緒論:在現(xiàn)有煤炭企業(yè)內，很多中型礦井采用斜井串車提升做為主要提升方式。由于設備周轉率高、升降頻繁，普遍存在著運輸效率低、事故率高等制約和威脅礦井安全生產(chǎn)的各方面隱患。 斜井串車提升存在的問題 1、斜井串車提升系統(tǒng)簡介 斜井串車提升為多水平分盤提升。在70 年代和80 年代初期建設的礦井，主提升大部分為斜井串車和斜井箕斗提升（見斜井串車提升系統(tǒng)流程圖1）。 采區(qū)工作面的煤炭運到各水平儲煤倉后，通過裝車口將煤炭裝入礦車，經(jīng)平巷機車運輸、斜井絞車多水平分盤提升運到地面。再由調度絞車拉到地面罐籠翻車，最后由選煤皮帶篩選入倉。 2、提升能力不足、生產(chǎn)事故率高、有煤拉不出來影響礦井生產(chǎn)是斜井串車提升的突出問題。以遼源礦業(yè)集團梅河煤礦三井為例。該井1978 年投產(chǎn)，設計產(chǎn)量年產(chǎn)45 萬噸。兩條井筒，主提升井筒傾角23 度，采用雙鉤串車提升。付井筒傾角也是23 度，負責送人，下料提矸石及兼做回風井筒使用。該井從投產(chǎn)至1992 年系統(tǒng)改造前產(chǎn)量逐年提高，平均年產(chǎn)量83 萬噸。小班拉車800 多車，近萬次的操作和長距離的運輸導致事故多發(fā)，有煤拉不來。事故率一直在7～15％間徘徊。嚴重影響和制約了礦井的生產(chǎn)。 3、斜井串車提升由于工序復雜，設備多、運距長，隨之帶來的另一負面問題是作業(yè)人員多，軌道和設備維修量大費用高。45 萬噸的礦井，專為拉煤炭用的礦車、電機車及各種專用設備300 多臺，運輸鐵路2000 多米。各種設備維修費用、設備損耗每年在120 萬元以上。另串車提升很多環(huán)節(jié)只有拉重載時才做有用功，空載時近一半的電力、機械功耗都白白的浪費掉了。昂貴的費用和無為的損耗加大了煤炭產(chǎn)業(yè)的成本。 4、斜井串車提升最嚴重的問題還是安全問題。而在煤炭生產(chǎn)過程中首要任務就是保證安全生產(chǎn)。斜井串車提升系統(tǒng)中設備的高頻率周轉，繁雜的工序，對時時圍繞車輛工作的運輸戰(zhàn)線職工，在人身安全上造成極大的威脅。串車運行中聯(lián)結銷頻繁數(shù)千次的插、拔，絞車鉤頭的數(shù)百次甩、掛車。不可避免的發(fā)生插銷不嚴聯(lián)結不可靠現(xiàn)象。幾百臺礦車及幾千米鐵路由于維修工作跟不上，甩輪掉道事故、跑車事故更無法杜絕。仍以三井為例。根據(jù)礦史記載在1992 年改造前的15 年里，發(fā)生跑車事故11 起，重傷以上人身事故16 起。基于斜井串車提升存在的諸多問題，已不能適應快速發(fā)展的生產(chǎn)需要。影響生產(chǎn)的瓶頸現(xiàn)象，大量的費用負擔及嚴重的安全威脅，促使企業(yè)不能不慎重考慮系統(tǒng)的改造問題。 采用大傾角皮帶機改造的優(yōu)越性 1、大傾角皮帶運輸系統(tǒng)簡介 大傾角膠帶運輸機是新建礦井廣泛采用的一種連續(xù)運輸設備。以鋼絲繩芯膠帶作為牽引機構與承載體。帶強高、運距長運輸量大，設備簡單起動平穩(wěn)，是斜井改造的首選設備。其轉動系統(tǒng)如圖2 所示。皮帶機由以下幾部分組成: 驅動部分——電動機、聯(lián)結裝置、減速器、主驅動滾筒、改向滾筒。 卸載部分——卸載滾筒、清掃器、除鐵器 中間部分——鋼絲繩芯膠帶、托輥及機架、皮帶斷帶保護裝置 機尾部分——尾滾筒、機尾架、張緊小車 膠帶繞經(jīng)驅動滾筒－改向滾筒－尾部張緊改向滾筒－卸載滾筒－驅動滾筒，通過機架、托輥支撐形成環(huán)狀而達到不間斷連續(xù)運輸。 2、大傾角皮帶機運輸量大，運距長，采用的膠帶為鋼絲繩芯膠帶，膠帶強度高（最高可達6000N/mm）。作為斜井主提升具有以下優(yōu)點： 1）大傾角鋼絲繩芯膠帶機為固定式機械，整機安裝空間小。除機頭部分外，中間部分和機尾部分所需空間與單鉤串車提升井筒幾乎相等。斜井內可直接進行改造安裝，礦務工程量小。 2）設備維修量小，事故率低。固定機械自有的優(yōu)越條件使設備的檢修、維護量與串車提升相比大大降低，生產(chǎn)事故幾乎為零。由于不存在人員圍繞車輛工作現(xiàn)象，人身安全有了保障。 3）由于鋼絲繩芯膠帶內部是以鋼絲繩為牽引機構和承載主體，張力傳遞迅速，啟動平穩(wěn)無浪涌現(xiàn)象，可使運輸距離長達上千米。膠帶運輸機的形環(huán)不間斷運輸方式，解決了串車間歇周期式提升對煤礦生產(chǎn)的瓶頸影響。