第六章矿井主要设备

山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备106第六章矿井主要设备6.1主、副提升设备6.1.1概述本矿井设计生产能力2.1Mt/a，采用立井开拓，在工业场地设有主、副立井及回风井。，一水平标高+80m，主立井只设一个装载水平，一水平采用下装式。矿井移交投产上组煤一采区，但副井提升系统考虑了一水平生产矿井服务年限为30.55a。主立井担负原煤提升任务，井筒直径Φ5.5m，冷弯方钢管罐道，单水平提升，装备一对20t多绳提煤箕斗。井口卸载点标高+560.6m，井底装载点标高（箕斗装载口）+17.3m，提升高度554.13m。副立井担负人员、材料、设备等的升降任务，井筒直径Φ6.5m，冷弯方钢管罐道，单一水平提升，装备特制1t双层四车加宽多绳罐笼和1t双层四车多绳标准罐笼各一个。井口轨面标高+546.3m，井底水平轨面标高+80m，提升高度（一水平）466.3m，（二水平）561.4m。对于主、副井提升方式，设计曾进行了落地式和塔式多绳摩擦提升的比较，塔式提升虽具有设备综合投资较少、井塔占地面积小、工业场地布置相对容易、设备管理和维护条件好等优点，但由于井塔基础及结构形式复杂、施工占用井口的时间较长影响建井工期、设备起吊安装困难、需设电梯和电动超卷扬起重机。而采用落地式提升，虽建井架的钢材消耗量较大、设备投资较高、占地面积大、工业场地布置相对较难、井架的日常防腐费用高等，但井架基础简单、施工工期短、井筒装备的施工和提升机房施工及设备安装调试可以平行交叉作业、占用井口时间短（比采用塔式提升方式节省占用井口时间约半年左右）缩短了建井工期，因此设计中主、副井提升都采用落地式提升方式。对于主、副井提升的驱动和控制方式，设计曾考虑了交-交变频、交-直-交变频和直流传动三个方案。传统的直流调速系统具有调速控制简单，调速性能好，变流装置容量小，价格低廉，山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备107所以在中小功率的提升机控制中占统治地位。但直流电动机存在以下缺点：结构复杂，成本高，故障多，维护困难，经常因火花而影响生产；换向器的能力限制了电动机的容量；直流电动机为改善换向能力，要求电枢漏感小，转子短粗，导致GD2增大，影响系统动态性能；直流电动机除励磁外，全部输入功率都通过换向器流入电枢，电动机效率低，由于转子散热较差，冷却费用高。交流电动机没有上述缺点，但调速较困难，近年来电力电子技术的发展，交流调速系统已能达到直流传动的水平，装置成本降低到与直流传动相当的程度，由于维修费及能耗大大降低，可靠性提高，因此出现了以交流传动取代直流传动的强烈趋势。采用新型电力电子器件和PWM技术的交-直-交变频传动系统，功率因数接近于1，高次谐波分量很小，谐波污染小，无需专门设置谐波吸收和无功补偿装置，但大功率的交-直-交变频传动系统国内目前尚不能生产，设备及备件必须进口，设备初期投资高，备品备件价格高，变流设备需要水冷，日常维护费用高。交－交变频传动系统国内已引进多套，其功率柜已实现国产化，与交-直-交变频传动系统相比，国内用户对提升机交－交变频传动技术的掌握程度较高，同时设备初期投资低，日常维护费用低。另外多绳提升机在紧绳工况时，要求低速时有很大的力矩，交－交变频系统在0转速时可以达到200%的荷载，在200%荷载时可持续5min，能一次性地满足紧绳所需提升距离的要求。但交－交变频传动系统功率因数较低，在起动、运行中将会产生较大的高次谐波，对矿井电网造成污染，电动机的频繁起动也将对电网会造成较大的无功冲击，必须对此进行治理。上述三种传动系统都能满足矿井主、副提升的工艺要求，电气性能、保护功能基本相当，从投资、管理等方面考虑，对主井提升选用交－交变频传动方案，对副井提升选用直流传动方案。6.1.2主立井提升设备1．