第六章提升通风排水压风设备

第六章提升、通风、排水和压缩空气设备

第六章提升、通风、排水和压缩空气设备

第一节提升设备

一、概述

本矿井采用立井开拓，设二个提升井筒，单水平提升，水平标高-870m。矿井设计生产能力45万t/a，各主要生产环节留有90万t/a的能力。年工作日300d，三班制工作（二班生产、一班准备），主井提升每天净作业时间14h。

主井担负原煤提升任务。井筒净直径5m，布置一对12t提煤箕斗。副井担负提升矸石、升降人员、设备和材料等辅助性提升作业任务。井筒净直径6m，布置一对1t矿车二层四车多绳罐笼（其中一个宽罐笼，一个窄罐笼）。

主井提升设备选用JKMD-3.5×4(Ⅲ)型落地多绳摩擦式矿井提升机一套，配1500kW、53r/min低速直联悬挂式直流电动机，提升容器为立井多绳12t提煤箕斗，主钢丝绳为4根36 ZBB 6V×37S+FC 1570 ZZ(SS) GB/T8918—96型三角股钢丝绳，最大提升速度9.71m/s。副井提升设备选用JKMD-3.5×4(Ⅲ)型落地多绳摩擦式矿井提升机，配1000kW、50r/min低速直联悬挂式直流电动机，提升容器为一对1t矿车二层四车多绳罐笼，采用沉罐运行方式。4根主钢丝绳型号为38 ZBB 6V×37S+FC 1670 ZZ(SS) GB/T8918—96，最大提升速度9.16m/s，最大班设计作业时间3.67h，最大班工人下井时间7.72min。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、副井提升系统图见图6-1-1、6-1-3。

二、主井提升设备

1、设计依据

工作制度：b=300d/a，t =14h/d

卸载标高：+73.2m

装载标高：－835.0m

提升高度：Ht=915.75m

钢丝绳悬垂高度：Hc=965m

山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计

提升容器： 立井多绳12t 双箕斗 标称装载质量： Q=12t （定重装载） 质量： Q Z =12.788t 提升系统见附图6－1－1。 2、钢丝绳选型及校验

提升主钢丝绳选36 ZBB 6V×37S+FC 1570 ZZ （SS ）769 551 GB/T8918－1996各两根，其参数见表6-1-1。

表6－1－1 主井提升主钢丝绳参数表

尾绳选用163×27 ZAB P8×4×9 1370 1060 112 GB/T8918－1996两根，其参数见表6－1－2。

表6－1－2主井提升尾绳参数表

提升主钢丝绳安全系数检验：

72.60005.02.703.8)(111

1=->=++=

c c k z

d H g

H P n Q Q Q n m

所选钢丝绳满足要求。 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，其主要技术参数见表6－1－3。

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表6－1－3主井提升机主要技术参数表

提升机校验

主导轮及天轮直径： D N =D t =3500mm > 90d 1 = 3240mm 钢丝绳最大静张力：

F j ’ =（Q+Q z + n 1 P k1 H c ）g = 451.82kN ＜F j = 570kN 钢丝绳最大静张力差： F c ’ =Qg=117.72kN ＜F c = 180kN 摩擦衬垫比压： M P a

