第07章提升、通风、排水和压缩空气设备

宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-1第七章提升、通风、排水和压缩空气设备第一节提升设备一、提升方式本矿井设计生产能力为1.2Mt/a，采用斜井开拓方式，主斜井井口标高为＋1444.3m，副斜井井口标高为＋1443.5m，主斜井落底标高为+950m，副斜井落底标高为＋950m。主斜井采用带式输送机提升方式，担负全矿井的煤炭提升任务。副斜井采用单滚筒缠绕式提升机单钩提升方式，担负全矿井矸石、设备及材料等升降任务，并满足整体升降大型综采设备、液压支架等任务。人员通过主井架空乘人装置下井。二、主斜井提升设备（一）设计基础资料本矿井设计生产能力1.20Mt/a，，年工作日330d，每天净提升时间16h。每天四班作业，三班生产，一班准备。采用斜井开拓方式，多水平开采。矿井装备一个综采工作面，两个综掘工作面，一个普掘工作面。煤炭井下主运输采用带式输送机，煤流系统为：11采区顺槽可伸缩带式输送机→区段煤仓→主斜井带式输送机。主斜井落底标高为+950.0m，井口标高为+1444.3m。主井采用带式输送机提升，担负全矿井的煤炭提升任务。主斜井带式输送机仅区段煤仓一个给料点，主井口驱动机房内一个卸料点。主斜井带式输送机设计原始参数如表7-1-1。（二）驱动方案的确定主斜井落底到+950.0m，井口标高为+1444.3ｍ，井筒斜长1644m，倾角17.5°，高差H=495m，考虑输送机出井口后的爬高，主斜井输送机斜长为L=1663m，高差H=500m，主斜井带式输送机输送能力为Q=800t/h。根据计算，本带式输送机采用头部双滚筒三电机驱动，防爆电机功率3×710kW，功率配比2：1，驱动系统都置于主井口驱动机房内。宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-2见示意图7-1-1。主斜井带式输送机设计原始数据表表7-1-1项目单位参数项目单位参数矿井井型Mt/a1.2原煤类型烟煤工作制度班/天四堆积密度kg/m3900水平运距m1586粒度mm0~300，含有少量大块总提升高度m500最大块度比率%10最大倾角°17.5水分（Mt）%18环境温度℃0~40静堆积角°40含矸率%5.25图7-1-1头部集中驱动（三）主斜井提升设备选型本矿主斜井井口标高+1444.3m，考虑出井口后的爬高，输送机斜长1663m，倾角17.5°，高差H=500m。矿井布置一个综采工作面。工作面来煤进入主斜井带式输送机，根据井下工作面布置及煤流方向，综合考虑各种生产因素、工作面的峰值煤量和区段煤仓对原煤的缓冲作用，确定主斜井带式输送机输送能力为800t/h。主斜井带式输送机设备布置图见图7-1-2。宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-3宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-41、带宽、带速的确定带式输送机的运输能力取决于带宽和带速的组合，增加带宽需要扩大巷道断面，不仅增加井巷工程量，加大投资，还对设备运行不利；而提高带速对降低井巷工程费用比较有利，带速愈高，物料单位长度质量愈小，所需胶带强度愈低，减速器传动比减小，整机设备费用减低。但提高带速必须有以下条件保证：①输送机应保证安装质量；若安装质量不高，物料易在胶带上发生跳动，而使机架、托辊产生动应力及胶带跑偏；②输送机应有可靠的安全保障措施，因速度愈高，愈易发生人身事故；③要有高质量的运行部件，因带速增大，托辊的直径、转速也相应增大，因此托辊质量要求高，作为易损件的配件成本高；④满足经济合理性要求，带速快，胶带的磨损加剧，从而使输送机的整机寿命降低；⑤满足通风要求，带速过大，影响巷道通风。所以带速取值不仅要在理论上合理可靠而且必须与国内制造、安装、维护水平及通风安全要求相适应。