设计依据年生产量:2100000(t)矿井工作制度:年工作日:330(d)山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备108日提升小时:16(h)井口锁口标高:546.3(m)箕斗装载点标高（箕斗装载口）:+17.3(m)箕斗卸载点标高（箕斗底）:+560.6(m)提升高度:554.1301(m)提升设备套数1多绳提升箕斗型号:JDG-20载荷:20000(kg)质量:24584(kg)附加质量:3316(kg)本体高度:13.72(m)箕斗装载口距箕斗底部的高度:10.14(m)两箕斗提升中心线间距:1.95(m)2．选型计算结果(1)钢丝绳内容单位提升绳平衡绳型号44ZBB6Vx37S+FCGB/T8918-1996187x29ZBBP8X4x19+FCGB/T8918-1996直径/宽×厚mm44187×29根数根42每米质量Kg/m8.2316.8抗拉强度MPa16701370破断拉力kN14362360单根长度m/根750610主导轮直径/钢丝绳直径：90.91＞90要求的钢丝绳安全系数6.894计算的钢丝绳安全系数8.565＞6.894山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备109(2)提升机型号:JKMD-4×4（Ⅲ）直径:4(m)最大静张力:770(kN)最大静张力差:270(kN)变位质量:17230(kg)传动比:1效率:0.98摩擦系数:0.25(3)导向轮型号:T-4直径:4(m)变位质量:6500(kg)组数:2(4)电动机型号:TDBS2800-20台数:1功率:2800(kW)转速:56(r/min)电压:1500(V)转动惯量:30000(kgm2)变位质量:7500(kg)过载能力:2冷却方式:强迫风冷(5)提升机校验计算的绳衬比压1.621＜2(MPa)山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备110钢丝绳的最大静张力670.585＜770(kN)钢丝绳的最大静张力差199.823＜270(kN)3．提升系统及运动学、动力学提升系统示意图详见图6.1-1。为了减小提升机在正常起动和制动过程中钢丝绳的弹性振动所引起的提升容器的剧烈震荡，防止钢丝绳的滑动，设计中采用了冲击限制理论，可有效限制或消除钢丝绳的弹性振动，提高了摩擦提升的可靠性。有关数据详见速度图和力图6.1-2。每侧钢丝绳平均质量22103.42(kg)提升系统的变位质量总和157761.5(kg)提升系统的净变位质量总和137761.5(kg)4．年提升能力验算实际提升能力3108823(t)富余系数1.48＞1.15．电动机校验等效力212.655(kN)等效时间88.41001(s)等效功率2545(kW)电动机额定出力233.957(kN)平均功率1826(kW)计算的电动机过载系数1.4856．防滑计算对于立井摩擦轮提升《煤矿安全规程》规定的安全制动减速度为：提升重载≤5m/s2，下放重载≥1.5m/s2。并且要求在各种载荷及提升状态下，保险闸发生作用时，钢丝绳都不出现滑动。提升机最大制动力矩1250kNm＞3Mj(静力矩)=1198.95kNm重载侧钢丝绳静张力668.094(kN)轻载侧钢丝绳静张力468.268(kN)山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备111钢丝绳静张力比1.426下放重载极限减速度1.897(m/s2)提升重载极限减速度4.556(m/s2)空运行极限减速度3.231(m/s2)对于恒减速液压站，在安全制动过程中制动力矩是可以调节的，在不同工况下，制动力矩不同，但可保证安全制动减速度基本相同，设计取各工况安全制动减速度为1.5～1.8m/s2。同时，为了安全我们同时还给出在采用恒力矩制动时的防滑计算结果。一级安全制动力为：435.6kN，一级安全制动力矩为：871.2kNm。下放重载安全制动减速度1.5＜1.9(m/s2)提升重载安全制动减速度4.033＜4.567(m/s2)空运行安全制动减速度3.168＜3.238(m/s2)本系统能够满足《煤矿安全规程》规定的有关要求。7．电耗计算吨煤电耗：2.243kWh/t年电耗：672.9×104kWh/a8．