马莲台初步设计008（3）、第六章.doc

宁夏宝丰马莲台煤矿初计说明书 第六章 三、确定通风设备 根据矿井所需风量、负压要求及通风设备方案比选，设计选用FBCDZ65-12-№34型防爆对旋轴流式通风机二台，其中一台工作，一台备用或检修。风机叶轮直径3.4m，对旋结构。采用调节叶片角度来满足矿井风量、负压变化。通风机性能曲线及工况见图6-2-1。如果后期增加风量，不换风机，仅更换电机。 电动机经计算按初、中期（二采区下部）分别配备。根据前期通风时期负压变化情况，初期负压低，中期负压高。初期服务年限为8.4a，经计算初期选配YB630M1-12型、185kW、10kV电动机共四台，每台风机内二台电机。中期更换YB710S3-12型、280kW、10kV电机四台，每台风机内二台电机。如果按初期配备185kW电机，每年可节省电费41.61万元，服务8.4年总节约电费349.52万元。因此，中期更换电机比较经济。 由于采用对旋轴流风机，每台风机内装备二台电机。当投产初期如果用风量较小，可采用单电机运行，耗电更省。 四、反风及其他 本矿采用轴流式通风机，风机采用电源换相可直接进行反转反风，反风量可达实际通风量60以上，满足反风要求。 轴流式通风机不建机房，仅建值班室、配电间，节省土建投资。两台通风设备露天布置，与地面风道直接连接。 第三节 主排水设备 本矿井第三系含水补给主要来自大气降水，通过第四系地层渗入，并通过地表冲沟溢出形成河流，汇入黄河。由于区内干旱少雨，只有长城边沟一条四季常流河，其他为季节性河流。 第三系上部岩石层含水性差，透水性弱，水量少，为隔水层。下部岩石为含砾粘土岩，较疏松，孔隙发育，透水性好，为本区含水层，但蓄水量不大。井下水主要来自煤系地层的承压水和今后井下煤层注水、灌浆水及消防洒水。根据地质报告提供的数据，井下水量相对较大，矿井正常涌水量366m3/h，最大涌水量400m3/h。因此，本次初步设计对矿井主排水设备进行重新选型及方案比较，确保矿井安全生产。 一、设计依据 1、矿井正常涌水量366m3/h；最大涌水量400m3/h；灌浆脱水量64m3/h; 2、副井井口标高1230.50m；井底标高750.00m（泵房底板）; 3、副井井筒倾角23；斜长1228.5m； 4、排水垂高480.5m。 二、主排水系统 根据矿井开拓布置情况，本矿井主排水系统设计确定为一段直接排水方案。主排水泵房布设在副井井底750.00m水平大巷井底车场附近，水泵房入口与井底车场联通，泵房上部出口设管子道，与副井井筒联接。井下水经由泵房、管子道、副井井筒敷设的排水管路直接排至地面灌浆水池进行复用，或排至污水站经处理后作为其他复用水。排水系统见图6-3-1。 三、排水设备能力计算 1、正常涌水量Q1.236664516m3/h； 2、最大涌量量Q1.240064556.8m3/h; 3、排水测地高度Hc480.510490.5m。 四、方案比较 根据矿井涌水量、排水高度及水泵房布设位置，本次初步设计考虑了三种排水设备方案进行比较，由于矿井涌水量较大，排水设备及电动机装机功率较可研设计增大，具体参数详见排水方案比较表6-3-1。 排水设备方案比较表 表6-3-1 方 案 内 容 技 术 参 数 单 位 第一方案 第二方案 第三方案 设 计 依 据 矿井正常涌水量 m3/h 36664430 矿井最大涌水量 m3/h 40064464 排 水 垂 高 m 490.5 排 水 设 备 水 泵 型 号 MD580-709 MD500-5711 MD450-6010 水 泵 台 数 台 3 设计4台，初期3台 4 电动机 型号 YB710M1-4 YB710S2-4 YB710S1-4 参数 1600kW、10kV 1400kW、10kV 1250kW、10kV 排 水 管 路 型号/趟数 φ27311/2 φ27311/3 φ27311/3 新管 旧管 新管 旧管 新管 旧管 正 常 涌 水 期 工 况 流 量 m3/h 613 544 550 5102 5002 4002 杨 程 m 615 647 588 632 570 595 效 率 ％ 