煤矿机电运输系统设备选型要点及适应性改造研究.pdf

硕 士 学 位 论 文 二二 0 0 一七一七年年 五五月月 作者姓名 陈铁亮 指导教师 王雨虹副教授 工程领域 电气工程 煤矿机电运输系统设备选型要点及适煤矿机电运输系统设备选型要点及适 应性改造研究应性改造研究 Research on equipment selection type and adaptability modification of electromechanical transportation system in coal mine 万方数据 学位论文书脊样式 煤矿煤矿 机电机电 运输运输 系统系统 选型选型 要点要点 及适及适 应性应性 改造改造 研究研究 陈陈 铁铁 亮亮 辽辽 宁宁 工工 程程 技技 术术 大大 学学 万方数据 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 作者姓名作者姓名 陈铁亮 指导教师指导教师 王雨虹副教授 申请学位申请学位 工程硕士 工程领域工程领域 电气工程 研究方向研究方向 煤矿机电 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 煤矿机电运输系统设备选型要点煤矿机电运输系统设备选型要点 及适应性改造研究及适应性改造研究 Research on equipment selection type and adaptability modification of electromechanical transportation system in coal mine 分类号分类号 TD529 学校代码学校代码 10147 10147 UDC 621.3 密密 级级 公开公开 万方数据 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本学位论文作者及指导教师完全了解辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学有关保留、 使用学位论文的规定，同意辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 学位论文作者签名____________ 导师签名_____________ 年 月 日 年 月 日 万方数据 致致 谢谢 感谢北京天地华泰矿业管理股份有限公司为本论文的形成提供的良好的项目 依托；感谢内蒙古伊泰煤炭股份有限公司纳林庙煤矿二号井为本论文及依托项目提 供的良好的现场条件并提供充足的人力支持；感谢本项目的指导老师王雨虹副教授 为论文的形成给予的大力指导以及反复修订；感谢本依托项目的企业导师董立华高 级工程师、李勇高级工程师在项目的实施过程中给予的指导和帮助，并提供优良的 条件保证了本项目的顺利实施；感谢项目参与人王波副研究员、董大陆工程师在依 托项目的实施过程中辛勤的付出，并感谢所有为本论文及依托项目完成过程中付出 辛苦的企业及个人。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 - I - 摘摘 要要 机电运输设备的选型对矿井建设实现优质、高效、快速的目标至关重要，本课 题紧密结合矿井设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的 知识，有效辨识机电运输系统的关键环节及其影响，对可能存在的隐患进行分析评 价，并对机电运输系统的保障能力和可靠性进行综合评价，主要包括以下几部分研 究内容 ① 国内综采矿井机电运输设备选型情况及其成因总结分析 ② 综采矿井机电运输设备选型方法及其适应性研究。 ③ 综采矿井机电运输设备的稳定性研究 ④ 纳二矿机电运输系统升级改造前后系统稳定性比较分析 课题来源于北京天地华泰矿业管理股份有限公司的青年创新基金项目，以天地 华泰运营的纳二矿为研究对象，通过纳二矿机电运输系统在对控制系统、配仓皮带 分煤系统、主斜井盘闸制动系统、减速箱内外冷却系统等进行一系列后期适应性改 造前后设备开机率、故障率、设备维护工作量等指标的数据对比，分析系统稳定性 的变化。 关键词设备选型；适应性；稳定性 ；纳二矿；综采 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 - II - AbstractAbstract The selection of electrical transport equipment for mine construction is crucial to achieve high quality, fast and efficient, closely with the subject structure, working principle, perance characteristics, mine equipment selection design and operation theory of knowledge, the key link and its influence to effectively identify electrical transport system, to uate the risks that may exist. And the electrical transport system support ability and the reliability of the comprehensive uation, the research content mainly includes the following parts Analysis on the selection of mechanical and electrical transport equipment and its cause of ation Study on the selection of mechanical and electrical transport equipment and its adaptability. Study on the stability of mechanical and electrical transport equipment in fully mechanized coal mine Comparison and analysis of the system stability before and after the upgrade of the electrical and mechanical transportation system of the two mine The subject comes from Beijing Tiandi Huatai mining management Limited by