马莲台初步设计008（1）、第六章.doc

宁夏宝丰马莲台煤矿初计说明书 第六章 第六章 提升、通风、排水 、压缩空气和制氮设备 本矿井设计年生产能力2.4Mt/a，采用斜井开拓方式。主井井口标高＋1230.00m，副井井口标高＋1230.50m，风井井口标高＋1231.00m。井下主要开采水平750.00m。主井为皮带斜井，担负全矿井原煤提升任务。副井为串车斜井，担负全矿井辅助提升任务。斜风井回风。主、副井筒设在工业场地内，风井设在工业场地以东400m远的风井场地内，风井延煤层开掘。 第一节 提升设备 一、主斜井提升设备 主斜井倾角为23，提升方位为270，井口标高为1230.000m，斜长1356m。 主井提升设备经过多方案比选，并参考目前国内大型煤矿主井提升方式，确定主斜井采用大倾角钢绳芯带式输送机。采区所采原煤由采区运输顺槽胶带输送机（两条）转载至石门胶带输送机，再由石门胶带输送机将原煤运往主井井底煤仓（前期为采区溜煤眼），主井井底煤仓（采区溜煤眼）设有甲带式给料机将原煤给至主井大倾角胶带输送机机尾，由主井大倾角胶带输送机将原煤提升至地面。 （一）、主井提升设备的选型 矿井设计年产量为240万吨，年工作制为300天，日产量为8000吨，每天提升时间为14小时。 其主要技术参数确定如下 1、 输送机倾角及长度 主井井筒斜长约为1356m，倾角为23，主井井口位置以上胶带机变坡为16，输送机机长约为1375m，提升高度约为532m。 2、 输送能力的确定； 因主井井底设有较大的煤仓，可缓解采区工作面的峰值煤量，按照煤炭工业矿井设计规范第13.1.3条相关规定，主斜井胶带输送机提煤的不均衡系数应为1.2，工作制度为年工作300天，每天提升14小时，主井大倾角胶带输送机的生产能力应为 Q1.2686t/h≈700 t/h 但考虑井下采区工作面的峰值煤量及石门胶带输送机的输送能力，再综合考虑主井胶带机的胶带选型，确定主井胶带输送机的输送能力为Q1000 t/h 。 3、 带宽和带速 目前，随着大型矿井的建设和发展，要求带式输送机的输送能力和运距随之增长，方法之一就是提高带宽或带速来满足输送能力的要求。在输送能力一定时，带宽与带速成反比，即带速越高，要求的带宽越小，所以提高带速，可减小胶带机断面及井巷工程量；带速越高，物料单位长度质量愈小，所需胶带强度愈低，减速器减速比越小，设备费用及投资随之减少。 所以本次设计根据可研阶段的设计比选及考虑本次设计中的主井胶带输送机运量的提高、国产胶带强度的限制等因素，确定胶带机带速为V4.0 m/s。 不同带宽及带速的胶带输送机的技术比较 表611 带宽、带速 参数 B1200mm B1400mm V3.5m/s V4m/s V3.5m/s V4m/s 运 量 Q1000t/h Q1000t/h Q1000t/h Q1000t/h 轴功率 1864KW 1907KW 1884KW 1977KW 电机功率 3900KW 3900KW 3900KW 3900KW 胶 带MT667标准 ST5000阻燃钢绳芯胶带 ST5000阻燃钢绳芯胶带 ST4500阻燃钢绳芯胶带 ST4500阻燃钢绳芯胶带 胶带安全 系 数 6.76 7.15 6..87 7.52 胶带每米 估 价 2173元/米 2173元/米 2294元/米 2294元/米 计算带宽 ≥1.17 ≥1.02 ≥1.17 ≥1.02 滚筒直径 D1600 D1600 D1600 D1600 年电费 0.0 9.08万元 9.58万元 19.92万元 比 较 胶带强度高 安全系数偏低 胶带强度高 安全系数偏低 胶带强度适中 安全系数偏低 胶带强度适中 安全系数满足 根据上表可以看出，B1200mm，虽然井筒断面可减小，但胶带强度太高，国产胶带质量目前难以保证，且胶带安全系数低，不满足规范要求，B1400mm，胶带强度（ST4500）适中，而且带宽为1.2m与1.4m的胶带投资相差不大，即胶带机的投资亦差别不大，且ST4500规格的胶带，目前国产胶带的质量基本就能满足要求，不需选用进口胶带，减少了设备投资，而且胶带的安全系数也相对提高，且满足规范要求，因此本输送机确定选用带宽B1400mm，带速为V4.0m/s。 