第二章 井下煤流运输系统各运输点的设备选型设计
2.1回采工作面运输机械的选择设计
2.1.1原始资料
（一）按第1部分所给的工作面生产能力Qc、工作面长度L、煤层倾角β、煤的散积容重γ等参数进行工作面刮板输送机选型计算。
1）回采工作面生产能力Qc（t/h）
Qc＝60·h·b·γ·V
式中：h——回采平均高度，1.4m
b——滚筒截深，0.6m
γ——原煤容重，1.35t/m3
V——采煤机牵引速度，3m/min
则：Qc＝60×1.4×0.6×1.35×3=204（t/h）
2）刮板输送机的铺设长度L（m）
设计工作面长度为100m，刮板铺设长度为L=100m。
3）刮板输送机的铺设倾角（β）
煤层倾角为8°，刮板输送机的铺设倾角最大按8°考虑。
4）物料的散碎密度（γ）
物料散碎密度为0.9t/m3。
（二）a. 顺槽转载机的选型（不计算，注意设备配套）。
b. 顺槽胶带机的选型计算。
amax=300 mm L顺槽 =800~1400 m β顺槽=00
（三）采区上（下）山胶带机选型计算。
β煤层倾角（已知） L上（下）山长=600~1000 m
（四）大巷电机车运输选型计算
若采区年产量≤120 万吨，则按东、西两翼进行选型计算（既认为东、西两翼各布置一个≤120 万吨的采区），东、西两翼采区距井底车场的距离L=1200~2000 m
（五）按要求绘制运输系统图
2.1.2刮板输送机的确定
2.1.2.1验算运输能力
刮板输送机的运输能力为
Q＝3.6Fγψ（V－Vc/60）
式中：F——运行物料的断面积，经过SGZ764-320型刮板的运行物料断面积为0.28m2
γ——物料的散碎密度，0.9t/m3
V——刮板链速，1.1m/s
Vc——采煤机牵引速度，3m/min
ψ——装满系数，查表可知，当β为8°时，取0.8
则： Q＝3.6×0.28×900×0.8×（1.1－3/60）=762t/h＞Qc＝204t/h
所选刮板输送机适合。
2.1.2.2运行阻力计算
（1）重段直线段的总阻力
Wzh＝（q·ω＋q1·ω1）L·g·cosβ－（q＋q1）L·g·sinβ
＝129304N
式中：q——中部槽单位长度货载质量
q＝Q/3.6V＝762/3.6×1.1=232.8kg/m，
q1——刮板链单位长度质量，18.8kg/m
ω——物料在溜槽中运行阻力系数，取0.7
ω1——刮板链在溜槽内移行的阻力系数，取0.3
L——刮板输送机的铺设长度，100m
β——刮板输送机的铺设倾角，8°。
（2）空段直线段的总阻力
Wk＝q1·L·g（ω1cosβ±sinβ）
上述式中，“＋”、“－”的选取，该段向上运行时去“＋”，向下运行时 取“－”
经计算， Wk＝8037N
（3）弯曲段运行阻力
工作面刮板输送机在推溜时，机身产生蛇形弯曲，由此产生的附加阻力为
①重段弯曲段的附加阻力
Wzhw＝0.1Wzh=12930.4N
式中：Wzhw——重段弯曲段附加阻力，N
②空段弯曲段附加阻力
Wkw＝0.1Wk=803.8N
③刮板链绕经从动链轮处的阻力
Wc＝（0.05～0.07）Sy＇=640N
式中：Sy＇——刮板链在从动链轮处的阻力， 10665N
④刮板链绕经主动链轮时的阻力
Wz＝（0.03～0.05）（Sy＋Sl）＝656N
式中：Sy＇——刮板链在主动链轮相遇点的张力，10665N
S1——刮板链在主动链轮分离点的张力，11198N。
总的牵引力W0可按下式计算
W0＝1.21(Wzh＋Wk)
＝1.21(118092+8331)
=166183N
2.1.2.3刮板链张力的计算
（1）判断最小张力点的位置
设计选取双机头驱动，按两端布置传动装置分析，Wk－1/2W0＜0，则1点为最小张力点。
图2-1 刮板链张力
（2）用逐点计算法求各点张力
通常从最小张力点开始计算。
计算简图如下：
S1=Smin＝6000N
S2=S1＋Wzh＝6000＋129304＝135304N
S3= S2－W0/2＝135304－166183.3/2＝52212.4N
S4= S1+ Wk=6000+8037.5=14037.5N
2.1.2.4牵引力及电动机功率计算
设计为机采工作面，刮板输送机的总牵引力为
W0＝1.21(Wzh＋Wk)
＝1.21(118092+8331)
=152971N
Nmax＝
Nmin＝
Nd＝0.6
