07第七章提升通风排水和压缩空气设备

淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—153—第七章矿井主要设备第一节提升设备一、概述本矿井采用立井开拓，设主、副井二个提升井筒，单水平开采。矿井设计生产能力180万t/a，年工作日330d，工作制度地面为三班制、井下为四班制，主井提升每天净作业时间16h。主井担负原煤提升任务。井筒净直径5.0m，布置一对16t提煤箕斗，装备型钢组合罐道。副井担负提升矸石、升降人员和设备、运送材料等辅助性提升作业任务。井筒净直径6.5m，布置一对1.5t矿车双层四车罐笼（一宽一窄），装备型钢组合罐道。设计对主、副井提升方案在地震裂度、工业场地总平面布置、气候条件、施工占用井口时间、建井工期安排、安装维护工艺性等方面，经安全、技术、经济综合比较后，认为落地式提升机对基础处理，井筒受力及井筒因地表下陷断裂恢复正常运行均有利，投资较省，可利用永久井架开凿井筒，提升机房的施工及提升机的安装调试可与井筒装备施工平行作业，大大缩短建设工期，可充分发挥投资效益，故主、副井均采用落地多绳摩擦式提升系统。主井装备16t箕斗，提升速度适中，安全可靠，提升能力大。若装备12t箕斗，提升速度较高，提升能力小。且装备12t或16t箕斗不影响主井井筒直径大小，因此主井推荐方案一，装备一对16t箕斗。副井提升若采用高速直流电动机带行星轮减速器传动方案虽比低速直联悬挂式直流电动机方案节省投资，但存在多一台减速器传动效率低、运行费用高、占地面积大、增加机房费用、减速器易漏油、齿轮、轴承易损坏影响正常运行等缺点。而低速直联悬挂式直流电动机具有占地面积小、布置紧凑、噪音低、安装、维护简单、故障率低、安全性能好、技术先进等优点，故副井提升推荐采用低速直联悬挂式直流电动机传动方式。主、副井提升方案比较见表7-1-1、7-1-2。淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—154—主井提升方案技术经济比较表表7-1-1内容项目方案一（推荐方案）方案二JKMD-3.5×4(Ⅲ)落地多绳摩擦式提升机一台16t多绳箕斗一对JKMD-3×4(Ⅲ)落地多绳摩擦式提升机一台12t多绳箕斗一对提升高度586.68m586.128m主电动机型号低速直流电动机ZKTD250/671800kW900V50r/min低速直流电动机1800kW900V76.4r/min最大提升速度9.16m/s12m/s主提升绳型号36ZBB6×28+FC1770ZZ（SS）32ZBB6×28+FC1770ZZ（SS）传动型式低速直流电动机直联低速直流电动机直联电控设备晶闸管直流传动成套电控装置晶闸管直流传动成套电控装置年提升能力2.79Mt/a2.09Mt/a起重设备25+25t手动双梁起重机16+16t手动双梁起重机设备费（万元）810740年电费（万元）175.8175.6方案特点提升能力大，速度适中，安全可靠，投资略高。投资略低，提升能力小，速度较高，且不满足1.2倍富裕能力要求备注表中投资费用仅供方案比较用淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—155—副井提升方案技术经济比较表表7-1-2主要技术特征方案一（推荐方案）方案二落地多绳摩擦式提升机直流低速直联电机传动晶闸管变流器供电落地多绳摩擦式提升机直流高速电机带减速器传动晶闸管变流器供电提升机型号规格JKMD-3.5×4（Ⅲ）Vm=9.16m/sJKMD-3.5×4（Ⅰ）Vm=9.56m/si=11.5提升高度（m）598.2598.2最大班净作业时间(h)3.573.52工人下井时间(min)13.5613.42提升容器1.5t矿车双层四车宽窄罐1.5t矿车双层四车宽窄罐主电动机型号规格ZKTD250/561500KW，50rpmZD1500KW，600rpm主钢丝绳38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）共四根38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）共四根电控设备晶闸管直流传动成套电控装置晶闸管直流传动成套电控装置辅助设备冷却通风机、起重机冷却通风机、起重机设备费（万元）780700方案特点技术性能先进，安全可靠，投资略高。投资略低，占地面积大，减速器故障率高，噪音大，维修工作量大。备注表中投资费用仅供方案比较用淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—156—综上所述，主井提升设备推荐方案一，即选用JKMD-3.5×4（Ⅲ）型落地多绳摩擦式矿井提升机一套，配低速直联悬挂式直流电动机（1800kW50r/min），提升容器为一对立井多绳16t提煤箕斗，主钢丝绳为36ZBB6×28+FC1770ZZ（SS），最大提升速度9.16m/s。副井提升设备推荐方案一，即选用JKMD-3.5×4（Ⅲ）型落地多绳摩擦式矿井提升机，配低速直联悬挂式直流电动机（1500kW50r/min），提升容器为一对1.5t矿车双层四车多绳罐笼（其中一个宽罐笼，一个窄罐笼），主钢丝绳为38ZBB6V×37S+FC1670ZZ(SS)，最大提升速度9.16m/s，最大班设计作业时间3.57h，最大班工人下井时间13.56min。主、副井提升机电气控制设备均采用晶闸管直流传动提升机成套电气控制设备。主、副井提升系统图见附图7-1-1、7-1-3。