验算胶带宽度B 1.02 m ＜1400 mm 满足要求 式中Q输送时 Q1000 t/h； V带速 V4.0 m/s； γ物料容重 γ0.90 t/m3 ; C倾角系数 C0.75 K断面系数 K455 ξ速度系数 ξ0.8 验算后带速、带宽满足要求，适应本矿井的原煤提升要求。 4、 胶带安全系数胶带安全系数m的取值与产品质量有关，且与接头的质量、数量及驱动装置的选择有关，另外，运行、维护及管理也是一个重要因素，根据目前我国胶带的生产水平和国内已投入使用的带式输送机的运行情况，ST4500的胶带在国内已应用广泛,也较成熟，特别是近年来软起动驱动装置的应用，改善了大型胶带输送机的运行状况，所以确定胶带的安全系数m≥7～9。 5、驱动装置的功率计算 采用双滚筒三电机驱动方式 经胶带机计算公式计算，传动滚筒总轴功率为N01977KW。 考虑电机功率备用系数取K1.3～1.5；取K1.35 故电机功率NKN01.3519772669 KW 确定选型电机功率39002700 KW（这时K1.37） 6、选择胶带 经计算公式计算胶带机最大张力点张力为Smax837465 N。 确定选用胶带B1400 mm，胶带强度为ST4500N/ mm的难燃型钢绳芯胶带。 校核胶带安全系数 NA ST*B/ Smax 45001400/8374657.52≥7.4～8.4（静安全系数） 符合煤矿安全规程第三章、第三节第六百二十五条中关于胶带静安全系数的规定。 7、验算提升时间及输送能力 每天提煤的时间为T0，生产不均衡系数为1.15，设计日产量为8000吨。 T0 1.158000/10009.2（h）＜14 h 由以上验算可知，输送机输送能力Q1000 t/h，完全满足矿井的生产能力及提升时间的要求。 二 驱动装置的方案比选 本带式输送机属长距离、大运量、大倾角、大功率的胶带输送机，是矿井生产的关键设备，对矿井的正常生产和经济效益具有决定性作用。而大型胶带输送机应具有良好的软起动性能，所以驱动装置的选择是关键问题，驱动装置的配置是否合理，对设备的投资及胶带机的安全、可靠运行至关重要。 目前，大型胶带输送机设计可采用的较为先进的驱动方式有以下两种方案 方案一电动机减速器交交高压变频器驱动系统； 方案二电动机CST可控起动装置（简称CST）驱动系统； 以上两种驱动方式均具有良好的起动性能，具体性能及优缺点详见表612 主井大倾角胶带输送机驱动系统技术经济方案比较 表612 方案 方案一 方案二 驱动 方式 项目 交交 高压变频器系统 CST 驱动系统 驱动系 统组成 电机减速器 N3900KW 高压变频技术 电控系统变压器、 整流柜、变频器、控制柜等 鼠笼电机CST N3900KW 3套 电控系统控制柜、开关柜等 驱动装置及电控 设备投资 （万元） 159215746 1120 353610 769 土建 （电控室） 20万元（110m2） 0 投资差价 （万元） 371 0 优点 1、完全可调节起动速率，起动、软制动性能良好 2、电机 减速器的驱动方式，占地少，无漏软油的麻烦； 3、节能，无运行功率损耗； 4、可以实现多机功率平衡； 5、响应速度快，调速性能好； 6、可以40～100的任何速度下长期运行，满足低速验带要求。 1、完全可调节起动速率，软起动、软制动性能良好，可降低胶带强度，延长胶带的使用寿命； 2、体积小，占地少、故障率低； 3、正常运行时，滑差小，传动效率高； 4、驱动主电机可实现分时空载起动，对电网冲击小，具有过载保护功能； 5、可以实现多驱动电机之间的功率平衡。 