Share Ltd Youth Fund Project .In the world of Huatai operation Na er mine as the research object, through the Na two mine electromechanical transportation system in the control system, distribution system, main shaft coal belt disc braking system, the gear box and the cooling system for a series of late adaptation before and after the equipment operation rate, failure rate, maintenance workload and other indicators the comparison of the data, analysis on the change of system stability. Key Words Equipment selection; adaptability; stability; Na er mine; comprehensive mechanized coal mining 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 - III - 目目 录录 摘 要 ........................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................ II 1 绪论 .............................................................................................................. 1 1.1 课题研究背景与意义 ........................................................................... 1 1.2 国内外相关技术发展过程及研究现状 ................................................. 2 1.3 课题研究内容与研究目标 ................................................................... 2 1.3.1 研究目标 ........................................................................................ 2 1.3.2 研究内容 ........................................................................................ 3 2 综采矿井机电运输设备选型方案 .................................................................. 4 2.1 皮带运输机选型基本方案..................................................................... 4 2.1.1 原始数据及工作条件 ....................................................................... 4 2.1.2 主要设计参数的确定及计算 ........................................................... 4 2.2 刮板输送机、转载机选型基本方案 ...................................................... 8 2.2.1 刮板输送机输送能力计算 ............................................................... 8 2.2.2 电动机功率计算 .............................................................................. 9 2.2.3 输送机刮板链强度计算 ................................................................... 9 2.3 目前综采矿井机电运输设备选型差异性分析 ..................................... 10 3 综采矿井主要机电运输设备选型适应性研究 .............................................. 12 3.1 皮带机选型适应性研究 ................................................................... 12 3.1.1 滚筒的选择 .................................................................................... 12 3.1.2 输送带的选择 ................................................................................ 12 3.1.3 驱动装置的选择 ............................................................................ 14 3.1.4 制动器的选择 ................................................................................ 14 3.1.5 拉紧装置的选择 ............................................................................ 15 3.2 刮板输送机、转载机选型适应性研究 ............................................. 17 4 纳二矿综采矿井机电运输设备的稳定性研究 ............................................. 19 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 - IV - 4.1 机电运输系统合理化改造................................................................... 