0.79 0.79 0.78 0.81 0.77 0.79 吸 程 m 5.2 6.2 4.7 5.5 4.8 5.5 轴 功 率 kW 1364.56 1273.98 1186.62 1116.42 1058.42 861.52 日排水时间 h/d 16.84 18.97 18.76 10.32 10.32 12.9 水泵工作台数 台 1 1 1 2 2 2 排水管工作趟数 1 1 1 2 2 2 最 大 涌 水 期 工 况 流 量 m3/h 6132 5442 5502 5002 5002 4002 杨 程 m 615 647 588 632 570 595 效 率 ％ 0.79 0.79 0.78 0.81 0.77 0.79 吸 程 m 5.2 6.2 4.7 5.5 4.8 5.5 轴 功 率 kW 1364.562 1273.982 1186.62 1116.42 1058.42 861.52 日排水时间 h/d 9.08 10.24 10.13 11.14 11.14 13.92 水泵工作台数 台 2 2 2 2 2 2 排水管工作趟数 2 2 2 2 2 2 吨水百米电耗 kWh/t百米0.5600 0.56 0.54 0.57 吨煤电耗 kWh/t 3.93 3.78 3.67 年 电 耗 kWh/a 9434488 9065590 8819248 年 电 费 元/a 4717244 4532795 4409624 备 注 电费按0.5元/kWh计算 矿井排水设备采用卧式多级离心式水泵，按不同型号水泵与排水管路组合。根据地质报告水量，本次初设阶段与可研阶段水量相差较大，因此，在本次初设中结合业主内部审查意见，重新进行方案比较。主排水设备本次设计考虑三种方案。第一方案为MD580-709型离心水泵，共设三台，单台装机功率为1600kW，矿井正常涌水期一台泵、一趟管路工作，最大涌水期二台泵二趟管同时工作，满足矿井排水要求，优点是三台泵、二趟管、设备少、管理维护方便，但是单泵装机容量大，吨水百米电耗大；轴功率大年电耗、吨煤电耗高，设计不予推荐。第三方案为MD450-6010型水泵，设四台泵、三趟管。正常和最大涌水期均为二台泵二趟管同时工作。优点是水泵与电机装机功率相对较小。缺点是水泵台数多，管路趟多，排水时间长，吨水百米电耗指标高。水泵同时工作台多数，给管理增加难度，设计不予推荐。第二方案选用MD500-5711型水泵。该方案趋于上两方案中间，吨水百米电耗指标低，年电耗与吨煤电耗较一方案低，略高于三方案。正常涌水期新管时一台泵一趟管路工作，最大涌水期二台泵二趟管同时工作。满足排水要求，因此经比较设计选用第二方案作为本矿井排水设备方案。优点是水泵运行工况效率高，汽蚀性能好，运行平稳可靠，噪音低振动小，耐磨损，使用寿命长，属节能产品。 五、选择排水设备 1、排水设备 根据矿井涌水量及方案论证比较，设计推荐选用MD500-5711型水泵。水泵数量原则上选用四台，二台工作，一台备用，一台检修。由于水泵投运初期，排水管路为新管，管内尚未结垢，排水阻力小，正常涌水期开动一台泵即可满足矿井排水要求。因此水泵安装初期按三台泵考虑，正常涌水期一台泵工作。最大涌水期二台泵同时工作，满足矿井排水要求。泵房内按四台泵位置考虑。预留一台位置。 水泵运行工况根据排水设备性能曲线及管网特性曲线，水泵运行工况点参数见表6-3-2。水泵特性曲线图见图6-3-2。 水泵运行工况表 表6-3-2 内容 单位 技术参数 排 水 设 备 水泵型号 MD500-5711型 水泵台数 台 设计4台，初期3台 电动机 型号 YB710S2-4型 参数 1400kW、1480r/min、10kN 排水管型号、趟数 φ27311型初期一趟后期三趟 新管 旧管 正 常 涌 水 期 工 况 水泵工作台数 台 1 2 排水管工作趟数 1 2 流量 m3/h 550 5002台 扬程 m 588 632 效率 78 81 吸程 m 4.7 5.5 轴功率 kW 1186.6 116.42 日排水时间 h/d 18.76 10.32 最 大 涌 水 期 工 况 水泵工作台数 台 2 2 排水管工作趟数 2 2 流量 m3/h 2550 2500 扬程 m 588 632 效率 78 81 吸程 m 4.7 5.5 轴功率 kW 21186.6 21116.4 日排水时间 h/d 10.13 11.14 2、电动机 根据水泵特性曲线及工况点参数，经计算电动机轴功率为新管1186.6kW，旧管1116.4kW，考虑10％储备系数，计算功率新管1305.2kW，旧管1228kW，设计选配YB710S2-4型、1400kW、1480r/min、10kV防爆电动机。 