因此在设计中必须把两者兼顾，既满足带式输送机的提升能力，保证输送机的运行可靠性，又能节约投资。为降低主斜井带式输送机的胶带等级，结合计算及国内外大带宽、大运量输送机的使用情况以及输送机的发展情况，本带式输送机的带宽确定为1.2m，带速为4.0m/s。2、设备选型：（1）初定设计参数本带式输送机带宽B=1200mm，带速v=4.0m/s。上托辊间距ao=1.2m，上托辊槽角λ=35°，普通托辊与前倾托辊相间排列，排列之比为6：4。下托辊间距au=3.0m，下托辊为V形托辊。上下托辊辊径159mm。（2）由带速、带宽验算输送能力SvkQ6.3htQ/175790085.00.41595.06.3800t/h，按照煤的最大粒度较核胶带宽度宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-5mmdB80020030022002max＜1200mm式中：dmax—煤的最大粒度，mm。由此可以看出，带式输送机的带速、带宽能满足输送能力的要求。（3）计算圆周驱动力和传动功率驱动圆周力：Fu=CFH+FS1+FS2+FST式中：C=1.06；附加阻力系数；FH=fLg[qRO+qRU+(2qB+qG)]；输送机的主要阻力；qRO=mkg/33.26，承载分支托辊每米长旋转部分质量；qRU=mkg/85.8，回程分支托辊每米长旋转部分质量；暂定胶带为ST3500阻燃钢网抗撕裂型钢丝绳芯胶带，胶带在满足国家有关标准要求的情况下，上层覆盖胶厚增加1mm。qB=54kg/m，每米长输送带的质量；qG=mkgvQ/56.550.46.38006.3，每米长输送物料的质量；g—重力加速度，g=9.81m/s2；f—模拟摩擦系数，f=0.025；L—输送机水平长度，L=1586m；H—物料提升高度，H=500m；δ—输送机在运行方向的倾斜角；δ=17.5°，cosδ取1；v—输送带速度；v=4.0m/s；经计算，FH=77.3kN。FS1=Fε+Fgl；主要特种阻力；Fε=Cεμ0Lε(qB+qG)gcosδsinε，前倾上托辊的摩擦阻力；Cε—槽形系数；Cε=0.43。μ0—托辊和输送带间的摩擦系数；μ0=0.3。Lε—装有前倾上托辊的输送机长度；Lε=1663m。ε—托辊前倾角度；ε=1°30’。宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-6其它符号同前。经计算，Fε=5.7kN。Fgl=21222bglIuV导料槽栏板的摩擦阻力；μ2—物料与导料槽间的摩擦系数；μ2=0.7b1—导料槽两栏板间宽度；b1=0.73ml—导料槽栏板长度；l=8.0mIv—输送能力；Iv=smxQ/247.09006.38006.33；其它符号同前。经计算，Fgl=0.35kN。FS1=5.7+0.35=6.05kN。FS2=2.1kN；输送带清扫器摩擦阻力。FST=qGgH；倾斜阻力。符号同前，经计算，FST=272.5kN。驱动圆周力：FU=362.9kN。传动功率计算传动滚筒轴功率PA=kWvFU5.1451。经计算，驱动圆周力Fu=362.9kN，传动滚筒轴功率1451.5kW。（4）驱动装置选择从原始数据和计算结果可知，本带式输送机属长距离、大运量、高带强、高带速的主井提升带式输送机，其运行质量相当大，输送带又是一个粘弹性体，起动时若不能有效地控制其起动加速度，则会产生相当大的动负荷，从而引起输送带起动打滑及输送带动态张力大大增加，造成巨大的瞬时冲击，可能导致输送带及其它部件损坏。因此，带宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-7式输送机的核心部分—驱动装置的确定就成了重中之重。本矿主斜井带式输送机的驱动方案，考虑以下两种型式：1）CST可控起动驱动方案（以下简称“CST方案”）该方案属于机械类驱动方案，主斜井带式输送机采用CST减速系统软启动，综合效率比一般的机械传动系统高10%以上，同时经过长期实践运行，可靠性高。