨车：最大运输坡度25，最大运距2000m，最大牵引力40（80）KN，速度2（1）m/s。由于安装了压绳轮与卡轨，该车允许巷道有一定坡度变化和水平转弯。在大坡度巷道中，货载位于牵引车与制动车之间，虽然安全可靠，但组车麻烦，而取消尾部制动车后的适用性则与无极绳连续牵引车相同
18、而不能运人。该车一般为液压绞车牵引，设备较贵，结构比较复杂，使用条件比较苛刻，国内矿井现场使用不多。 普通无极绳：最大运输坡度12，最大运距2000m，最大牵引力50KN， 最大速度1m/s。该车由于矿车与钢丝绳间采用活动卡子人工固定，对钢丝绳破坏严重，且单车载重及允许巷道坡度较低，安全性较差，但由于价格便宜、结构简单、安装容易，目前仍在很多矿井被采用。 无极绳连续牵引车：该车综合和简化了无极绳绞车和绳式卡轨车的技术特点，配备立式紧绳装置，可减少硐室长度，配备了牵引车，其提升速度、能力与运距及安全性均优于无极绳，结构则较绳式卡轨车简单。其牵引力可根据所配无极绳绞车功率与钢丝绳直径调整；最大运距
19、可达2400m左右。提升坡度可达14, 安装压绳轮后能适应倾角变化，局部安装卡轨后则可实现弯道运输，巷道坡度大于14时则需去掉道夹板并加挂限速制动车。 上述绳式卡轨车、无极绳和无极绳连续牵引车只适合单双轨不分岔运输、巷道分岔过道岔时均需设落平段约20 m。 提升绞车、调度或双速绞车：最大运距一般小于1000m， 最大牵引力40300KN，最大速度提升绞车2.6m/s，其它1.5m/s以下，绞车只能单向牵引，对反向自滑行坡度要求严格，但过道岔容易。目前国内在倾角小于8的近水平煤层大型矿井中，辅助运输普遍向无轨胶轮车方向发展。煤层倾角大于此值时，一般均仍将采用分段运输方式。在中小型矿井中一般采用电
20、机车与绞车或无极绳配合。对于大型矿井，由于采区尺寸普遍较大，绞车已无法满足需要；无极绳又因运输重量有限而不能采用；绳式卡轨车虽然运输距离和重量可基本满足需要，但由于技术复杂、费用高、环节多而不受欢迎。为实现长距离煤层巷道辅助运输，近十余年进行的单轨吊、齿轨卡轨车等新型运输设备开发研究，虽局部有所采用，但由于设备的适用性与可靠性问题，使用效果均不十分理想，未能实现最初的“长距离直达运输设备”开发愿望。2. 常村煤矿辅助运输现状常村煤矿现有的辅助运输系统为：大巷采用l0t和l4t架线电机车牵引900mm轨距3t系列矿车，运送物料和人员，采区材料巷（材料上、下山）采用英国产700型卡轨车和NECD9
21、16型单轨吊辅助运输，工作面采用NECD916型单轨吊运送物料。井下目前有13台单轨吊、4部卡轨车。物料运送：副井井底车场架线电机车沿+520m水平大巷至各采区车场16t换装站卡轨车运至单轨吊换装站单轨吊至各工作面卸料点。人员运送：副井井底车场等侯室架线电机车沿+520m水平大巷牵引专用人车至各采区侯车点经材料巷至工作面。3. 矿井扩建工程辅助运输方式的选择就常村煤矿而言，扩建后+470m水平生产能力4.006.00Mt/a，要求辅助运输能满足矿井重型、大功率、高产、快速的需要，可以采用无轨胶轮车运输方式和常村煤矿目前使用的单轨吊卡轨车两种辅助运输方式作为选择方案，作进一步比较。无轨胶轮车运输
22、方案的优缺点如下：无轨胶轮车运输具有运行速度快，载重能力大，爬坡能力强，转弯半径小，可在复杂线路巷道中行驶，灵活机动；能够实现一机多用，更换不同的车厢即可完成不同的辅助运输作业，能将辅助材料、设备、人员从井底车场直达工作面的连续运输，尤其在长距离运输及综放设备搬家方面更能显示其灵活机动的优越性。运输环节简单，人员少，效率高；对巷道适应性较强，有利于井下多做煤巷，减少矿井的出矸率，简化开采系统。其主要缺点是设备（尤其是支架搬运车等重型车辆）国产化程度低，设备费用较高；对巷道底板要求较严格。单轨吊卡轨车辅助运输方案的优缺点：该方案的优点是设备投资较少，已在常村煤矿运行多年，现场生产管理熟练，运输设
23、备及零配件具有互换性。其主要缺点是辅助运输环节多，占用的设备多，井下从事辅助运输的人员多，效率低等。设计结合矿井+470m水平煤层赋存相对稳定，辅助运输巷道倾角小于5的特点，考虑到+520m水平的辅助运输的现状和习惯以及增强两个水平之间辅助运输设备的互换性，充分利用辅助维修设施、设备，以减少投资，设计推荐矿井扩建后+470m水平初期辅助运输（材料运输）采用单轨吊车方式，后期大巷采用蓄电池电机车+上下山、顺槽采用单轨吊的运输方式。这样，既可以克服无轨胶轮车运输设备一次投资较高的缺点，又减少了转载环节，提高了辅助运输的效率。结合单轨吊车运行速度慢、运送人员效率低的特点，为节省路途时间，提高工效，所