考虑20％的备用功率，取电机功率备用系数为k＇＝1.2，则：
N＝1.2Nd=171.46kW
由计算知，所选刮板输送机的电机功率满足要求。
2.1.2.5刮板链的预紧力和紧链力计算（略）
刮板链的预紧力和紧链力，以保证链条与链轮的正常啮合平稳运行为宜，一般按2000～3000N考虑。
2.1.2.6验算刮板链的强度
刮板输送机刮板链的安全系数为
n＝
＝7.8
式中：n——刮板链安全系数，
Sd——一条链的破断力，610000N，
Smax——刮板链的最大净张力，124092N，
λ——双链负荷不均匀系数，取0.96。
计算出的安全系数必须满足：
n≥3.5
经计算，n为7.8,说明链子的强度满足。
2.2采区运输顺槽运输机械的选择设计
2.2.1转载机的选择
2.2.1.1选择原则
1、转载机的运输能力要稍大于工作面刮板输送机的运输能力；
2、顺槽转载机的机尾与工作面刮板输送机的连接处要配套；
3、顺槽转载机的零部件与工作面的刮板输送机的零部件尽可能通用。
2.2.1.2顺槽转载机的选择
根据上述选择原则及工作面刮板输送机的运输能力等，选择转载机型号为：SZ B630/40型（山东中煤大型设备有限公司）。其技术参数如下表：
SZB630/40型刮板转载机的技术参数 表2-1
|
型号
|
标准长度（m）
|
链速（m/s）
|
圆链环（mm）
|
输送量（t/h）
|
中部槽规格（mm）
|
|
SZB630/40
|
20
|
1.00
|
φ18×86-c
|
300
|
1500×630×222
|
2.2.1带式输送机的选型计算
设计原始资料:
带式输送机的铺设长度，800m
带式输送机的铺设倾角，0°
顺槽设计运输生产率，Qc 204t/h
物料的松散密度，0.9t/m3
物料中的最大块度尺寸，300mm
物料堆积角，30°
根据上述资料，初选顺槽带式输送机型号为：DSJ80/60/2×55型可伸缩带式输送机（山东金能机械有限公司）。其技术参数如下：
|
型号
|
运量（t/h）
|
运距（m）
|
带速（m/s）
|
电机功率（kW）
|
倾角（°）
|
|
DSJ80/60/2×55
|
600
|
900
|
2.5
|
110
|
±5
|
2.2.1.1带式输送机的验算
1、验算带式输送机的运输能力和带宽
带式输送机的运输能力用下式计算：
Q＝kB2vγc=458×12×2.5×0.9×1=659t/h
式中：B——输送带的宽度，0.8m
k——物料断面系数，查表取458
v——输送机的带速，2.5m/s
γ——物料松散密度，0.9t/m3
C——倾角系数，1
Q＞Qc，输送机的选择满足运输的要求。
输送带的宽度验证：
物料最大块度为300mm，则输送带的宽度应满足下式：
B≥2×300＋200mm＝800mm
设计带宽800mm，满足运输要求。
2.2.1.2计算输送带的运行阻力
(1)重段直线段的运行阻力：
Wzh＝（q＋qd＋
）Lg
cosβ±（q＋qd）Lgsinβ
＝（22.7＋23.1＋15.75）×800×9.8×0.04×1
＝19295.8（N）
式中：Wzh——重段运行阻力，N
q——单位长度输送带上物料的重量，kg/m
q＝Qc/3.6v=204.12/3.6·2.5=22.7kg/m
qd——单位长度输送带的重量，查表23.1kg/m
L——输送机铺设长度，800m
ω＇——输送带沿重段运行的阻力系数，查表取0.04
——重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，经计算取15.75kg/m
（2）空段直线段的运行阻力
Wk＝（qd＋
）Lg
cosβ±qdsinβ
＝（23.1＋5.36）×800×9.8×0.035×1
＝6833.2N
式中：——空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，经计算取5.36kg/m
——输送带沿空段运行时的阻力系数，查表取0.035
（3）曲线段附加阻力
a.重段弯曲段的附加阻力
Wzhw=0.1 Wzh=0.1×129304=12930.4N
b.空段弯曲段的附加阻力
Wkw=0.1 Wk=0.1*8037.5=803.75N
2.2.1.3输送带的张力计算
1.用逐点计算法找出了S1与S4的关系.