能夠全面滿足礦井提升的各方面要求。 以遼源礦業(yè)集團梅河煤礦三井為例。1992 年井口生產(chǎn)系統(tǒng)改造，采煤工作面采用綜采支架低位放頂煤，煤炭產(chǎn)量大幅度增加，產(chǎn)量翻了一翻。礦井由設計年產(chǎn)45 萬噸核定為90 萬噸。產(chǎn)量的增加導致提升環(huán)節(jié)更加不能滿足生產(chǎn)需要。形成拉多少出多少，以提升定產(chǎn)量的瓶頸現(xiàn)象。為了扭轉運輸被動局面，保證礦井生產(chǎn)的有效發(fā)展。局、礦于1992 年7 月～9 月對三井的提升系統(tǒng)進行了改造。主提升采用哈爾濱煤機廠生產(chǎn)的STJ800/2×220Q 大傾角帶式輸送機。鋼絲繩芯膠帶寬度800mm，膠帶強度2000kg/cm。皮帶機長度659 米，膠帶環(huán)長1400 米，膠帶接頭采用熱硫化一級全塔。更換后的各項主要指標核算如下： 一、原始條件： 輸送長度L＝570 米 輸送機安裝傾角α＝23 度 膠帶每米重量qd=45 kg/m 貨載最大粒度橫向尺寸amax=300 mm 膠帶寬度B＝800 mm 膠帶運行速度V＝2.0 m/s 貨載堆積角30° 全井生產(chǎn)率A1 （年產(chǎn)量90 萬噸300 天工作日3 個班作業(yè)每班6 小時） 1、驗算膠帶寬度B 驗算B＝800 毫米寬膠帶能否滿足原煤的塊度要求。 B≥2 amax+200mm ＝2×300＋200 ＝ 800（mm） 即B＝800 毫米寬的膠帶可以滿足最大塊度為300 毫米的貨載要求。 2、計算運輸量Q Q＝KB2VRC 式中：B－膠帶寬度（m） B＝800 mm = 0.8 m Q－輸送量t/h V－帶速m/s V＝2.0 m/s R－貨載散集容重（t/m3） 取R＝1.0 t/m3 K－貨載斷面系數(shù)，根據(jù)貨載堆積角為30°查表K＝458 C－輸送機傾角系數(shù)，查表傾角為23 度C＝0.9 將各參數(shù)代入上式； Q＝KB2VRC ＝458×0.8×2×2×1.0×0.9 ＝527.62 t/h 由計算可知Q＞A，采用800 毫米的膠帶機的輸送量完全可以滿足年產(chǎn)90 萬噸的需要，并且留有充分裕量擴大再生產(chǎn)。 二、膠帶強度計算m: 式中：m－安全系數(shù)最小安全系數(shù)要求大于7。 B－膠帶寬度cm B＝80cm Gx－膠帶強度kg/cm Gx=2000 kg/cm Smax－膠帶最大靜張力（kg） 計算膠帶最大靜張力Smax 計算示意圖如下: 1、計算膠帶運行阻力 1）、重段阻力計算： 2-3 段的阻力F2-3 F[sub]2-3[/sub] = （q[sub]0[/sub]+q[sub]d[/sub]+q[sub]g‘[/sub]） L[sub]2-3[/sub] W‘cos23°+（q[sub]0[/sub]+q[sub]z[/sub]）L[sub]2-3[/sub]sin23° 式中：q[sub]0[/sub]－每米膠帶上的貨載重量（kg/m） A－運輸生產(chǎn)率（噸/小時）考慮生產(chǎn)潛力取 A=1.25A1=1.25×167＝209 噸/小時 則 L[sub]2-3[/sub]-重載長度m L[sub]2-3[/sub]＝570 m q[sub]d[/sub]－膠帶每米自重kg/m， q[sub]d[/sub]＝45 kg/m q[sub]g‘[/sub]－折算每米長度上的上托輥轉動部分的重量 G[sub]g‘[/sub]－每組上托輥轉動部分重量 G[sub]g‘[/sub]＝11 kg L[sub]g‘[/sub]－上托輥間距（米）， 取L[sub]g‘[/sub]＝1.2 m 則 W‘－槽形托輥阻力數(shù)， 查資料W‘＝0.05 F[sub]2-3[/sub]=（29.02+45+9.17）×570×0.05cos23°+（29.02+45）×570sin23°＝18667.93 kg 2）、空段阻力計算 4-5 段阻力F4-5 按直線計算 F[sub]4-5[/sub]＝（qd+qg"）L[sub]4-5[/sub]W" 式中：q[sub]g"[/sub]－折算到每米長度上的下托輥轉動部分的重量 G[sub]g"[/sub]－每組下托輥轉動部分重量G[sub]g"[/sub]＝12 kg L[sub]g"[/sub]－下托輥間距（米） L[sub]g"[/sub]= 3 m 則：， L[sub]4-5[/sub]≈10 m W"－膠帶在下托輥上運行阻力段， 