19 4.2 纳二矿主斜井盘闸制动系统改造 ....................................................... 22 4.2.1 改造背景 ....................................................................................... 22 4.2.2 CST 控制系统功能简介及现场使用中存在的问题 ........................ 23 4.2.3 华宁控制系统简介及盘闸控制系统并入 KTC101 系统的方案 ..... 24 4.2.4 改造后的盘闸控制系统使用情况简介及其先进性分析 ............... 26 4.3 纳二矿配仓分煤系统改造 ................................................................. 27 4.3.1 分煤系统改造的必要性 ................................................................. 27 4.3.2 改造后的分煤系统介绍 ............................................................... 29 4.3.3 分煤系统改造前后经济效益分析 .................................................. 30 4.4 纳二矿实现运输系统自动化的现状分析 ............................................ 31 4.4.1 纳二矿实现运输系统自动化的必要性 ........................................... 31 4.4.2 纳二矿运输系统人员构成情况分析 .............................................. 31 4.4.3 纳二矿运输系统自动化运行硬件条件调查 ................................... 32 4.4.4 纳二矿运输系统自动化试运行情况 .............................................. 33 4.4.5 纳二矿实现运输系统自动化遇到的主要问题 ............................... 34 4.4.5 纳二矿实现运输系统自动化可行性分析 ....................................... 35 结 论 ........................................................................................................ 41 参 考 文 献 ................................................................................................... 42 作 者 简 历 ................................................................................................... 44 学位论文原创性声明 ...................................................................................... 45 学位论文数据集 .............................................................................................. 46 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 1 绪论 1.1 1.1 课题研究背景与意义课题研究背景与意义 目前， 随着国家政策的变化， 煤矿生产逐渐向着大型化、 集约化发展， 随着中小型煤矿的不断兼并、重组、技改，以及国营企业、大型民营企业 对于大型煤矿的投入力度不断增大，煤矿生产高度集中化的局面正在逐步 形成，矿井生产能力不断提高，单一矿井的煤炭产量以及工作面的生产效 率也在不断提高， 而大型矿井的井田面积也相应较大、 开采年限相对较长， 随着井田的开采， 煤炭运输距离越来越长， 机电运输系统变得越来越复杂， 目前绝大多数综采矿井机电运输系统都是通过单一的外运系统实现原煤 运输的（一般称之为串联系统），一旦运输系统某一环节出现故障，必然 产生“瓶颈效应”，引起全矿综采、综掘大面积停产，给原煤生产造成极 大影响， 严重制约矿井的生产效率， 因此机电运输系统的地位越来越重要， 必须要求煤矿主运输系统要有与矿井实际生产能力相匹配的运输能力和 极高的可靠性。 煤矿机电运输系统是整个生产环节的重要组成部分,它贯穿了矿井的 几乎每个生产环节,涉及面广，特殊工种多，技术性强。机电运输系统的好 坏直接影响到煤矿安全和生产效率。本课题通过对矿井机电运输系统的适 应性及稳定性的深入分析研究，对煤流系统的优化管理，减少机电运输系 统事故，保证主运输系统可靠运行方面提供合理化建议，为煤矿企业优化 管理提供理论依据，本课题的研究对提高机电运输系统可靠性，继而保证 生产效率具有重要的现实意义，可以为煤层赋存条件相似的煤炭企业在设 备选型及后期机电运输设备优化改造和精细化管理方面提供指导和参考 模版； 近年来， 天地华泰公司快速发展， 开拓的新项目新矿井不断的增加， 通过本课题的研究可以为天地华泰公司各生产运营项目的顺利实施提供 有力的保障和指导，具有很强的现实意义。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 1.2 1.2 国内外相关技术发展过程及研究现状国内外相关技术发展过程及研究现状 目前，国内外对于矿井机电运输设备的选型有比较系统的研究和相关 著作，得出了许多理论性很强的结论和公式，应该说对于目前全球各地的 煤矿运输设备选型均具有普遍的指导意义和参考价值，现在也有专业化的 公司和设计院开展此类工作，比如由顾文卿主编的 2010 版新编煤矿机 电设备选型设计及故障诊断实用手册一书详细阐述了矿井所用机电设备 的选型方案和计算公式；杜学武发表的优化井下运输系统对矿井效益改 进研究一文着重探讨了对井下运输系统加以优化以实现矿井生产的平衡 和设备节能； 马云东博士发表的 矿井生产运输系统可靠性设计理论研究 论文在分析矿井生产运输系统的基础上，提出了矿井生产运输系统可靠度 的基础概念及它的计算方法，建立了可靠度最优分配的数学模型和最优生 产运输系统可靠性设计的数学模型。 