按磨擦转动条件找出 S1 S4关系:
因为S2=S1+WK
S3= S2+W2－3
S4=S3+Wzh
所以S4=S1+Wzh+WK+W2－3
W2－3＝0.07S2=0.07(S1＋WK)
S4= S1＋Wzh+WK+0.07(S1＋WK)
＝1.07 S1＋Wzh+1.07 WK
2.按磨擦转动条件找出 S1 与S4关系:
式中：C0——摩擦力备用系数，取1.2
μ0——输送带与滚筒之间的摩擦因数，取0.2
θ——围包角，取240°
则：
＝2.31
即S4=2.1S1
解联立方程，求得
S1=25832.4N
S4=54248N
S2=32665.6N
S3=55531.5N
2.2.1.4输送带的悬垂度和强度验算
1、垂度验算
重段胶带允许最小张力为;
Sminzh =5 (q+qd)
gcosβ
=5×(22.68+23.1)×1.5×9.8cosβ
=3364.8N
空段输送带允许的最小张力:
Smink =5qg
gcosβ
= 5×5.36×3×9.8×cosβ
=788N
2、强度验算
输送带为强力帆布输送带，带强P0=960N/cm·层，设计输送带按硫化接头，7层帆布设计。
〔Se〕＝
2.2.1.5牵引力及电机功率计算
输送机主轴牵引力为
F0=S4－S1＋0.04(S4＋S1)
＝54248－25832.4＋0.04(54248＋25832.4)
＝31618.8N
电动机功率：
N＝
考虑到15％的备用功率，电动机的容量为：
1.15×93=107kW
通过上述计算，说明所选带式输送机的电机容量55kW×2满足要求。
2.3采区上山运输及辅助运输设计
2.3.1采区上山运输设备选型
设计上山长度为1000m，倾角8°。设计运量大于400t/h。
根据工作面运输顺槽设备选型，采区上山运输设备仍选择带式输送机。根据顺槽设备的运输能力，设计选择上山带式输送机为DSP1063/125型带式输送机。输送机带宽1000mm，带速2.0m/s。输送机计算简图如下：
图2-2 输送机计算简图
1、输送机能力验算：
Q=3.6SVkρ=511t/h＞204t/h 满足要求
S——输送带上最大的物料横截面积0.1127 m2；
k-倾斜输送机横截面积折减系数1.0。
2、输送带宽度验算
B≥2a+200=800mm≤1000mm (最大粒度a=300mm) 满足
3、运行阻力计算
(1)重段直线段的运行阻力：
Wzh＝（q＋qd＋）Lgcosβ-（q＋qd）Lgsinβ
＝（28.35＋23.1＋15.75）×1000×9.8×0.04×cos8°－（28.35＋23.1）×1000×9.8×sin8°
＝－44086.4（N）
式中：Wzh——重段运行阻力，N
q——单位长度输送带上物料的重量，kg/m
q＝Qc/3.6v=600/(3.6·2.0)=28.35kg/m
qd——单位长度输送带的重量，查表23.1kg/m
L——输送机铺设长度，1000m
ω＇——输送带沿重段运行的阻力系数，查表取0.04
——重段单位长度上分布的托辊旋转部件的质量，经计算取15.75kg/m
（2）空段直线段的运行阻力
Wk＝（qd＋）Lgcosβ+qd Lg sinβ
＝（23.1＋5.36）×1000×9.8×0.035×cos8°+23.1×1000×9.8×sin8°
＝41172.8N
式中：——空段单位长度上分布的托辊旋转部分的质量，经计算取
5.36kg/m
——输送带沿空段运行时的阻力系数，查表取0.035
（3）曲线段附加阻力
a.重段弯曲段的附加阻力