dD n g

H p n p n Q Q q N

c k k Z 256.1])(2[12211<=+++=

所选提升机满足要求。 4、预选提升主电动机

预选低速直联直流电动机，其参数见表6－1－4。 表6－1－4 主电动机参数表

最大提升速度：

s m nD V N

/713.960

max ==

π

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5、提升系统运动学计算

提升系统运动学计算见表6—1—5。提升速度图见图6—1—2。

表6－1－5 提升系统运动学计算表

6、提升系统动力学计算

系统变位质量统计：

提升机Q j =13500kg

天轮Q D +Q E=2×6000kg

箕斗2Q z =2×12788kg

载煤Q =12000kg

主提升绳Q p = n1 P k1H1=23443kg

尾绳Q w = n2 P k2H2=21616kg

主电动机Q d = 4J /D N2=4490kg

提升系统变位质量ΣM= Q j + Q D+ Q E+ 2Q z + Q +Q p +Q w + Q d

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=112625kg

动力学计算见表6-1-6。

表6－1－6动力学计算表

7、年设计提升能力

a Mt T

C C bt

A C /992.0360021==

8、提升主电动机校验

ΣF 2t = F 02 t 0+ F 12 t 1+ F 22 t 2+ F 32 t 3+ F 42 t 4+ F 52 t 5

=2165294×106N 2s

等效时间

T d =c 1 (t 0+ t 1+ t 3+ t 4+ t 5)+ t 2+ c 2θ=127.02s 式中散热不良系数c 1=c 2=1 电动机等效力

kN T t

F F d

d 561.130=∑=

电动机等效容量

kW V F P d d 1294max

==

η

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式中传动效率η=0.98 电动机功率富裕系数 k=P N /P d =1.16 电动机额定力

N F N kN V P F N N 135378151347347.1512max

=>===η

电动机最大力

0.85λF N = 257291N> F max =F 2=214216N 所选电动机符合要求。 9、防滑校验

主提升液压制动采用恒减速制动系统，无论提升机的载荷如何变化，紧急制动时系统按照恒定的减速度运行。

根据《煤矿安全规程》规定,提升重物时紧急制动减速度a s 不得超过5m/s 2,下放重物时紧急制动减速度a x 不得小于1.5m/s 2, 紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度。

恒减速制动失效以后，采用恒力矩制动，此时要求制动力矩倍数满足: k≥1.5Z+1=1.5×0.96+1=2.44 k≤5Z -1=5×0.96-1=3.80

其中提煤时提升系统质量模数Z=ΣM/Qg=0.96

采用二级制动,第一级制动力矩倍数k 取2.6,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6-1-7。

10、电气控制设备

10kV 高压电源引自矿井35/10kV 主变电所，380V 低压电源引自10/0.4kV 变电所。 电控设备选用直流提升机成套电控装置，电枢可逆。无功补偿及谐波滤波由35/10kV 变电所统一考虑。

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表6—1—7 滑动极限减速度与紧急制动减速度

三、副井提升设备

1、设计依据

井口标高：+59m；

井底标高：－870m；

提升高度：Ht=929 m；

工作制度：b=300d/a，三班制，其中二班生产，一班检修；

最大班提升量：

下井工人数98人

提升矸石120车

提升掘进煤90车

下放坑木、金属支架、背板设备及其他材料30车

下放水泥、沙石30车

下放保健车2次

下放雷管、炸药4次

提升容器：一对1t矿车双层四车罐笼，宽罐乘2×38人，窄罐乘2×23人，罐笼质量15000kg。

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矿车：1t 标准矿车，载矸Q 物=1.8t ，质量Q C =610kg 。最大件质量16000kg ，含特制平板车质量。

作业方式：双层乘人，双层提矸，采用沉罐方式进出人、车。 钢丝绳悬垂高度：Hc=975.45m ； 提升系统见附图6－1－3 。 2、钢丝绳选型及校验

提升主钢丝绳选38 ZBB 6VX37S+FC 1670 ZZ （SS ）911 602 GB/T8918－1996（特级柔度）各两根，其参数见表6－1－8。

表6－1－8 副井提升主钢丝绳参数表

尾绳选用157×25 ZAB P8×4×19 1470 GB/T8918－1996两根，参数见表6－1－9。

表6－1－9 副井提升尾绳参数表

提升主钢丝绳安全系数检验： 提人 712.80005.02.985.9)(111

1=->=++=

c c k z

d H g

H P n Q Q Q n m 人

下大件 712.70005.02.894.7)(111

1=->=++=

c c k z

d H g

H P n Q Q Q n m 大件物

所选钢丝绳满足要求。

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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，其主要技术参数见表6－1－10

