第六章 提升、通风、排水及压缩空气设备

河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备49第六章提升、通风、排水及压缩空气设备6.1提升设备6.1.1概述本矿井设计生产能力为3.0Mt/a，采用一对立井开拓方式。矿井主要开采水平为-325.0m，主井井口标高为＋139.0ｍ，副井井口标高为＋139.6ｍ，主井井筒净直径为D5000mm,装备一对立井四绳20t箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务。副井井筒净直径为D6500mm,装备一对1.5t矿车双层四车四绳罐笼(一宽一窄),担负全矿井提人、矸石、设备及升降材料等任务，宽罐除满足上述提升任务外,还可以满足整体升降大型设备、综采支架等任务。对主、副井提升设备的选型，设计根据矿井提升高度和提升量采用多绳摩擦轮提升方式，并对多绳摩擦轮提升机从安装方式上进行了塔式与落地式两种布置方式的比较，通过分析比较知道，塔式多绳摩擦轮提升机具有占地面积小，钢丝绳在井塔内运行条件好，在同样摩擦系数情况下防滑性能好等优点，但也存在抗震能力差，安装不方便，辅助设施多，建井期占用井口时间长，总投资较高等缺点；而落地式多绳摩擦轮提升机则具有抗震能力强，建井期占用井口时间短，辅助设施少，投资省等优点，但占地面积较大。通过与总平面布置相结合，落地式多绳摩擦轮提升机机房占地对整个工业广场的占地影响不大，因此，本设计主、副井提升设备均选用落地式多绳摩擦轮提升机。设计推荐主井提升机采用交流同步提升电机全数字矢量控制交直交变频供电系统方案，实现无级调速、高效运行。副井提升机的电气传动设备,采用电枢换向12脉动顺序控制SCR-D供电系统,实现无级调速、高效运行。6.1.2主井提升设备1、设计依据主井年产量：3.0Mt/a；主井井口标高：＋139.0ｍ；主井井底标高：－325.0ｍ；河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备50工作制度：330d/a，16h/d；装载位置箕斗底标高：-295.0m(水平上装载)；卸载位置箕斗底标高：+153.0m。2、提升设备选型（1）提升容器选择本矿主井选用一对立井四绳20t箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务,其主要参数为：载重G＝20t，质量Gz＝25.707t（含悬挂装置），箕斗本体高度14.32m,箕斗全高18.52m。根据防滑计算，箕斗需加配重10t。（2）提升钢丝绳选择及校核a.绳端荷重：Q＝55707kgb.钢丝绳悬垂长度：HC＝515mc.钢丝绳允许最小安全系数：ma＝7.2－0.0005×515＝6.9425d.提升主绳选择：提升主绳选用44ZAB6V×37S＋FC1770ZZ(SS)型钢丝绳4根，左、右捻向各2根，主要技术参数：绳径：dk＝44mm,丝径δ＝3mm，钢丝绳单位长度质量为Pk＝8.08kg/m，钢丝绳最小破断拉力为Q＝1270kN。（3）提升机选型及校核a.按钢丝绳直径计算D≥90×44＝3960（mm）b.按钢丝绳丝径计算D≥1200×3＝3600（mm）c.提升机选择提升机选用JKMD-4×4(Z)型落地式多绳摩擦轮提升机1台，其主要技术参数如下：河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备51摩擦轮直径D＝4000mm天轮直径Dt＝4000mm最大静张力Fjmax＝800kN最大静张力差Fcmax＝270kN提升机旋转部分变位质量Gj＝20000kg天轮变位质量Gt＝2×7775kg减速比i＝1衬垫摩擦系数μ＝0.25衬垫允许比压P＝2.0MPad.提升机校验实际最大静张力：Fj＝709.771（kN）＜800kN实际最大静张力差：Fc＝205.454（kN）＜270kN实际衬垫比压：P＝1.459(MPa)＜2.0MPa所选提升机满足要求。