24、有采掘人员必须一次运送到位，设计推荐在一、二水平之间的S1轨道下山、东翼进风大巷各布置一部架空行人器，在北翼进风大巷布置一部架空行人器，专门运送井下人员上下班。井下辅助运输系统见图3.2-1。3.2.2 辅助运输车辆选择1. 设计依据矿井+470m水平初期布置1个放顶煤综采工作面和1个瓦斯预抽工作面、4个综掘工作面和1个岩巷普掘工作面；综掘工作面设计进度300m/月，设计年工作日330d。2. 矿井辅助运输量根据巷道布置与支护方式及采掘进度，矿井开采S7采区，N5采区为瓦斯预抽区。井下主要运输的物料为锚杆、金属网片、砂石、水泥、轻质砌块、坑木、管道等，井下最大班人员按158人考虑，主要运输的设
25、备为采掘工作面装备和电器设备；工作面安装期14天，搬家期7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3班；人员运输考虑以各采掘工作面、风墙砌筑人员、巷修铺底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S7采区辅助运输量，见表3.2-1。表3.2-1 物料及普通设备运输数量表名称单位数量喷射材料箱/班15铺底材料箱/班1钢材箱/班8风墙砌筑材料箱/班1坑木箱/班2其它箱/班5合计箱/班322. 辅助运输车辆选择 人员运输+470m水平综放工作面共1个，工作面人数40人/班；掘进工作面5个，每个工作面人数15人/班；其他工作地点工作人数43人。井下最大
26、班人员合计为158人。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，据此初选架空行人器两套，在一、二水平之间的S1轨道下山和东翼进风大巷布置一套（运距3.95km，v=01.2m/s，乘人间距：10m，运量360人/小时），在北翼进风大巷中布置一套（运距2.3km，v=01.2m/s，乘人间距：8m，运量480人/小时）。 物料及普通设备运输车辆选择矿井正常生产时为每日3班运输，DZ1800单轨吊对物料及普通设备采用集装箱运输，每个集装箱净载重4t考虑，每班运输的箱数如表3.2-1。每次可同时运4箱，每班需运8次，若选2套DZ1800单轨吊机车，根据平均运距3.2km，平均速度2m/
27、s考虑，每班每车需运行4次，运输能力略有富裕。综合上述分析，矿井+470m水平设计初期选2套DZ1800单轨吊机车，后期可根据需要适当增加。DZ1800单轨吊井下连续辅助运输系统的主要技术特征如下：动力装置：4缸海尔涡轮增压柴油机，功率80kW/1800rpm，水冷系统驱动系统：牵引力80kN；运行速度2.5m/s 驱动轮直径340mm，液压马达数量 8。制动装置：制动单元数量6，单个单元制动力16kN，典型系统制动力96kN。电控系统：PCM，工作电压212/2A，发电机24VDC 10A。工作条件：瓦斯浓度 至1.5%CH4，环境温度-10+40C，相对湿度90%，运行轨道I 140E。转
28、弯半径：水平4m；垂直10m。外形尺寸与重量：宽度0.8m，至轨道底端高度1.23m，机车长度14 m，机车重量6.6t。爬坡能力：030运输能力：一次可运人204人，材料集装箱44t，25t液压支架1架。 蓄电池电机车为解决副立井底车场换装时有轨运输系统车辆的调度，地面、井下各选用2台XK12-9/192-KBT蓄电池电机车。为解决矿井大件设备的上下井，在地面及井底车场配备了30t重型平板车、5t矿用平板车及5t矿用材料车。所选辅助运输车辆见表3.2-2。井下辅助运输系统见图3.2-1。3.3 主要运输及通风巷道矿井现开采的第一水平的南、北翼采用3条大巷布置，在3号煤层底板岩石中设水平轨道大
29、巷，在3号煤层中设胶带输送机大巷和专用回风大巷。设计根据3号煤层的赋存特点、煤层顶底板的岩性及煤层硬度，结合矿井深部瓦斯赋存情况和矿井通风的需要，矿井二水平即+470m水平采用5条大巷布置，即辅助运输大巷、进风大巷、胶带输送机大巷和2条回风大巷，其中回风大巷沿3号煤层顶板布置，进风大巷、胶带输送机大巷沿3号煤层底板布置，辅助运输大巷定坡布置在3号煤层底板岩石中。大巷间距为50m，保护煤柱宽度50m。大巷横贯间距以掘进通风需要确定，设计暂定300m，在进、回风大巷间的横贯中需采用轻质混凝土砌块密闭墙或风门隔断。大巷断面根据运输设备外形尺寸及通风量确定。断面形状及支护：煤层大巷均为矩形断面，锚梁网喷支护，局部围岩不稳定段加锚索，其他大巷均为拱形断面锚喷支护、加钢筋网。大巷断面参见断面图册。