六、排水管路及排水时间 1、排水管路 矿井排水管路经计算选用φ27311型无缝钢管，排水管路趟数原则上为三趟，二趟工作一趟备用。矿井生产初期由于排水管路为新管，先安装二趟排水管路（预留一趟排水管的安装位置），正常涌水期新管一趟工作，一趟备用。管内结垢后，旧管时为二趟管工作。最大涌水期无论新管、旧管均为二趟管同时工作。 根据规程第278条第二款规定“必须有工作和备用的水管，工作水管的能力应配合工作水泵在20h内排出24h矿井正常涌水量。”基于规程要求，当矿井水量不变或有所增加时，水泵及管路排水能力下降，正常涌水期单台水泵一趟管路20h内不能排出矿井24h涌水量，必须增加一趟管路，使管路总数量为3趟，正常涌水和最大涌水期均为二趟管路工作，一趟管路备用，确保矿井安全生产。 排水管路壁厚经计算选择11mm，管材为无缝钢管。购入管材时请严格把关，必须保证管材质量，确保管路系统安全。 2、排水时间 根据矿井每天24h涌水量及排水设备运行工况，水泵每天排水时间正常涌水期新管时一台泵一趟管路工作，排水时间为18.76h；旧时管二台泵二趟管路同时工作，排水时间为10.32h。最大涌水期均为二台泵二趟管路同时工作，新管时排水时间10.13h；旧管时排水时间11.14h，满足要求。 七、其他 为了提高水泵运行自动化程度，节约能源，减少吸水阻力，采用无底阀排水系统，利用ZPBG型高压气水两用喷射装置，实现水泵无底阀运行。闸阀选用Z9b41H-64型防爆电动、手动二用闸阀，防爆电机功率约3kW、660V。 八、设计说明 1、水泵根据地质报告提供的数据，所选水泵MD500-5711型应购四台，考虑初期节省投资，先购入三台，水泵房按四台布置，预留一台位置。如果初期正常涌水期一台泵、一趟管不能满足规程第278条规定要求，则投产初期必须购入四台泵、二台工作、一台备用、一台检修。 2、排水管路排水管路与上相同，初期为节省投资先安装二趟管，如果初期正常涌水期间一趟管路不满足规程第278条要求，则投产初期必须安装三趟管路，二趟工作，一趟备用。 以上说明必须引起业主重视，矿井排水至关重要，国内矿井水患事故实例较多，给人的生命和财产带来重大损失。因此井下水量增大时应及时按照设计要求进行实施，确保矿井安全生产。 第四节 压缩空气设备 根据本矿井开拓、开采布置及今后矿井生产情况，本设计在地面及井下均设有用气设备，用气地点比较分散，其中地面有制氮设备、生产系统煤仓破拱装置、机修车间的气动设备；井下设二个岩巷工作面，有混凝土喷射机、凿岩机、风镐等风动设备；二个煤巷工作面锚喷设备；另有井底煤仓破拱装置和主排水泵房喷射泵射流装置。但最大用气量集中在地面制氮设备。为了制取氮气，确保氮气产量，压风设备必须连续源源不断的供给压缩空气。 矿井生产初期井下用气地点距地面工业场地约3.2km，后期生产最远送气距离约4.4km。 一、设计依据 本矿井用气设备主要有地面制氮设备和井下掘进工作面风动设备，其型号、数量、耗气量如下 1、井下二个岩巷工作面，每个岩巷工作面用气设备为 ①混凝土喷射机二台，HPG-V型、单台耗气量5～8m3/min； ②风动凿岩机二台，ZY24型，单台耗气量2.8m3/min； ③风镐1台。FG-8.3型，单台耗气量2.0m3/min； 2、二个煤巷工作面锚喷,每个工作面设喷射机一台,耗气量5～8 m3/min； 3、地面用气设备 1、制氮设备二台800m3/h；耗气量246.793.4m3/min； 2、煤仓空气炮破拱装置5m3/min。 