表6－1－10 副井提升机主要技术参数表

校验：

主导轮及天轮直径：

90d 1=3420mm ＜D N =D t =3500mm 1200δmax ≤3500mm 钢丝绳最大静张力：

F j ′=（Q 大件+Q Z + n 1 P k1 Hc ）×9.81 =540.3KN ＜F j =570KN 钢丝绳最大静张力差：

提四车矸石或下放料石时，对侧罐笼需配四辆空矿车，提矸石时的静张力差： F c ′=4 Q g=70.632 ＜F c =220KN

下大件时，对侧罐笼需配四辆矸石车。操作时，先装矸石车，后装大件，卸车时，先卸大件，后卸矸石车。此时最大净张力差小于提矸石时的静张力差。

摩擦衬垫比压： q=

k

N 12k 21k 1d D n g

}Hc )P n P n (Q Q 4Qc 4Qz 2{+++++大件=1.909MPa ＜2 MPa

校验合格。所选提升机满足要求。 4、提升主电动机

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选ZD型电动机，其参数见表6－1－11。最大提升速度：

V max=πD N n N/60=9.16m/s

表6－1－11 主电动机参数表

5、提升系统运动学计算

提升系统运动学计算见表6—1—12，提升速度图见图6—1—4，最大班作业时间平衡见表6—1—13。

表6—1—12 提升系统运动学计算

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表6—1—13 最大班作业时间平衡表

6、提升系统动力学计算

系统变位质量统计如下:

空载时: ΣM=107282kg

提升人员时(宽罐提人,窄罐空载): ΣM=112602kg

提矸(料)石时: ΣM=119362kg

提大件时: ΣM=132922kg

上提时动力学计算表见表6—1—14。下放时动力学计算见表6—1—15

表6—1—14 上提时动力学计算表

表6—1—15 下放时动力学计算表

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7、提升主电动机校验

根据系统负载情况，按上提大件（对侧配四辆重车）的运行方式进行校验：

ΣF 2t = F 12 t 1+ F 22 t 2+F 32t 3 +F 42t 4+F 52t 5+ F 62t 6 +F 72t 7+F 82t 8

=1100953kN 2s

等效时间

Td= c 1（t 1+ t 2+t 3+ t 4）+c 2θ=155.51s 式中,散热不良系数c 1=1；c 2=1 电动机等效力

kN T t

F F d

d 14.84=∑=

电动机等效容量

kW V F P d d 4.784max

==

η

式中传动效率η=0.98 所选电动机参数见表6—1—13。 电动机功率富裕系数 k=P N /P d =1.27 电动机额定力

kN V P F N N 99.106max

==η

电动机过载能力校验：

电机额定力F N = P d η/ V max =106.99 kN λ＇= F max /λm F N =0.787＜0.85 所选电动机符合要求。

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8、防滑校验

副提升液压制动亦采用恒减速制动系统，提升系统滑动极限减速度见表6—1—16，取制动减速度a x=2.2 m/s2。

表6—1—16 提升系统滑动极限减速度（m/s2）

恒力矩制动时取制动力F Z=300kN，此时副井实际安全制动减速度见表6—1—17。

—17恒力矩制动时副井实际安全制动减速度（m/s2）

表6—1

9、电气控制设备

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10kV双回路高压电源引自矿井35/10kV主变电所，380V双回路低压电源可引自邻近的6/0.4kV变电所。均为一回工作，一回备用。

电控设备选用晶闸管直流传动成套电气控制设备，电枢变流器为12脉动，电枢换向，全数字控制，副井提升机变流器需设功率因数补偿和谐波滤波装置，由矿井变电所一并考虑。

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第二节通风设备

一、设计依据

井口锁口标高：+59m

井底车场标高：-870m

通风方式：副井进风，主井回风

通风量：110m3/s

通风负压：初期最小：1446Pa

初期最大：2278Pa

后期最大：2916Pa

二、技术经济方案比较与设备选型

针对矿井通风要求、主井兼作回风井的特点，根据目前国产通风机的性能参数和现场实际运行情况，经多方案比较筛选后可供选择的三种方案见表6-2-1。经技术经济综合比较: BDK型风机具有初期投资低，占地面积小，土建费用低，维护简单等优点，故推荐方案一。选用BDK-8-No26型（740r/min）矿用对旋轴流风机二台，一台工作，一台备用。风机特性曲线见图6-2-1。配套电机为防爆电动机（10V，2×315kW，740r/min）。

