宝雨山煤矿井下水仓清淤系统设计.pdf

第 2 8 卷第 1 0期 2 O 0 7 年 1 0月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 I ． 2 8 No ． 1 0 Oc t ． 2 O O7 宝雨山煤矿井下水仓清淤系统设计 霍妍妍，李爱军，刘瑜 中国矿业大学 机电工程学院 ，江苏 徐州 2 2 0 0 8 摘要 结合 宝雨山煤矿 井下水仓的现场情况， 通过对其水仓煤泥的物理 实验分析 ， 并结合刮 板输送机的结构， 确定了自 动化的清淤系统， 进行 了相关设备的选型和设计， 对其综合性能和效益 进行 了分析。 关键词 清淤；煤矿水仓 ；系统设计 中图分类号T D 7 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 7 1 0 0 0 2 2 0 2 De s i g n o f S y s t e m f o r Cl e a r i n g Awa y S l u d g e i n Ba o y u s h a n M i n e S u m p s H U OY a hy a h ， L I A i j u n ，L I U Y u C o l l e g e o f M e c h a tr o n i c E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi ni n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ，C hi n a Ab s t r a c t An aly z i n g t h e p h y s i c s e x p e r i me n t o f t h e c o a l mu d i n thi s s u mp，h a n g s t o g e t h e r wi th t h e s t a t u s o f Ba o y u s h a n Mi n e s mn p s a n d the s t r u c t u r e o f the s c r a p e r c o n v e y o r ，ma k e the a u t o ma t i c s y s t e m o f c l e a r i n g a wa y s l u d g e．Al s o d o some thi n g a b o u t c h o o s i n g the t y p e an d d e s i g n o f s o me c o r r e l a t i v e e q u i p me n t ．At l a s t ，an aly z e the c a p a bi l i t y and the b e n e fi t o f the s y s t e m ． Ke y wo r d s c l e a r a wa y s l u d g e；mi n e s u mp s ；s y s t e m d e s i gn 0引言 煤矿生产过程中产生的矿水含有 以煤泥 、 沙为 主的大量杂质 ， 沉淀在水仓底部 ， 减小水仓的有效容 积 。积淤过多时 ， 会严重威胁矿井排水安全 。因此 ， 矿井水仓及时清淤是保证 矿井排水安全 、 延长水泵 寿命 、 提高排水系统效率的有效方法之一。 1 宝雨山煤矿井下水仓清淤方案的确定 结合宝雨山煤矿井下水仓的现场情况和刮板输 送机的结构 ， 对宝雨 山煤泥进行 了采样及物理实验 分析 ， 确定了宝雨 山煤矿井下水仓 自动化清淤的系 统方案 ， 其结构与矿井使用的刮板输送机结构相似 ， 其连接、 安装 、 尺寸、 动力 、 控制在刮板输送机设计基 础上又做了大量优化设计和优化实验， 可行性好 ， 可 靠性高。 1 结构组成 全系统由沉降收集槽 、刮斗收集器、机头驱动 装置 、刮斗清理装置 、高频脱水装置和 自动控制箱 组成 。 