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常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司86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，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号煤仓常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司87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L＝2439m，倾角α＝0～16°，带宽B＝1.4m，运量Q＝1500t/h，速度v＝3.15m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPSS－500（500kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH16＋F－31.5（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ZLY－02－200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L＝1892m，倾角α＝0～12°，带宽B＝1.4m，运量Q＝2000t/h，速度v＝3.15m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPSS－500（500kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH16＋F－31.5（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ZLY－02－200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L＝1915m，倾角α≈±0.5833°（双向运行，正向上运），带宽B＝1.2m，运量Q＝1200t/h，速度v＝3.15m/s，输送带为St1250（阻燃），驱动装置为YBPS－315（315kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH13＋F－25（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、常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司881140V）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ZLY－02－200型中后部（正向时）液压自动拉紧装置（9.5kW、660V）。4）井底1～2号煤仓带式输送机，机长L＝389m，倾角α＝16°，带宽B＝1.2m，运量Q＝1400t/h，速度v＝3.5m/s，输送带为St1600（阻燃），驱动装置为YBPS－375（375kW、1140V）变频调速隔爆型电动机二台、减速器H3SH13＋F－22.4（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。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常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司89常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司90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0～0.05m/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50～l00ms，控制精度高、动态响应快、结构紧凑、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，为常村矿的使用常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司91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⑴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。⑵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0~2.5m/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。近年来，DBT公司先后研制了DZ1500、DZ1800、DZ2000型单轨吊，其功率80～130kW，最大牵引力80～120KN，载重可达30t，适应巷道倾角可达20°，速度0~2.6m/s。常村煤矿扩建工程初步设计第三章大巷运输及设备中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司92⑶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。⑷胶套轮齿轨卡轨车：有机械式与液压式两