Wzhw=0.1 Wzh=0.1×44086.4=4408.6N
b.空段弯曲段的附加阻力
Wkw=0.1 Wk=0.1*41172.8=4117.3N
4、输送带张力计算
（1）依据逐点计算法，计算输送带各点张力
S2=S1＋Wk＝S1＋41172.8
S3＝1.05S2=1.05S1+43231.4
S4=S3+Wzh＝1.05S1+43231.4－44086.4＝1.05S1-855
S5=1.05S4=1.1S1-897.8
（2）按摩擦传动条件并考虑摩擦力备用能力列方程
式中：C0——摩擦力备用系数，取1.2
μ0——输送带与滚筒之间的摩擦因数，取0.20
θ——围包角，取480°
则：＝5.34
即S1=4.6S5
解联立方程，求得
S1=1017.2N
S2=42190N
S3=44299.5N
S4=213N
S5=221N
5、输送带的悬垂度和强度验算
（1）承载段最小张力点S4=213N
按悬垂度要求，承载段允许最小张力为
Sminzh =5 (q+qd)gcosβ
=5×(28.35+23.1)×1.5×9.8cosβ
=3744.7N
因为S4小于3744.8N，所以输送带的悬垂度不能满足要求，为保证输送带的悬垂度要求，令S4=3744.8N，带入原方程中解得
S1=18087.2N
S2=42190N
S3=62223N
S4=3744.8N
S5=3932N
这就要求利用输送机的拉紧装置来保证S4点的张力不小于3744.8N。
（2）强度验算
设计输送带采用钢丝绳芯胶带，带强Gx=10000N/cm，设计输送带按硫化接头设计。
〔Se〕＝
6、牵引力及电机功率计算
输送机主轴牵引力为
F0=S1－S5＋0.05(S1＋S5)
＝18087.2－3932＋0.05(18087.2＋3932)
＝15256.2N
电动机功率：
N＝
输送带所配电机功率125kW，故电机在有载运行时功率能满足要求。
空载时牵引力
F0k=1.05（2qd＋＋）Lcos6°×9.8
＝1.05(2×23.1＋15.75＋5.36)×700×0.035×cos8°×9.8
＝24005.8N
则输送机空载运行时的电机功率
为
故电机在空载时，电机功率仍是满足的。
2.3.2采区上山辅助运输选择
采区上山辅助运输设备选用单轨吊运输。
单轨吊具有以下优点：
运行稳定可靠，不跑车，不掉道。
爬坡能力强，最大可达到18°，设计上山坡度为8°，在其爬坡范围之内。
能实现运距离连续运输，设计上山1000m，如果采用一般调度绞车运输，需接力运输，增加了辅助运输的人工及机械，最少转载一次。
单轨吊设备已经成套化，技术成熟，管理简单。
2.4大巷电机车运输选型
2.4.1设计原始资料
采区年产量≤120 万吨，则按东、西两翼进行选型计算（既认为东、西两翼各布置一个≤120 万吨的采区），东、西两翼采区距井底车场的距离L=1200~2000 m
所以原始资料设计为如下数据：
矿井为低瓦斯矿井，分两翼开采，井下大巷采用电机车运送煤矸，主要运输大巷有两个装车站。
井下四六制作业，三班生产，一班检修。生产班每班工作时间为5小时。
东翼采区装车站距井底车场的距离L1=1200米，采区每班出煤量Q1=900t；
西翼采区装车站距井底车场的距离L2=1200m，采区每班出煤量Q2=900t。
确定矿车组及全井电机车台数。主要运输大巷平均坡度按3 0/00 选取，拟选用2K7-600/250型架线式电机车。电机车牵引电机为两台ZQ－21型电动机，电动机长时电流Ich＝34A，电动机粘着重力Pn＝70kN，长时速度Vch＝4.69m/s。采用标准1t固定矿车。矿车轨距600mm，自重mz1=595kg，载重m1=1000kg。