其缺点是系统相对复杂，液压元器件的维护费用较高，不能在低速下长时间运行实现验带功能。但一般带式输送机低速验带运行时间很短，本带式输送机验速时间不到半小时，CST驱动系统低速运行时能量损失小，可忽略不计2）减速器+高压变频器驱动方案（以下简称“高压变频方案”）该方案属于电气类传动，配用进口减速器。采用满足IEEE-519-1992谐波标准的≥12脉冲高压变频器。它能在四象限输出正弦的电压电流波形，适用于国产防爆变频电机。主斜井带式输送机能通过高压变频器进行软启动、调速、软制动和验带运行，同时运行中电机效率高，有一定的节能效果。同时，近几年主斜井带式输送机变频驱动方式在内蒙、山西、宁夏等地已有煤矿投入实践运行。高压变频方案有以下优点：A．能根据负载调节带速，系统效率高；B．能提供低速验带；C．不受电网波动影响，电机裕量较大；D．电气系统较复杂，对维护人员要求较高，但无液压系统，维护工作量较小。E．如果产生冲击荷载，不能吸收冲击荷载，对设备寿命有一定的影响。F．软起动，无级调速，起、制动及运行平稳，机械设备寿命长；G．营运费较低。经以上比较，设计推荐高压变频方案为主斜井带式输送机的驱动形式。（5）输送机胶带张力的计算在进行胶带张力计算时，采用逐点张力法进行计算。输送机正常运行，必须满足以下两个条件：1）满足输送带下垂度要求为了限制输送带在两组承载托辊间的下垂度，作用在输送带上任意一点的张力必须宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-8大于最小张力Fmin。承载分支：kNahgqqaFGBo1.16/8maxmin承回程分支：kNahgqaFBu9.19/8maxmin回（h/a）max—输送带许用的最大垂度，（h/a）max=0.01；其它符号同前。2）输送带不打滑输送带不打滑条件为：F2(S2)min11maxuueF式中：Fumax=KAFu=1.5×362.9=544.35kN；本输送机采用双滚筒三电机驱动，功率配比2:1，φ1、φ2分别为驱动滚筒的围包角，φ1=210°，φ2=190°；μ为输送带与传动滚筒的摩擦系数，μ=0.30。euφ=euφ1×euφ2=3×2.7=8.1则：F2(S2)min76.7kN经计算各特性点张力为：取S2=300kNS3=S2+fLg(qRU+qB)-qBHg=37.5kN＞F回min=19.9kNS4=1.04S3=39kN＞F承min=16.1kNS1=S4+fLg[qRO+(qB+qG)]+qBHg+FST+Fs1+Fs2=616.987kN根据以上计算可知，输送机胶带的最大张力Smax=616.98kN。胶带的安全系数n=6.8，满足GB50431-2008《带式输送机工程设计规范》中，当带式输送机采取可控软启动、制动措施时，安全系数取5~7的规定。所以选用ST3500阻燃钢网抗撕裂型钢丝绳芯胶带满足设计要求。（6）电机功率的计算宋新庄煤矿初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备中煤国际工程集团武汉设计研究院7-9N=KPA=1.4×1451.5=2032.1kW式中：N—电动机总功率：K—电动机功率系数，K=1.25~1.4，取K=1.4；其它符号同前。根据驱动装置的布置，选用3台710kW的变频电动机，采用头部双滚筒2：1驱动形式。（7）拉紧装置选择为减小拉紧装置的张紧力，结合其他矿井的设计经验，本设计将拉紧装置布置在输送机尾部。本带式输送机选用ZYL500J型自控液压拉紧装置。（8）逆止器选择DSN530型逆止器，额定逆止力矩530kN·m，两台。（9）主斜井带式输送机的主要技术参数根据计算，本矿主斜井采用一条带式输送机完成提升任务，其主要技术参数如下：带宽B=1200mm，运量Q=800t/h，带速V=4m/s，机长L=1663m，倾角β=17.5°。驱动系统：电动机YB24504-4，功率710kW，电压等级为6kV，3台，功率配比2：1；胶带：S