虽然国内外学者和一些研究机构在矿井机电运输系统方面做了大量 的工作，但是也存在一些不足和盲角①目前国内外针对矿井机电运输的 研究面比较广，纯理论性比较强，针对性和应用性不强，而且绝大部分设 备选型研究都是针对立井开展，并没有完全适合浅埋煤层下的设备选型研 究方案可供参考；②目前国内外对运输系统的研究和探索还仅停留在矿建 初期设备选型论证这一方面，并没有太多的在设备后期合理化改造、日常 检修维护以及精细化管理等三方面切合现场实际的系统的探索，国内近年 来煤矿数量和产量在成几何式的急剧增长，但是这些煤矿尤其是许多新的 煤炭运营企业缺乏专业运营管理经验并没有相应的能够符合这种煤层赋 存条件的现场实际管理经验和理论可供参考，而且现在中小型民营煤炭企 业数量呈增多趋势，对以前老矿区的管理维护模式并不完全适应。 1.3 1.3 课题研究内容与研究目标课题研究内容与研究目标 1.3.1.3.1 1 研究目标研究目标 本课题来源于北京天地华泰矿业管理股份有限公司青年基金项目，依 托于其运营的纳二矿，从综采矿井机电运输系统适应性及稳定性两个方面， 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 提出矿建期机电运输系统设计及设备选型的改进方案；研究矿井投产后如 何根据实际生产能力对已选型设备进行改造的方法；并进一步研究在生产 过程中如何通过科学维护和管理提高综采矿井机电运输系统稳定性，提出 一套先进的矿井机电运输设备管理办法提高综采矿井机电运输设备的稳 定性，提高机电设备管理水平。 1.3.1.3.2 2 研究内容研究内容 （1）矿井主要机电运输设备选型研究 （2）纳二矿综采矿井机电运输设备的稳定性研究 （3）纳二矿机电运输系统适应性改造研究 （4）技术路线图如下 煤 矿 机 电 运 输 系 统 设 备 选 型 要 点 及 适 应 性 改 造 研 究 适 应 性 研 究 稳 定 性 研 究 机电运输设备选型的合理性对提升综采矿井生产效率的重要性分析 国内综采矿井机电运输设备选型情况及其成因总结分析 综采矿井机电运输系统设计及设备选型改进方法及其适应性研究（重点） 矿井投产后机电运输设备的适应性改造 机电运输系统稳定性在整个综采矿井生产中的意义分析 纳二矿机电运输系统升级改造前后系统稳定性变化分析（实例） 如何提高综采矿井机电运输系统稳定性 提高机电运输系统稳定性的合理化改造研究 机电运输系统的日常检修维护方法研究 机电运输系统精细化管理方法研究 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 2 2 综采矿井机电运输设备选型方案综采矿井机电运输设备选型方案 本部分以综采矿井比较典型的运输系统设备 皮带运输机、 刮板输送机、 转载机为研究对象，针对现代化矿井实际需要，提出一套符合现场实际的 具备很强操作性的运输系统设备选型方案，并对选型过程中可能出现的影 响后续系统稳定性的注意事项进行说明。 2.12.1 皮带运输机选型基本方案皮带运输机选型基本方案 2.1.12.1.1 原始数据及工作条件原始数据及工作条件 （（1 1））设计计算所需要的原始数据设计计算所需要的原始数据 物料名称、最大块度和粒度组成； 物料密度ρ kg/m 3 3、黏度、水分； 工程要求的输送能力 QOt/h及工作制度； 工程要求的输送距离 L m,上运或下运高度 Hm，运输倾角β； 物料输送侧堆积角θ，其值可取为静堆积角的 50〜70； （（2 2）工作条件）工作条件 卸料、给料位置和形式； 带式输送机系统（单机或多机）的综合布置情况、地形条件以及周边 供电情况； 物料的温度、磨琢性及其他性能，以及工作环境（如温度、湿度、灰 尘）和卫生环境保护的要求。 2.1.22.1.2 主要设计参数的确定及计算主要设计参数的确定及计算 （（1 1））输送带带宽输送带带宽 B B 和物料块度的关系和物料块度的关系 ①① 散状物料在输送带上的堆积角散状物料在输送带上的堆积角 设计带式输送机时，需考虑散状物料在输送带上的堆积角，煤炭在输 送带上的堆积角见表 2.1.1。 ②② 物料在输送带上的横截面积物料在输送带上的横截面积 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 5 物料在输送带上的横截面积见表 2.1.2。 ③③ 输送带带宽的选取输送带带宽的选取 输送能力 Q 与物料在输送带上横截面积 S 的关系为 vk Q S 6.3  2-1 式中 v输送带运行速度，m/s； k倾角系数，见表 2.1.3； ρ物料堆积密度，见表 2.1.1； 由计算的 S 在表 2.1.2 中选取带宽。 表 2.1.1 散状物料在输送带上的堆积角 Tab. 2.1.1 Accumulation angle of bulk material on conveyor belt 序 号 物料名 称 堆积密度 ρ/*103 （ kg*m-3 ） 最 大 倾 角 δ / 静堆 积角 α / v/m*s-1 1.0 1.25 1.6 2.0 2.2 3.15 4.0 5.0 烟煤 （原 煤） 0.85-1.0 20 45 35 35 30 25 25 20 18 15 烟煤 （粉 煤） 0.8-0.85 20-22 45 35 35 30 30 25 25 20 20 炼焦煤 （中精 尾） 0.85 20-22 45 35 35 30 25 20 20 15 15 无烟煤 （块） 0.9-1.0 15-16 27 25 25 20 15 10 无烟煤 （屑） 1.0 18 27 25 25 20 15 10 焦炭 0.45-0.5 17-18 40 35 30 25 20 碎焦、 焦丁 0.4-0.45 20 40 35 30 25 20 表 2.1.2 物料在输送带上的最大横截面积 Tab. 2.1.2 The maximum cross sectional area of the material on the conveyor belt 托 辊 槽 角λ / 运 行 堆 积 角 θ / 物料在不同输送带宽下最大横截面积 w/㎡ 宽 800mm 时 宽 1000mm 时 宽 1200mm 时 宽 1400mm 时 0 0 0 0 0 0 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 5 0.0065 0.0105 0.0155 0.0213 10 0.0132 0.0212 0.0312 0.043 15 0.02 0.0323 0.0474 0.0654 20 0.0272 0.0438 0.0644 0.0888 25 0.0349 0.0562 0.0825 0.1338 30 0.0432 0.0695 0.1021 0.1409 35 0.0524 