其它主井提升机房分别设于主井口东北侧，提升机房为钢筋混凝土框架结构，楼层式布置带右侧双层电控设备间，上天轮高53m。为便于设备安装和检修，在提升机房内各设32/5t电动桥式起重机1台。主井提升机电控装置采用全数字矿井多绳提升机交-交变频电控系统（包括高低压配电装置、井筒信号与通讯系统、装卸载自动控制系统），提升机房的两回6kV电源，分别引自工业场地35/6kV变电所6kV不同母线段，一回工作，一回备用。进线电缆为YJV22–6/63×150mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆。主井提升机房配电室向本套提升机及其附属设施供电。6.1.3副立井提升设备1．设计依据山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备112年矸石量:105000(t)矿井工作制度:年工作日:330(d)井口轨面标高:546.3(m)大巷轨面标高80(m)井筒垂深:561.4(m)提升高度466.3(m)600轨距1.0t矿车双层四车多绳提升罐笼（一宽一窄）质量:18000(kg)提升大件时空罐侧的附加质量9250(kg)本体高度（轨面至罐笼顶部）:6.1(m)每次提升矿车数:4载人数:46加宽罐笼载人数:76矿车:型号:MGC1.1-6A载荷:1800(kg)质量:610(kg)最大件质量:16500(kg)运送大件的平板车质量:2000(kg)运送大件的平板车个数:1两罐笼提升中心线距离:1.84(m)休止时间(s)矸石:36人员:112大件:60由于双罐笼提升一般适用于单水平提升，为了满足矿井的两个水平提升任务，设计山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备113采用在一水平提升时用宽罐笼提升，窄罐笼内加配重后，作为平衡用；在二水平提升时可用双罐笼提升。2．选型计算结果(1)钢丝绳内容单位提升绳平衡绳型号38ZBB6Vx37S+FCGB/T8918-1996170x28ZBBP8x4x9+FCGB/T8918-1996直径/宽×厚mm38170x28根数根42每米质量Kg/m6.1412.3抗拉强度MPa16701370破断拉力kN10721490单根长度m/根700620(2)提升机型号:JKMD-3.5×4（Z）直径:3.5(m)最大静张力:570(kN)最大静张力差:180(kN)变位质量:10940(kg)传动比:1效率:0.98摩擦系数:0.25(3)导向轮型号:T-3.5直径:3.5(m)变位质量:6300(kg)组数:2(4)电动机山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备114型号:ZKTD-215/56台数:1功率:1250(kW)转速:55(r/min)电压:800(V)转动惯量:20000(kgm2)变位质量:6530.613(kg)过载能力:2冷却方式:强迫风冷3．提升机及钢丝绳校验主导轮直径/钢丝绳直径：92.1＞90允许的钢丝绳安全系数提升人员8.895提升物料7.8954．提升系统及运动学、动力学提升系统示意图详见图6.1-3。为了减小提升机在正常起动和制动过程中钢丝绳的弹性振动所引起的提升容器的剧烈震荡，防止钢丝绳的滑动，设计中采用了冲击限制理论，可有效限制或消除钢丝绳的弹性振动，提高了人员的乘座舒适度和摩擦提升的可靠性。有关数据详见速度图和力图6.1-4。每侧钢丝绳平均质量15849.32(kg)提升系统的净变位质量总和97454.69(kg)提升系统的变位质量总和提升矸石109534.7kg提升人员：102774.7kg提升大件：125204.7kg5．防滑计算山西机电职工学院机械分院毕业设计（论文）第六章矿井主要设备115对于立井摩擦轮提升《煤矿安全规程》规定的安全制动减速度为：提升重载≤5m/s2，下放重载≥1.5m/s2。并且要求在各种载荷及提升状态下，保险闸发生作用时，钢丝绳都不出现滑动。提升机最大制动力矩为600kNm＞3Mj(静力矩)=485kNm。对于恒减速液压站，在安全制动过程中制动力矩是可以