2 工作原理 煤泥水进入水仓后在 向泵 口流动过程 中 9 0 ％ 以上 其 中颗粒度大于 0 ． 0 7 5可以全面 回收 将都在 前半段得到沉降 ， 通过收集板沉人收集槽 ， 通过连续 慢运转收集刮斗将煤泥刮人斗中输送至仓 口， 翻人 高频振动脱水筛， 脱去多余水分进入矿车运出。煤 泥水不断进 入 ， 沉 降也连续进 行 ， 收集刮斗循 环收 集。经过一段时间， 可实现煤泥人仓、 沉降、 收集和 运出平衡， 剩余的悬浮状煤泥 颗粒度小于0 ． 0 7 5 将随水流被大泵抽出地面。 2 清淤系统的设计选型 2 ． 1 设计要 求和原始条件 根据宝雨 山煤矿井下水仓现场条件和清淤系统 设计方案， 要求与沉降池配套的刮斗输送机 设备布 置示意如图 1 所示 在涌水量为 3 0 0 t ／ h 、 沉降煤泥量 为 3 t ／ h的情况下， 适 时地把煤泥输送 到脱水设备 ， 使沉淀池 中的淤积沉降的煤泥不超过 1 2 h的沉降 量 。 图 1 设备布置示意图 根据实验结果 ， 输送机采用刮斗代替刮板为输 送元件 ， 链速采用较慢速度 0 ． 0 5 m ／ s ， 以减小对 沉降池的扰动、 提高斗内煤泥含量。 根据实验结果及样本标准， 设计 的原始数据 煤 泥 比重 1 1 0 0 k g ／ m ； 煤泥阻力系数 l 0 ． 5 ； 输送链 阻力系数 ’ 0 ． 4 。 2 ． 2 基础设备的选型设计 1 牵引力的计算和电动机的选型 根据系统布置刮斗机溜槽位于沉降池下部， 两 侧挡板将煤泥全部沉积落在溜槽上层 ， 溜槽下层空 间只在机尾与溜槽上层连通， 溜槽下层空间 中的煤 泥很少 ， 可以忽落不计。 假定 1 2 h淤积 的煤泥均匀分布在溜槽 的全长 一 22 维普资讯 第 2 8 卷第 1 0期 宝雨山煤矿井下水仓清淤系统设计霍妍妍 ， 等 V o 1 ． 2 8 N o ． 1 0 上 ， 淤积量 3 t ／ h ， 1 2 h淤积 3 6 t 煤泥 ， 刮斗链单位长 度上的煤泥量 q l 3 6 0 0 0 ／ 8 0 4 5 0 k g ／ m。 初步选用 6 9 2圆环链 ， 链重 1 3 ． 7 ／ m， 初定 间隔 1 ． 8 1 T I ， 在双边链上安装一个刮斗 ， 假定 刮斗重 4 5 k g ／ 个 ， 相当于刮斗的单位长度重量为 2 5 k g ／ m， 单 位长度刮斗链质量 q 2 1 3 ． 7 2 2 5 5 2 ． 4 k g ／ m， 取 g 1 0 m／ s 。 F B c F啦 F日 C L l g l q l 2 q 2 l L 2 g l q l 2 q 2 C O S 2 0 。 L 2 g q l q 2 s i n 2 0 。 j 2 2 0 31 8 N FD E F FD E FE F 2 L 2 q 2 g C O S 2 0 。 一L 2 q 2 g s i n 2 0 。 2Ll q 2 g 1 3 8 9 O N 输送链经过链轮弯曲段 C D、 F A两段 有附加阻 力 ， 取附加阻力系数 k 1 ． 1 ， 溜槽在垂直 面内是折 线段 ， 输送链经过溜槽弯曲段有附加阻力 ， 取附加阻 力系数 k ， 1 ． 1 ， 输送链的牵引力 Fk l k 2 船 2 8 3 3 9 2 N 为减少对煤泥 的扰动 ， 取输 送链速度 0 ． 0 5 m ／ s ， 减速 机用行 星齿 轮减 速机 ， 取 机械 效率 叩 0 ． 8 5 ， 另外考虑到备用功率增加 1 5 ％～2 0 ％， 配用电 机功率 P 1 ． 1 51 ． 2 F v ／ 1 0 0 0 7 ] 1 9 ． 1 7 k W 用防爆电机可选用 Y 删 一6 ， 功率 2 2 k W， 转速 9 6 0 d ra i n ， 或选用 Y B 2 2 5 M一8 ， 功率 2 2 k W， 转速 7 2 0 r ／ m i n ， 为减少体积、 重量和成本 ， 选用 Y B 2 0 0 一6 。 