0.0843 0.1238 0.1709 30 0 0.0416 0.0686 0.1002 0.1402 5 0.0472 0.0776 0.1135 0.1585 10 0.053 0.0868 0.127 0.177 15 0.0589 0.0963 0.1409 0.1961 20 0.0651 0.1062 0.1554 0.2161 25 0.0717 0.1167 0.171 0.2375 30 0.0789 0.1282 0.1878 0.2607 35 0.0868 0.1409 0.2065 0.2863 35 0 0.0469 0.0772 0.1128 0.1577 5 0.0522 0.0857 0.1254 0.1749 10 0.0577 0.0944 0.1381 0.1924 15 0.0633 0.1038 0.1512 0.2105 20 0.0692 0.1127 0.165 0.2294 25 0.0754 0.1227 0.1797 0.2354 30 0.0822 0.1335 0.1956 0.2714 35 0.0897 0.1457 0.2133 0.2956 45 0 0.0553 0.0908 0.1328 0.1852 5 0.06 0.0982 0.1437 0.2001 10 0.0647 0.1057 0.1548 0.2152 15 0.0696 0.1135 0.1662 0.2308 20 0.0747 0.1216 0.1781 0.2472 25 0.0802 0.1302 0.1909 0.2646 30 0.0861 0.1396 0.2047 0.2835 35 0.0927 0.15 0.22 0.3044 表 2.1.3 倾斜输送机面积折减系数 k Tab. 2.1.3 Area reduction factor of inclined conveyor K 倾角δ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 k 1.00 0.99 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.85 0.81 各种带宽能够输送的物料块度按表 2.1.4 选取。 表 2.1.4 带宽与物料块度 Tab. 2.1.4 Bandwidth and material fragmentation 带宽 B/mm 物料中大块的含量（质量百分率/） 5 10 20 50 80 90 100 物料的最大块度尺寸/mm 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 800 350 300 250 220 200 170 160 1000 450 360 350 300 250 220 200 1200 500 450 400 350 300 280 250 1400 600 500 450 400 350 330 300 （（2 2））带速带速 v v 的选择的选择 带速可参考表 2.1.5 选取。 表 2.1.5 带速 v、带宽 B 与输送能力 Q 的关系 Tab. 2.1.5 The relation of band speed V, bandwidth B and transmission capacity Q B Q 带速 v/m*s-1 0.8 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.5 500 69 87 108 139 174 217 650 127 159 198 254 318 397 800 198 248 310 397 496 620 781 1000 324 405 507 649 811 1014 1278 1622 1200 593 742 951 1188 1486 1872 2377 2971 1400 825 1032 1321 1652 2065 2602 3304 4130 1600 2186 2733 3444 4373 5466 1800 2795 3494 4403 5591 6989 9083 2000 3470 4338 5466 6941 8676 11277 2200 6843 8690 10863 14120 2400 8289 10526 13158 17104 注输送能力 Q 值是按水平运输、运行堆积角θ为 20、托辊的槽角 λ为 35的情况计算的。 1、水平输送，或物料块度小而潮湿的，磨琢性小的，以及环境卫生 条件等要求都不高的，建议选用较高的带速； 2、上运或下运输送时，物料易滚动、块度大、磨琢性大的，以及环 境卫生条件等要求较高的，建议选用较低的带速； 3、上运输送，当提升阻力很大而输送带强度不够时，可提高带速来 降低每米物料质量，从而降低所需的输送带强度； 4、增加带速可以有效地提高运输能力和降低带宽； 5、采用卸料车卸载时，带速不能超过 2.5m/s；采用犁式卸料器时， 带速不能超过 2m/s。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 2.22.2 刮板输送机、转载机选型基本方案刮板输送机、转载机选型基本方案 2.2.12.2.1 刮板输送机输送能力计算刮板输送机输送能力计算 刮板输送机输送能力按下式计算 Q3600FΦrv （2-2） 式中 Q刮板输送机输送能力,t/h； F中部槽装载断面积,单位 m2,如图 2.2.1 所示,其计算公式如下 图 2.2.1 中部槽装载断面 Fig. 2.2.1 Loading section of middle trough FBh1Bb2tanρ’/2-btanρ/2 （2-3） 式中ρ煤在溜槽中的堆积角度,静止时间取 0 30-40； ρ运动时煤在溜槽中的堆积角度，可取ρ’ 20-30； B溜槽宽度，m； h1上槽高度，m； b挡煤板至溜槽边缘距离，m； Φ中部槽装满系数，一般建议取Φ 0.65-0.9； r煤的松散密度，一般建议取 r 0.85 1，t/m3； v刮板输送机链速，m/s。 根据上式计算所得输送机输送能力应大于采煤机生产能力,有一定的备 用能力。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 2.2.22.2.2 电动机功率计算电动机功率计算 综采工作面刮板输送机多采用多电机驱动，分为双电机双机头和机头 机尾采空区单侧布置两种；当现场顶板条件较好时，也可选用单机头双电 机的布置方式。 电动机功率可以根据工作面倾角、铺设长度、输送量负荷等条件按下式 计算    1000 **cos2sincos*** / 021 gvLwqwqKKK N   （2-4） 式中 N电动机功率，kW； q货载质量每米,kg/m。可按下式计算 v Q q 6.3 （式中符