6、能满足低速验带要求； 7、技术成熟，国内应用广泛。 缺点 1、无法实现多台电机分时空载起动； 2、变频器的工作原理导致对电网的谐波影响。 3、投资过高。 4、电气传动环节多，电控系统复杂，维护工作量较大。 1、低速验带运行时效率低，易发热，不能低速长期运行； 2、综合运营费较高 由上表可知，CST方案，可靠性高，电控系统简单，维护工作量较小，性价比高，投资较省，但综合运营费较高。 变频方案，投资高，电控系统复杂，维护工作量大，但由于通过变频方式调节速度，电机效率高，电机余量更大，并节约电能，且综合运营费低，但初期投资过高，不能吸收冲击荷载，对设备寿命有一定影响。 目前，国内煤炭行业长距离、大运量、高速运行的带式输送机驱动系统采用CST系统已很成熟，从运行、维护及取得的经济效益看，用户比较满意。特别是在宁煤地区，美国Dodge公司已经建立了CST售后服务站，能提供良好的技术支持和售后服务。 综合以上因素，设计推荐CST可控起动系统为主斜井胶带输送机的驱动系统。 经计算选型及方案比选，主斜井带式输送机主要技术参数为 B1400mm，Q1000t/h，β23，L≈1350m（斜长），V4. 0m/s，采用ST4500阻燃型钢绳芯胶带（安全系数＞7.4），采用头部双滚筒三电机驱动，驱动滚筒总轴功率为1977 KW。功率配比21。 电动机型号YKK6304，N900KW（3台）； CST可控起动装置 1120K型 i31.5（3套）； 低速轴逆止器1165NRT型 逆止力矩 Te 468.83kN-m（2台）； 低速轴盘形制动器 1台； 拉紧装置液压自动拉紧装置DYL0110/5； 拉紧力T5 t 拉紧行程 S10 m（布置在机尾）； 按照新的煤矿安全规程中第373条规定，本胶带机还设置两级跑偏开关，沿线双向拉绳开关，纵向防撕裂保护装置，打滑检测装置、烟雾保护及自动洒水装置等全套的安全保护装置。 三 其他 主井井底煤仓（或溜煤眼）设置有甲带给料机，型号为JDG/5/F/SI型，手动调速，给料量Q1000t/h（可调）。 主井大倾角胶带机还配置有YJJ型钢绳芯胶带接头在线监测仪，可在胶带机运行过程中动态检测钢绳芯胶带接头的使用情况及拉伸状况，及时排除隐患，提高设备运行的安全性和可靠性，并为胶带输送机检修、维护人员提供帮助。 几点说明 （1）、本设计主井提升大倾角胶带输送机，考虑倾角大等因素，设计为四托辊大槽角布置方式，避免因井筒倾角大而撒煤的现象。 （2）、为保证大倾角胶带输送机在运行过程中停车时的安全制动及防止倒转，不仅设置了逆止器，还设置了高速轴制动装置。 （3）按照煤矿安全规程中第349条规定，本胶带机设置了两级跑偏开关，沿线双向拉绳开关，纵向防撕裂保护装置、防打滑检测装置、溜槽防堵塞装置等安全保护装置。 （4）、胶带接头采用硫化接头。 （5）、主井驱动机房原有一台电动双梁桥式起重机 型号DP型 起重量Q12.5 t 跨距Lk19.5 m 二、主井检修设备 主斜井为大倾角胶带机斜井，考虑平时检修及维护设备、更换托辊及检修人员、零散人员上、下井快捷方便等多方面因素，考虑以下两种方案 1、检修绞车型号JK2/30E，绞车滚筒直径2m（缠绳三层）； 提升速度2.55m/s；电动机功率185KW，380V。 优点提升量大，可满足更换中间机架及机尾滚筒等需要； 缺点检修人员上、下井不方便；井筒断面大、井巷工程量大，投资大；万一发生跑车事故，会严重破坏胶带机正常运行。 2、往复式架空乘人索道型号RJY5523/1260D; 运行速度1.2m/s；电动机功率45KW，380V。 