二、矿井总用气量计算 根据本矿井用气设备布置情况，对不同工作地点和工作性质的用气设备，分别考虑了管路漏气、设备磨损和海拔高度修正等因素计算用气量。 1、地面制氮设备用气量 Q11.11.04246.7106.85m3/min； 2、井下掘进工作面用气量（包括煤巷锚喷） Q2α1α2β∑MiqiKi （m3/min） 掘进工作面有二种工作方式，一是混凝土喷射机和风镐工作时其它风动工具不工作，计算其同时工作的最大用气量；二是前掘后喷工作方式，计算其同时工作风动设备最大用气量。 ①按三台喷射机、三台凿岩机、二台风镐、煤仓破拱同时工作 Q21.151.151.2[370.9532.80.98220.985] 59.15m3/min； ②按三台喷射机、四台凿岩机、二台风镐同时工作 Q21.151.151.2[380.9642.80.95220.98] 59.67m3/min； 3、全矿井总用气量 Q2Q1＋Q2106.85＋59.67＝166.52m3/min； 三、方案比较结果论述 根据全矿井用气设备数量、耗气量及布设位置，在可研阶段设计考虑了分散设置压风设备和地面集中设置压风设备二种方案，并经过详细比较与论述，设计推荐选用地面集中设置方案，见方案比较表6-4-1。 压缩空气设备方案比较表 表6-4-1 方 案 内 容 分散供气 集中供气 地面压风设备 井下压风设备 地面压设备 计算风量（m3/min） 106.85 59.67 166.52 压 风 机 型号 OGFD220型 SM-455型 OGFD250型 台数 4台（备用1台） 7台（备用1台） 5台（备用1台） 供气能力（m3/min） 337.8113.4 610.361.8 442.8171.2 冷却方式 水冷 风冷 风冷 电 动 机 型号 Y系列电机 YB250M-4型 Y系列电动机 台数 4台 7台 5台 功率kW 220kW、10kV 55kW、660V 250kW、10kV 投 资 设备费（万元） 454216万元 720140万元 556.8284万元 管材费（万元） 2.26 16.41 建筑费（万元） 38.61 45.63 总计（万元） 396.87 346.05 机房面积 1613.58 1813.58 年电耗（万度） 337.26 112.42 420 年电耗（万元） 224.84 210 优点 1、 设备配置方便、机动灵活、供气可靠、管路短、用气地点压风质量高； 2、 管材费用低，土建费用低。 1、集中配置，设备型号统一，便于管理、维修、维护人员少； 2、设备投资省、年电耗低； 3、所有用气地点都可供气，不受局限。 缺点 1、地面、井下分散设置，设备台数多，型号不统一，配件多，设备投资大； 2、管理维护人员多、年电耗大、运营费用高； 3、井下供电复杂。 1、管路长、管路初期投资大； 2、用风地点质量稍低； 3、机动灵活性差。 本次初步设计经过重新比较论证认为，矿井生产前期，服务年限约19a，服务于一、二采区，为了充分考虑压风设备供气能力和顾及全矿井各用气地点用气，经技术经济综合比较，地面集中式供气方案优于分散式供气方案。因此，设计仍推荐采用地面集中布置方式，用管路送至全矿井各用气地点。初期生产时送气距离较短，完全满足各用气地点用气要求。当后期送气距离较远时，再考虑购进移动压风设备。 四、选择压风设备 根据目前国内压风机系列产品，设计考虑到安全可靠、节能、经济耐用的特点，本矿井选用具有结构简单，技术含量高、效率高，噪音低、寿命长、维护量小，搬运安装方便的OGFD250型螺杆风冷空气压缩机五台，其中四台工作，一台备用或检修。单台排气量42.8m3/min，排气压力0.8MPa。配250kW、10kV电动机。随主机配套供货4m3储气罐。 五、压风管路 压风管路由副井下井，送至各用气地点。副井管路统一架设。主管路选用φ1596无缝钢管，分管路选用φ1084无缝钢管，全部法兰连接。在管路低凹处设油水分离器。全矿井管路系统示意图见图6-4-1。 六、压风机站 压风机站设在地面工业广场距副井口约220m处。压风机站与制氮站联合布置，形成独立建筑，机房内设一台SSQD-10型起重机，起重量10t，供制氮和压风设备安装检修使用。