6.1.3副井提升设备1、设计依据（1）矿井年产量：3.0Mt/a；（2）副井井口标高：＋139.6ｍ；（3）副井井底标高：－325.0ｍ；（4）矸石量：按年产煤量的5.5％计；（5）坑木消耗：1.5m３/kt；（6）支护材料：24.25t/班；（7）运送设备：1次/班；（8）最大班下井人数：247人；河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备52（9）其它：5次/班；（10）最大件质量：16000kg；（11）平板车质量：1000kg。2、设备选型计算（1）提升容器选择本矿副井提升矸石、下放材料等采用MG1.7-6A型、1.5t、600mm轨距固定式矿车，矿车质量为718kg，考虑到运输综采液压支架等大型设备，提升容器选用一对GDG1.5/6/2/4（K）型1.5t双层四车四绳罐笼，一个宽罐，一个窄罐。宽罐主要技术参数为：质量15990kg（含悬挂装置），允许载人80位，罐笼本体高度为6100mm，全高为11200mm。窄罐主要技术参数为：质量14860kg（含悬挂装置），允许载人56位，需增加配重1130kg，罐笼本体高度与宽罐相同。在升降最大件时，另一侧需增加临时配重12000kg。罐笼双层提人，单层提除人以外的矸石、物料等辅助作业。6.2通风设备6.2.1设计依据1、矿井所需风量：180m3/s；2、矿井所需负压：初期1676.73Pa；后期1875.16Pa。3、通风机安设位置通风设备设置在风井工业场地内，回风立井井口附近。进风主井井口标高为+139m，副立井井口标高为+139.6m；回风立井井口标高为+131.0m。回风井距最近村庄距离约460m。6.2.2通风设备选型1、通风机所需风量、负压计算根据矿井所需的风量和负压，考虑通风设施漏风和风机阻力损失、消声器阻力损失及自然风压后，通风机的计算风量和负压分别为：通风容易时期：Ｑ易＝1.05×180=189(m3/s)；Ｈ易＝1676.73+100+150≈1927（Pa）。河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备53通风困难时期：Ｑ难＝1.05×180=189(m3/s)，Ｈ难＝1875.16+100+150≈2125(Pa)。2、通风机选型根据可研设计对适宜本矿井的FBCDZ(原BDK)系列、2K56系列、GAF等系列通风设备方案的比选，本矿井通风设备选用静压效率较高、高效区域广、土建费用低、系统总投资少、年电耗省、可靠性高，综合运营费用低的FBCDZ（原BDK）系列对旋式轴流通风机。依据所需通风机的计算风量和负压及通风设备方案，本矿井通风设备选用FBCDZ（原BDK）-10-№32型对旋式轴流通风机2台，其中1台工作，1台备用。每台通风机配用YBF630M-10型10kV355kW专用防爆电动机2台。通风机可根据矿井通风的需要，调整叶片角度，工作在高效区，实现节电运行。为了满足环保要求，通风机配备消音装置。6.3配电及控制根据通风机设备选型情况和现行版《矿山电力设计规范》和《煤矿安全规程》要求，通风机电机采用高压直接起动，并能通过反转运行实现反风。根据风机正反转工作要求，通风机房高压配电设备，选用KYN28-12金属铠装抽出式开关柜。通风机房的低压配电及MCC设备，选用GCS型抽屉式开关柜。矿井主通风机为一级负荷。通风机房的高、低压电源各两回，均直接引自风井变电所。6.4排水设备6.4.1主排水设备1、设计依据本矿井在井下-325.0m水平，副立井井底车场附近设置矿井主排水泵房，排水管路沿副立井敷设。副立井井口标高+139.6m，井底标高-325.0m，井下排水要求处理，水处理需增加扬程10.4m。矿井正常涌水量1910m3/h，最大涌水量2491m3/h，总排水高度475m。