2 链轮齿数与链轮轴径的确定 根据驱动链轮轴为实心轴 ， 按扭转强度条件 ， 驱 动链轮轴最小直径 ， 了 丽 d m in 田 ，＼ ／ 研 式中 尺 驱动链轮节圆半径 ， m； 卜驱动链轮轴的扭矩 ， N m； F 输送链的牵引力 ， N； 减速器的机械效率、 减速 比。 已经确定牵 引力 F2 8 3 3 9 2 N， 牵引速度 V 0 ． 0 5 m ／ s ， 根据驱动链 轮轴受力大 、 转速低 、 冲击小 的 载荷特点 ， 采用 4 0 C r 调质处理 ， 许用剪切强度 [ r ] 4 5 N P a ， 由矿用 刮板输送机 的驱动链轮标准可 以查 得 链条 9 2适用的9齿链轮， 链轮节圆半径 R 0 ． 2 6 5 1 T I ， 9齿链轮对应的链轮轴的最小轴径 2∞m 3 减速器的选用 选用减速器的条件是既要满足减速 比的要求 ， 使刮斗链的链速 V 0 ． 0 5 m ／ s ， 又要符合传递扭矩和 传递功率的要求。这里选用体积较小 、 重量较轻 、 效 率较高的三级行星一级定轴 的行星齿轮减速器 ， 对 选用不同齿数的链轮 ， 对应不同的型号。 所以当选用 9齿链轮 时， 传递扭 矩 M F R 7 5 0 9 9 N m， 传 递功率 N2 2 k W， 因为输送链 速为 0 ． 0 5 m ／ s ， 驱动链轮的转速 n ， 必须满足 ’ 2 7 r n2 R 0． 0 5 n ， 0 ． 0 3 d s 1 ． 8 0 r ／ ra i n ， 由于使用 Y B 2 O O 一6防 爆电机 ， 电机转速 n 9 7 0 r ／ ra i n ， 需要配用减速器的 减速 比 i l ／ n25 3 9 与上面同样取工况系数 K A 1 ． 5 ， 安全系数 S 1 ． 4 ， 计算输入功率 PcPKA SA4 6． 2 k W 可以选用减 速器 N Z C D 9 0 05 6 01 ， 额定输入 功率 P l 6 4 ． 6 k W4 6 ． 2 k W。 3 清淤系统的综合性能和效益分析 1 该 自动化清淤系统可靠性高 ， 可行性强 ， 自 动化程度高 ， 按设计结构布置方案可 以达到很好 的 效果全程布置可保 3～5 a 不需清仓 ， 全场设备 自 动化程度高 ， 只需工人 2人 清斗 、 推车 ， 大大降低 了工人的劳动强度 ， 改善了工人的工作环境 。 2 可行性好该结构是根据对煤泥的物理实验 分析结果做出来的， 其运行速度慢， 刮斗数量多， 收集 板角度、 收集槽宽度等都和煤泥沉降速度、 含量程度 相匹配 ， 可根据入仓煤泥量调节斗量， 可行性好。 3 可靠性高 该 系统 主要是煤泥收集部分在 水下 ， 其结构属单元块装 型， 和刮板输送机相似 ， 但 受力 、 速度 、 环境 和控制力方面都 比其优越 ， 所 以系 统的可靠性高。 参考文献 [ 1 ] 陈维健， 齐秀丽 ． 矿井运输 及提升设 备 [ M] ． 徐 州 中国矿业 大学 出版社 ． [ 2 ] 王培润， 南化鹏 ， 任保 明， 等 ． 煤矿水 仓新型 清淤系统 [ J ] ． 煤矿 机 械 ， 2 0 0 4 ， 2 5 9 1 0 41 0 5 ． [ 3 ] 王培润， 戴葆青 ， 郭 秀欣 ， 等 ． 矿井水 仓清挖及 处理新方 法 [ J ] ． 煤 矿机 电， 2 o o 4 6 5 45 8 ． 作者简介 霍妍妍 1 9 8 2一 ， 女 ， 河北 保定人 ， 毕业 于中 国矿 业 大学机械工程及 自动化 专业， 现为中国矿业 大学机 电工 程学 院机 械 电子专业在读硕 士 ， 电话 0 5 1 68 3 8 8 4 6 1 9 ， 电子信 箱 b u b b l e 一1 3 5 7 9 1 6 3 c o rn 一 23 一 收稿 日期 2 0 0 7 ． 0 6 ． 2 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