因本装置主要用于主井胶带机检修及零散人员下井，故考虑尽量减小井筒断面，故优先选用往复式架空乘人索道（井筒断面小，为4.4～4.7m）；若选循环方式，井筒断面最小为5.5m，其优点是可随时上下人，缺点是井筒断面大，检修货箱不可循环，运送人员时需摘钩，检修时须设置成往复式（两用形式）。故本矿井确定方案为往复式，设8个吊椅，两个货箱（1.50.50.4,载重150kg），间隔2.5～3m，集中布置，集中上、下人，检修时，可在井筒内的任何位置停车。 保护装置设置有机头、机尾越位保护、重锤下限位保护装置、钢丝绳寿命极限保护、全巷道沿线紧急停车保护、上、下坡点掉绳保护装置、防过摆装置、上、下人到站主语音提示等安全装置。 经过以上方案比选，也听取了用户意见，推荐选用方案二往复式架空乘人索道，与检修绞车相比，其优点是 1、井筒断面小，减少巷道工程量及施工周期，从而减少初期投资； 2、电机功率仅为绞车的1/4，装机功率小，电耗小，运营费低； 3、投资成本低，占地面积小，土建工程量小； 4、安全性能高，不会发生跑车现象； 5、设计灵活，根据需要可设计布置为双往复式，可同时运送人员上、下井，并可配备救护床装置； 6、可实现全自动化集中控制。 若确定选用往复式架空乘人索道，因胶带机的机架及机尾滚筒不属于易损部件，不经常更换，如需要更换时，可利用副井井底车场与主井井底连通。矿井投产时，索道运行要加强安全管理，要求在检修及更换托辊时，严禁零散人员上、下井；当人员上、下井时应将货箱摘钩，以保证人上下人员的安全。 主井提升系统平、剖面图及井筒断面图详见插图631～2。 三、副井提升设备 副井为斜井，是全矿井辅助提升井，主要担负升降人员、设备、下放坑木、材料、提升井下矸石等辅助提升任务。单水平提升，井上、下均为甩车场，采用单钩串车提升方式。 （一）设计依据 1、矿井年产量2.4Mt/a；工作制度300d，14h，三班作业； 2、副井井口标高＋1230.50m；井底标高750.00m； 3、井筒倾角23；斜长1228.5m； 4、最大班下井人员87人；矸石量120t/班； 5、水泥、砂石13t/班；坑木2.6m3/班； 6、金属网、锚杆、钢带5t/班； 7、最大件设备21.2t（包括2.5t平板车质量）； 8、提升斜长提人1220m；提物1278m。 （二）提升设备方案比较 副井提升设备采用单滚筒缠绕式提升机，初、后期均为单钩串车提升方式，服务于全矿井。根据辅助提升设计依据，副斜井井筒较长，标准系列提升设备不能满足本矿井提升要求，需非标产品。在可研阶段设计中，设计提出了JK-3.5/30E型、JK-4/30E型和JK-4.25/30E型三种型号提升机方案进行比较，最后推荐采用JK-4.25/30E型提升机。本次初步设计又与设备厂家重新联系并调查论证，经计算选择φ4m提升机，配直流电控方案比较优越，并且厂家已有定型产品。因此本次设计推荐选用JK-4/30E型单滚筒提升机。 （三）钢丝绳选择及校验 1、提升容器选择 副斜井为串车提升井，提升容器选择如下 ①人车人车选用XRB20-9/6型抱轨式斜井人车，共三节组列，二节首车，一节尾车。900mm轨距。首车自重2500kg，尾车自重1500kg。每节乘坐20人。井筒内采用30kg钢轨，整体道床，轨头连接采用焊接方式，确保人车抱轨安全； ②矿车、材料车、平板车 矿车为1.5tU型固定车箱式标准矿车，900mm轨距，每车装煤1.5t，装矸2.7t，自重980kg； 材料车为900mm轨距标准矿用材料车，运送坑木、背板、锚杆、金属网等材料； 平板车为二种，一种为常用标准平板车，运送一般设备；另一种为专用重型平板车，专门运送大件物体、液压支架等较重设备。 2、提升量 根据矿井提升任务，井下日出矸石量（按3％考虑）为240t/d，班提升矸石量按日产矸石量的50％，即每班120t。最大班下井人员为87人。其他辅助提升任务见最大班作业平衡时间表6-1-3。 