查資料W"＝0.025 所以：F[sub]4-5[/sub] = （45+4）×10×0.025＝12.25kg 6-7 段阻力F[sub]6-7[/sub] F[sub]6-7[/sub] = （q[sub]d[/sub]+q[sub]g‘"[/sub]） L[sub]6-7[/sub]W‘" 式中：q[sub]g‘"[/sub]－6-7 段折算每平長度上的下托輥轉動部分重量 G[sub]g‘"[/sub]－每組下托輥轉動部分重量G[sub]g‘"[/sub]＝12 kg L[sub]g‘"[/sub]－此下托輥間距L[sub]g‘"[/sub]＝1.2 m W‘"－膠帶在下托輥上動作阻力系數(shù)，查表得：W‘"＝0.025 F[sub]6-7[/sub]=（45+10）×9×0.025＝12.375 kg 8-9 段阻力為皮帶與滾筒之間的摩擦阻力 F[sub]8-9[/sub]＝q[sub]d[/sub]L[sub]8-9[/sub]μ 式中：μ－膠帶與滾筒之間的摩擦系數(shù)，μ取0.3 L[sub]8-9[/sub] = 1.5 m 則F[sub]8-9[/sub]＝45×1.5×0.3＝20.25 kg 1-9 段阻力： F[sub]1-9[/sub]=（q[sub]d[/sub]+q[sub]g"[/sub]） L[sub]1-9[/sub] W"cos23°-q[sub]d[/sub]L[sub]1-9[/sub]sin23° =（45+4）570×0.025cos23°－45×570sin23° =-9379.51kg 膠帶張力計算 根據(jù)總垂度要求，求出最小張力S2 S[sub]2[/sub]＝5（q[sub]0[/sub]+q[sub]d[/sub]）L[sub]g‘[/sub]cos23° =5×（29.02+45）×1.2cos23° =408.81 kg 式中：K－滾筒阻力系數(shù)K＝1.06 S[sub]3[/sub]=S[sub]2[/sub]+F[sub]2-3[/sub] =408.81+ 18667.93＝19076.74 kg S[sub]4[/sub]=KS[sub]3[/sub]=1.06×19076.74＝20221.34 kg S[sub]5[/sub]=S[sub]4[/sub]+F[sub]4-5[/sub]=20221.34+12.25=20233.59 kg S[sub]6[/sub]=K[sup]2[/sup]×S[sub]3[/sub]=1.06[sup]2[/sup]×19076.74＝21434.63 kg S[sub]7[/sub]=S[sub]6[/sub]+F[sub]6-7[/sub]=21434.63+12.375=21447.00 kg S[sub]9[/sub]=S[sub]1[/sub]-F[sub]1-9[/sub]=385.67-（-9084.55）=9470.22 kg S[sub]8[/sub]=S[sub]9[/sub]+F[sub]8-9[/sub]=9470.22+20.25=9490.47 kg 膠帶最大靜張力為S7=21447 kg，將 S[sub]max[/sub] = S[sub]7[/sub] = 21447 代入 核算結論膠帶強度滿足要求 通過以上計算，大傾角皮帶運輸不論在輸送量上還是設備的強度上都遠遠超過串車提升的能力，能夠滿足礦井不斷發(fā)展的需要。實踐也證明了這一點。遼源礦業(yè)集團梅河煤礦三井通過改造，十幾年來生產(chǎn)形勢一直穩(wěn)步上漲，產(chǎn)量逐年上升。與改造前相比較在產(chǎn)量上、全員效率上均有大幅度增加。見下表： 大傾角皮帶的改造成功，使企業(yè)取得了明顯的經(jīng)濟效益。遼源礦業(yè)集團繼三井改造之后，陸續(xù)對梅河煤礦二井、四井主提升井進行了改造，使梅河煤礦綜合生產(chǎn)能力得到全面提高。 結束語 采用大傾角皮帶機對斜井串車主提升系統(tǒng)進行改造，徹底擺脫了舊的提升方式對煤炭生產(chǎn)的制約，使礦井生產(chǎn)有了廣闊的發(fā)展空間。遼源礦業(yè)集團梅河煤礦斜井串車提升系統(tǒng)改造后的成效，給發(fā)展中礦井提升系統(tǒng)改造提供了可靠的依據(jù)。在今后的煤炭事業(yè)發(fā)展中，大傾角膠帶運輸機必將逐步取代斜井串車提升，成為斜井提升的主流。 參考文獻 張國柱《礦山運輸機械》煤炭工業(yè)出版社1979.1 原文請點擊下載：論采用大傾角皮帶機對斜井串車提升的改造