为了节约机房建筑面积，节省土建投资，压风设备按前后布置方式，见图6-4-2。由于压风设备和制氮设备冷干机均为风冷形式，站内不再考虑设计冷却系统，节省投资。 七、为确保空压机、储气罐和管路系统安全运行，除设备自身配备的各种安全阀，卸荷阀、电磁阀外，在储气罐出口管路上设计配备HS-200型释压阀，确保系统安全。 八、设计说明 1、压风设备属矿井生产中主要设备，它关系到矿井制氮设备气源问题，至关重要，因此，制氮设备、压风设备请按设计型号订货，确保设备质量问题。 2、压风管路设计中选用无缝钢管，也可考虑选用森普聚乙稀管材，法兰连接，该管路重量轻，安装搬运方便，节约投资。 第五节 制氮设备 本矿井所开采煤层具有自然发火倾向，发火期较短，属容易自燃煤层。遵照煤矿安全规程的要求，本着预防为主的方针，根据矿井开拓、开采布置情况及井下综采工作采煤方法，设计考虑对本矿井自燃发火采取综合防治措施。采用以氮气防灭火为主，黄泥灌浆及其它防灭方法为辅的综合防灭火方法。在井上、下建立相应的防灭火安全监测、监控系统，随时掌握发火倾向，及时采取预防措施。 一、设计依据 本矿井以注氮防灭火为主要措施，采用埋管、拖管和间歇式注氮方法，利用管路系统将氮气送入采煤工作面及采空区，组成本矿井氮气防灭火系统。 矿井设计年生产能力240万t/a，根据矿井开拓、开采布置，井下设二个综采工作面，所需注氮量计算如下 1、按矿井年产量计算 QN[]－112.11m3/min 2、按吨煤量计算 QN24.16m3/min 根据以上二式计算取大值，并考虑10％备用量，则矿井所需注氮总量为1594.56m3/h。 二、方案比较结论 根据可研阶段方案比较，目前国内煤矿常用的制氮设备为变压吸附式制氮装置，多为地面固定式，主要特点是①氮气灭火具有速度快，辅助工程量少；②地面工作环境好，供水、供气、供电方便；③设备集中布置在机房内，并与压风机站联建，管理人员少，安装维护方便，长期运营费用低，与井下移动式比较投资更省。因此设计推荐地面固定式制氮设备。 三、选择制氮设备 1、制氮设备 根据矿井井下采煤工作面布置及注氮效果，依据可研阶段方案比较和本阶段设计方案论述，设计选用BZN-800型地面固定式制氮装置二套，主要技术参数如下 单台设备生产氮气量QN800m3/h; 输出压力PN0～0.7MPa（要求≥0.65Mpa）； 氮气纯度≥99； 出氮时间＜30/min; 装机功率约10～20kW，电压380V； 单台制氮机所需压缩空气量46.7m3/min。 2、制氮系统配置 本系统是由螺杆式空压机、冷冻式干机、三级精密过滤器和压缩空气储罐、制氮装置、氮气储罐组成，系统示意图如下 本系统是按杭州博达化工有限公司提供的资料进行配置，该系统具有最新的结构方式，制氮机气流分布均匀、充分、无“死角。”并由PC机对工作全过程自动控制，开、关机方便，可实现无人操作。通过PLC可编程序控制器按设定程序实现加压吸附和减压解吸循环过程，从而在气相中获得源源不断地高纯度氮气，确保矿井安全生产。 3、压风设备配置 制氮设备气源来自压风设备，根据氮气设备产氮能力，单台制氮设备，所需压缩空气量为46.7m3/min，总用气量93.4m3/min，空压机站所选五台设备中已包括制氮设备用气量，本节不再另选压风设备，具体详见第六章第四节。 四、输氮管路系统 根据矿井工业场地制氮机房位置及井下开拓、开采布置，注氮主管路由副井下井，管路系统如下 分管1煤1北翼工作面运输顺槽→工作面→采空区。 分管2煤3北翼工作面运输顺槽→工作面→采空区。 矿井输氮管路全长约2.6km，根据注氮量、流速、压降等因素，主管选用φ1594.5无缝钢管，分管选用φ1084无缝钢管。全部采用法兰连接。矿井输氮管路系统示意图见图6-4-1。 五、管路敷设 地面管路埋地敷设。井筒管路和井下管路采管梁或管支架架设，同一条巷道内二趟管路以上应综合考虑。所有管路、支架全部防腐处理。 六、附属设备 1、考虑制氮站安装检修方便，站内设一台SSQD-10型手动双梁起重机，起吊重量10t，跨度12m。（见第四节）。 2、由于冷干机为风冷，因此站内不设水冷却系统。 兰州煤矿设计研究院 - 118 -