表6-1-3 最大班作业平衡时间表 序号 提升内容 班提升量 每次提升量 提升次数 一次提升时间（s） 班提升时间 hmin 1 下井人员 87人 58人 2 626.44 020.88 2 升井人员 按下井人员80％计（综采） 016.7 3 其他人员 按升降人员20％计 07.52 4 矸石 120t 16.2t 8 757.38 140.98 5 水泥、砂石 12.5t 13.5t 1 757.38 012.62 6 坑木、材料 2 757.38 025.25 7 金属网、锚杆 2 757.38 025.25 8 设备 2 757.38 025.25 9 其它 5 757.38 12.7 10 总计 297.15分约4.95h 11 备注 长材、设备、雷管、炸药放在第三班。 3、拉车数 根据副井提升内容及任务量，经计算每次提升矸石车或水泥砂石车6辆或材料车5辆或人车三节（2头车，1尾车）。运送大件设备时，大件设备整架下井，每次运送一架，总重21.2t包括2.5t平板车。 4、钢丝绳 钢丝绳按提升最重物体考虑，经计算设计选用40NAT6V37sFc1770ZS型，钢丝绳技术参数为绳径dk40mm，单位长度重量pk6.8kg/m，抗拉强度1770MPa，最小破断拉力1070kN。 实际提升最大静拉力提矸Fj139.07kN；提人Fj101.03kN；提大件设备Fj135.58kN。 5、安全系数校验 根据规程第400条表7规定，单绳缠绕式提升装置升降人员和物料的安全系数允许值为升降人员时[m]≥9；升降物料时[m]≥7.5。实际提升安全系数为 提升人员 m10.58＞[m]9； 提升矸石 m7.69 ＞[m]7.5； 提大件设备 m7.88 ＞[m]7.5。 以上实际计算值均大于规程规定值，符合要求。 （四）选择提升设备 1、提升机滚筒直径 根据规程第416条第二款要求，提升机和天轮直径计算如下 D≥80dk80403200mm 2、选择提升机 依照滚筒直径及钢丝绳实际静拉力，设计选用JK-4/30E型单滚筒缠绕式提升机一台，滚筒直径φ4m，宽度2.4m，允许最大静拉力170kN，配行星齿轮减速器，速比30，所配电机转数570r/min，提升速度3.98m/s，（升降大件设备时V2.5～3m/s）。配牌坊式深度指示器、二级制动液压站（或恒减速制动），确保提升安全。 天轮选用井上固定天轮，型号TSG3500/22型，天轮直径φ3.5m，绳槽半径R22mm，适用钢丝绳直径φ40mm。 钢丝绳缠绕层数钢丝绳在滚筒上缠绳长度除提升用绳外，还包括定期试验用绳，附加移动绳及三圈摩擦圈用绳，经计算钢丝绳在滚筒上缠绕层数为1.99层。小于规定的2层，满足规程要求。 3、选择电动机 主电动机按每次提升最大荷载考虑，运行速度3.98m/s，经计算选择ZD型直流电动机一台，主要技术参数为 额定功率 N710kW；额定电压V440～660V; 额定转速 n400～600r/min；过载系数λ≥2.0； 4、提升系统 副井井口设栈桥甩车场及井上固定天轮架，提矿车时提升长度Lt1278m。矿车提出井筒后进入井口栈桥，甩车进入地面车场。提升系统图见图6-1-3。 （五）提升运动学及动力学 副井提升采用二种速度图提升方式，提升矸石、材料、设备时采用五阶段速度图，其速度图、力图见图6-1-4。当提升人车时，人车不出井，在井筒内运行并上、下人，采用三阶段速度图，其速度图、力图见图6-1-5。 1、提升能力 根据副井提升内容种类及任务量，依照规程、规范要求，经计算，提升矿车一次循环时间为757.38s。提升人车一次循环时间为626.44s，下井工人时间20.88min，升降全部人员时间45.1min。最大班作业时间4.95h，满足要求。 2、电动机功率校验 电动机功率是以提升系统所需电动机最大功率运行状态进行校核，本提升系统以提升6个矸石为准进行校核。 