2.4.2列车组成计算
2.4.2.1按粘着力条件计算车组组成:
式中：P——机车重量，7t
G——矿车载重，1t
G0——矿车自重，0.6t
ψ——粘着系数，0.24
ω’zh——重车列车起动的阻力系数，查表取0.0135
ip——轨道的平均坡度，0.003
a——列车起动加速度，0.04m/s2
取n＝45辆
2.4.2.2按牵引电动机温升条件计算
查机车长时牵引力Fch = 3240N,长时速度Vch =16.9km/h，重车运行阻力系数Wzh=0.009，等阻坡度ip=0.002，调车系数a=1.25，休止时间θ=20min。
加权平均运距如下：
km
根据下式计算在等阻坡度上往返一次的运行时间
T = tzh + tk＝
T＝2
=2×
根据下式求相对运行时间
τ＝
＝
将上述数据带入下式，
取n＝41辆
2.4.2.3按制动条件计算
=
式中：ψ——制动状态的粘着系数，取0.17
ip——轨道的平均坡度，0.003
b——制动减速度，用下式计算
=
Vs——取长时速度，16.9km/h＝4.69m/s
Lzh——实际制动距离，m
Lzh＝Lzhi－Vst＝40－4.69×2=30.62m
Lzhi——按运送物料制动距离40m
t——制动空行程时间，取2s。
根据以上计算，n最终取17辆。
2.4.2.4列车组成的验算
1、电动机温升验算
①列车运行时的牵引力
重列车下坡运行时的牵引力
Fzh＝1000〔P＋n（G＋G0）〕（ωzh－ip）g
＝1000〔7＋17(1＋0.6)〕（0.009-0.003）×9.8
＝2010.96N
空列车山坡运行时的牵引力
Fk＝1000（P＋nG0）（ωk＋ip）
＝1000(7＋17×0.6)（0.011＋0.003）×9.8
＝2359.84N
式中字母意义同上。
②每台电动机的牵引力
③查表确定机车实际运行速度及电流
Izh＝24A，Vzh＝19km/h，
Ik＝30A，Vk＝17.5km/h
④计算一个运输循环牵引电动机的等值电流
其中tzh＝
tk=
Idz=18.5A＜Ich＝34A
满足温升条件。
⑤制动距离验算
按重车运行速度Vzh和最大制动减速度验算制动距离。
制动时的减速度为
＝
式中：b——制动时的减速度，m/s2
ψ——制动状态的粘着系数，取0.17
实际制动距离为：
＝
Lzh＝36.5m小于40m，制动距离满足要求。即电机车可以拉17辆1吨矿车。
2.4.2.5全矿电机车台数的确定
电机车加权平均周期运行时间
由式T=（60Lq / 0.75Vzh）+(6Lq /0.75Vk)+ θ
得 T=(60×1.2/0.75×19)+(60×1.2/0.75×17.5)+20
=30.5min
每台机车每班往返次数：
由式 Z1 =60Tb /T
得Z1 =60 ×5 / 30.5
= 9.8
取 Z1 = 10次/班
每班需运送货载总次数
由式 Zb =k(Ab+Aa) / nG
得Zb = 1.25(900+900)/17×1
=132.4
取Zb=133次/班
工作电机车台数
由式 N= Zb /Z1
=133 / 10
= 13.3
取N=14
备用与检修台数
由式 N1 = 0.25N
=0.25×14
=3.5
取N1 =4
全井所需机车总台数N0=14+4=18台．
图2-3 运输系统图
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