2、排水方案比选河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备54根据矿井排水参数，采用通过鉴定的《矿井排水设备选型优化设计计算程序》设计计算，选出了适合本矿井的排水方案二个，其技术经济参数见表6.1内容单位技术参数方案一方案二设计依据矿井正常涌水量m3/h1910矿井最大涌水量m3/h2491排水垂高m475排水设备水泵型号MD580-60×8MD500-57×9水泵台数台11电机型号YB2型4极电机参数10kV、1120kW排水管路4---D480×16正常涌水期工况水泵运行台数台5水管工作趟数3流量m3/h552.3534.33扬程m495.99494.94效率%80.1979.94吸程m6.235.04轴功率kW948.89918.86日排水时间h/d16.5917.15经济预算年电耗kW.h/a3452.6×1043458.3×104基建投资元559.46×104549.65×104表6.1矿井排水设备选型方案表从表中可以看出，方案一为MD580—60×8型水泵，方案二为MD500—57×9型水泵，二个方案设备台数、管路趟数、配套电动机均相同。从经济方面分析，方案一基建投资略高于方案二，但年电耗低于方案二，二个方案综合营运费用相当；从技术方面分析可知，方案一排水系统运行效率高，排水的富裕能力高，水河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备55泵吸程高，可节省水仓工程量及其投资，在这一点上具有明显的优势，因此设计根据计算机优化及综合技术经济分析比较，推荐方案一作为本矿井的排水方案。3、排水设备选型经计算机优化选型设计计算，本矿井主排水设备选用11台MD580-60×8型矿用离心式排水泵，配YB2型、4极、10kV、1120kW矿用防爆电动机。正常涌水期5台工作，4台备用，2台检修，最大涌水期6台工作。排水管路选用4趟D480×16无缝钢管，分段选择壁厚。正常涌水期3趟工作，1趟备用，最大涌水期4趟工作。6.5供配电与控制排水泵房的排水泵主电机，由设置在井下变电所内的高压配电设备一对一供电。同时，在主排水泵房，设有就地操作箱。为了实现矿井井下主排水自动化，设计有自动化排水系统。该系统采用防爆PLC控制，能根据井下水仓水位自动起停水泵，工作泵故障时，备用水泵自动投入。现场控制器采用S7系列PLC，完成数据采集与控制功能。并配置工业智能图形工作站，作为数据显示和操作监控设备。6.6压缩空气设备6.6.1设计依据本矿井主要用气地点为井下各采掘进工作面生产用气及应急安全用气，地面只有煤仓空气炮及机修厂少量用气。矿井生产初期井下最远用气点距主副井工业场地约5.4km，后期最远用气点距主副井工业场地约9.3km。矿井地面海拔标高为+139.6m，井下用气地点最高水平标高约海拔为-130m。矿井初期开采，井下设有6个掘进工作面，其中1个岩巷掘进面配混凝土喷射机1台，气动凿岩机2台，风镐1台，单体锚杆机1台；4个综掘面不用压缩空气，1个半煤巷普掘面配气动凿岩机机1台，风镐1台。矿井各用气地点用气设备型号、数量及耗气量情况如下：1、岩巷掘进工作面1个，用气设备为：ZY-24气体凿岩机2台耗气量2.8m3/min/台；G10风镐1台耗气量1.2m3/min/台；MFC-1190/3470单体河南理工大学成人高等教育毕业设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备56锚杆机1台耗气量3.4m3/min/台；HPC-V混凝土喷射机1台耗气量5～8m3/min/台。2、半煤巷普掘工作面1个，用气设备均为：ZY24气体凿岩机1台耗气量2.8m3/min/台；G10风镐1台耗气量1.2m3/min/台。3、井下应急安全用气量按15m3/min考虑。4、地面机修厂用气设备为空气锤，用气量为0.85m3/min；煤仓同时工作的空气炮用气量约2.5m3/min。6.6.2矿井用气量根据矿井用气设备布置情况及工作特点，对不同工作地点和工作性质的用气设备，分别考虑管路漏气、设备磨损及海拔高度因素后计算矿井总用气量如下：121niiiiQmqk=1.2×1.15×1×(6×2.8×0.92+4×1.2×0.96+2×3.4×0.99+1×8+15+0.85+2.5+2)=76.1(m3/min)式中：α1－沿管道全长的漏气系数，取1.1～1.2；α1－机械磨损耗气量增加系数，取1.1～1.15；γ－海拔高度修正系数；mi－用气量最大班次内，同型号风动机具的使用台数