根据动学计算，提升矸石时提升系统总变位重量109556kg，总变位质量11171kgs2/m。经计算其最大等效力为124.843kN，等效时间330.15s，等效功率634.7kW，过负荷系数λ1.24＜1.5，所选电机符合要求。 （六）跑车防护装置及措施 根据煤矿安全规程第三百七十条的规定和安全专篇设计要求，副井及井下倾斜井巷内为防止断绳或误操作或特殊情况下发生跑车事故，破坏井底车场和损坏轨道及运输车辆，设计了自动防跑车防护装置，以防止倾斜井巷发生跑车，其型号为FJPA型，本跑车防护装置为常开式，即挡车网平时常开，只有在发生事故跑车时快速下落捕车。 副井为斜井，倾角为23,斜长为1228.5用单钩串车提升方式，主要担负升降人员、设备、下放坑木、材料（不提矸石）等辅助提升任务。副井共设置了9套防跑车装置。 自副井井口下方40m处设置第一套防跑车装置，然后每间隔140m设置一套，副井共设置有9套FJPA型自动防跑车装置，最后一套防跑车装置距井底距离不得大于50m。这样则能有效的防止跑车事故造成的严重后果，起到跑车防护作用。 七辅助设备 1、为了提升设备安装检修使用方便，提升机房内设置一台QD32/5型双梁桥式起重机，起吊重量主钩32t，副钩5t，跨度15m，起吊高度10m，电机总功率32.5kW，地操形式。 2、提升机配高效行星轮减速器，为了降低润滑油温度，本设计给出润滑油站冷却系统一套。 （八）设计说明 提升机主电动机为直流机，在进行动力学计算时由于提升机和电动机尚未订货，厂家所给技术参数仅为参考数据，待提升机和电动机与业主订货后与设计单位签订技术协议时再进行重新检核。 第二节 通风设备 根据矿井开拓布置，本矿井采用中央并列式通风方式，主斜井、副斜井进风，斜风井回风，采用机械抽出式通风。 矿井通风分前期和后期二个通风时期。前期又分初期和中期（二采区下部）二个时期。前期通风设备服务于一、二采区，服务年限约19a，矿井通风按前期选型，后期为分区式通风。 根据现有地质报告，经分析，在＋800m以上瓦斯量较小，暂按低瓦斯考虑，前期通风设备选型以此为依据。后期800m以下瓦斯含量较高，按高瓦斯考虑，瓦斯具体分析情况见其他章节。 一、设计依据 1、矿井前期（一、二采区）所需风量128m3/s； 2、前期负压 初期878.83Pa；后期2134.78Pa; 3、风井井口标高1231.00m。 本矿井采用机械抽出式通风，通风设备设在风井广场，在风井口侧面打一斜风道，连接地面基本风道，再与风机连接。 二、通风设备方案比较 根据矿井通风要求，在可研阶段设计中，对离心风机和轴流风机都进行了分析比较，在此不再叙述。本次初步设计中仅对轴流式通风机进行比较。根据目前国内生产厂家及用户情况，GAF型和ZK56型轴流风机生产量和用户量较少。主要原因是风机性能曲线中高效区较窄，风机结构复杂，需建风机房，风机基础及垂直扩散塔。电动机与风机之间采用长轴传动，长期运转中间轴易变形，安装、检修、调试复杂。施工周期长，设备维修量大，占地面积大，总投资高。在运行过程中喘振现象时有发生，运行不稳定，设计不予考虑。 本次初步设计所选三种方案通风设备均为目前国内推广产品，也是在原BDK风机基础上改型产品，其叶片为弯掠组合正交三维扭曲型叶片，调整叶片角，可使风机始终在高效区域内运行，具有装置效率高、节能、低噪声、运行平稳及结构简单，安装、维护方便等特点，是煤矿专用防爆风机。本次设计由方案比较表可知，从机型上比较二方案最小，设备投资最低，但轴功率大，年电耗高。比一方案每年多花32.28万元。三方案机型最大，前期设备投资大，轴功率方面初期虽然较小，但后期轴功率大，在一、二采区服务期间年平均电耗高，比一方案每年多耗电28万度，电费14万元。经上述比较设计推荐第一方案为本矿井通风设备方案。见通风方案比较表6-2-1。 兰州煤矿设计研究院 - 99 -