二、主井提升设备1、设计依据井型：A=1.8Mt/a；工作制度：b=330d/a，t=16h/d；锁口标高：+29.2m；井底车场水平标高：-569m；卸载标高：+42.9m；装载标高：-535.678m；提升高度：Ht=586.68m；钢丝绳悬垂高度：Hc=635.388m；提升容器：立井多绳16t双箕斗标称装载质量：Q=16t（定重装载）箕斗自重：（包括悬挂装置等）Qc=25t2、钢丝绳选型及校验提升主钢丝绳选36ZBB6×28+FC1770ZZ（SS）各两根，其参数为：主井提升主钢丝绳参数表表7-1-3名称参数主钢丝绳根数n14钢丝绳直径d136mm公称抗拉强度σB11770MPa最小钢丝破断拉力总和Qd11012KN单位长度质量Pk15.35kg/m最粗钢丝直径δmax≤2.9mm尾绳选用三根多层股尾绳，其中44ZBB18×7+FC1470ZS933755二根，42ZBB淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—157—18×7+FC1470SZ850688一根。其参数为：主井提升尾绳参数表表7-1-4名称参数参数钢丝绳直径44mm42mm公称抗拉强度σB21470MPa1470MPa最小钢丝破断拉力总和Qd21197KN1091KN单位长度质量Pk27.55kg/m6.88kg/m钢丝绳根数21首尾绳单位长度质量差2.64%，为平衡提升系统。提升主钢丝绳安全系数校验：88.60005.02.756.7)(1111cckzdHgHPnQQQnm所选钢丝绳满足《煤矿安全规程》规定。3、提升设备选型及检验选用一台JKMD-3.5×4(Ⅲ)落地多绳摩擦式提升机，其主要技术参数如下：主井提升机主要技术参数表表7-1-5名称参数主导轮直径DN3.5m主提升绳根数n14m绳间距300mm天轮直径Dt3.5m允许最大静张力Fj570kN允许最大静张力差Fc180kN衬垫摩擦系数μ≥0.25提升机变位质量Qj13000kg天轮变位质量QD（=QE）2×6000kg提升机校验主导轮及天轮直径：DN=Dt=3500mm90d1=3240mm钢丝绳最大静张力：淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—158—Fj’=535.60kN＜Fj=570kN钢丝绳最大静张力差：Fc’=156.96kN＜Fc=180kN摩擦衬垫比压：MPadDngHpnpnQQqNckkZ96.181.1])(2[12211所选提升机满足要求。4、提升主电动机：低速直联直流电动机，其参数为：主电动机参数表表7-1-6名称参数型号ZKTD250/67额定功率PN1800kW额定转速n50r/min额定电压U900V过载倍数λ2转动惯量J16257kg·m2最大提升速度：smV/16.9max5、提升系统运动学计算提升速度图、力图见图7-1-2。6、提升系统动力学计算提升系统变位质量总和：ΣM=126578kg7、年提升能力aMtQCTbtAC/79.23600式中，不均衡系数C=1.1淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—159—提升运动学计算表7-1-7序号名称单位计算公式计算结果1初加速时间st0＝V0/a032初加速距离mh0＝Vmt0/22.253加速时间st1＝（Vm-V0）/a110.944加速距离mh1＝(Vm+V0)t1/258.315减速时间st3＝（Vm-V4）/a312.376减速距离mh3＝（Vm+V4）t3/259.757爬行时间st4＝h4/V458制动时间st5＝V4/a519制动距离mh5＝V4t5/20.2510等速距离mh2＝Ht-h0-h1-h3-h4-h5463.6211等速时间st2＝h2/Vmax50.6112一次运行时间sT0＝t0+t1+t2+t3+t4+t582.9213休止时间θs1614一次提升时间sT=T0+θ98.92注：选取初加速度a0＝0.5m/s2主加、减速度a1＝a3＝0.7m/s2制动减速度a5＝0.5m/s2初速度V0＝1.5m/s爬行速度V4＝0.5m/s爬行距离h4＝2.5m动力学计算表表7-1-8名称计算公式计算结果(N)初加速段F0=kQg+Σma0243793正常加速段F1=kQg+Σma1269109等速段F2=kQg180504减速段F3=kQg-Σma391899爬行段F4=kQg180504停车段F5=kQg-Σma5117215淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—160—表中，矿井提升阻力系数k=1.158、提升主电动机校验ΣF2t=F02t0+F12t1+F22t2+F32t3+F42t4+F52t5=2.900653×1012N2s等效时间Td=c1(t1+t3+t4+t5)+t2+c2θ=98.92s式中散热不良系数c1=c2=1电动机等效力kNTtFFdd24.1712电动机等效容量KWVFPdd57.1600max电动机功率富裕系数k=PN/Pd=1.12电动机额定力NFNkNVPFNN180504192576576.1922max电动机最大力Fmax／FN=1.40＜0.85λm所选电动机符合要求。9、防滑校验根据《煤矿安全规程》规定,提升重物时紧急制动减速度as不得超过5m/s2，下放重物时紧急制动减速度ax不得小于1.5m/s2，紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度，并要求制动力距倍数满足:k≥1.5Z+1=2.209k≤5Z-1==3.030淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳矿井及选煤厂初步设计第七章提升、通风、排水和压缩空气设备—161—其中提煤时提升系统质量模数Z=ΣM/Qg=0.806采用二级制动，第一级制动力矩倍数k取2.25，则最不利的运行状态下的滑动极限减速度与紧急制动减速度见表7-1-9。滑动极限减速度与紧急制动减速度表7-1-9提升状态滑动极限减速度（m/s2）紧急制动减速度（m/s2）公式结果公式结果重载上提gQQQQQQeQQQQeEHSDSHSS)()(4.503ZK14.056重载下放gQQQQQQeQQQQeEHSDSHSS)(1.893ZK11.524空载上提gQQQQQeQQQeEUDHUUHU)()(3.2570MQKQH3.224空载下放gQQQQQeQQQeEHUDUHUU