三．推荐方案选型计算：

1．通风机需要产生的风量

Q=K L Q K=126.5m3/s

2．通风机需要产生的负压

初期最小：H1=H K1+h1+Σh1=1746Pa

初期最大: H2=H K2+h2+Σh2=2578Pa

后期最大: H3=H K3+h3+Σh3=3216Pa

3．通风机的工况点

本通风机页片角度无级可调，工况点参数见表6-2-2：

表6-2-2 工况点参数表

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4．

电动机选型

（1）、轴功率计算

前期最小功率：N Φ1=

c

H Q η

η11

11000 =322.0kW

前期最大功率：N Φ2=

c H Q ηη22

21000=400.9kW

后期最大功率：N Φ3=c

H Q ηη22

21000=506.3kW

（2）、电动机功率的计算

前期最小功率：N c1=K N Φ1 =370.3kW 前期最大功率：N c2=K N Φ2 =461.1kW 后期最大功率：N c3=K N Φ3 =582.2kW

选用YB-8防爆电动机（10kV 、315kW 、740r/min ），每台风机配二台电动机。 通风机采用倒转反风 四、供电及控制

通风机房2回10kV 高压电源及2回380V 低压电源均引自分场地10kV 配（变）电所不同段母线。高、低压电源均为一回工作，一回备用。

采用风机性能在线监测系统一套，可通过计算机随时显示通风机的各项性能指标，如：风量、负压、效率等，以便及时对风机运行工况进行调节，并能配合风门进行风机性能曲线测定。本系统还可与矿井综合监控系统联网，进行数据传输与分析存储。

风机控制设备由风机厂成套供应。

第六章提升、通风、排水和压缩空气设备表6-2-1通风机选型比较表

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第三节 排水设备

一、设计依据

标高：井口锁口标高 59 m 井底车场水平标高 -870 m 矿井水处理站标高 9 m 矿井排水量：

正常涌水时的排水量 Q=300 m 3/h 最大涌水时的排水量 Q max =550 m 3/h 二、排水设备选择

主排水设备选用 PJ200B×11 型矿用耐磨多级泵3 台。正常涌水时1 台工作，2 台备用，1 台检修。最大涌水时2 台工作，排水能力为862 m 3/h 。考虑矿井正常涌水量有增加的可能性，井下主排水泵房予留一台备用水泵安装位置。

排水管路选用D N 300无缝钢管二趟，沿副井井筒敷设，并予留一趟排水管路备用位置。 三、推荐方案的选型计算 1、排水设备所必须的排水能力 正常涌水时：Q 1=1.2Q=360 m 3/h 最大涌水时：Q 2=1.2Q max =660 m 3/h 扬程：H t =H a +H s =943 m

式中H s 为吸水高度，取H s =5 m

2、管路阻力系数计算 取吸水管径 D x =350 mm 排水管径 D p =300 mm 则排水管中扬程损失:

H af ’=()7665443321φφφφφφφ++++++n n n g

V P 22

第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

=()g D Q n n n P 213600476654433212

2????? ????

++++++πφφφφφφφ =10.2841 x10-5Q 2

式中：φ1─速度压头系数，取 φ1=1 φ2─ 直管阻力系数,

==P

P

D L λ

φ2108 其中:λ为水与管壁摩擦的阻力系数, λ=0.027 L P 为直管长度: L P =1200 m n 3─ 弯管数量, n 3=8 , φ3─ 弯管阻力系数, φ3= 0.8 , n 4─闸阀数量, n 4= 2 , φ4─闸阀阻力系数, φ4= 0.4 , φ5─逆止阀阻力系数,φ5=10 , n 6─三通阀数量, n 6= 1 , φ6─ 三通阀阻力系数, φ6=4 , φ7─ 异径管阻力系数，φ7=0.5 吸水管中扬程损失

H af '=()''''4332φφφ++n g

V

X 22

=()g D Q n X 2136004''''2

24332????? ????

++πφφφ =0.1715 x10-5Q 2

式中： φ2'─ 直管阻力系数,

==X

X

D L λ

φ'20.7371

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其中:λ为水与管壁摩擦的阻力系数, λ=0.0258 L X 为直管长度: L X =10 m n 3'─ 弯管数量, n 3' =1 , φ3'─ 弯管阻力系数, φ3'= 0.8 ,

φ4'─滤网阻力系数, 采用无底阀排水，只设滤网，φ4'= 2.5 阻力系数: 新管时：=+=

2

1''Q H H R sf af 10.4556 x10-5

旧管时考虑管路积垢后阻力系数增加到1.7倍

R 2=1.7R 1=17.7745 x10-5

3、水泵运行工况点求取 (1) 、特性方程

新管时：H 1'=H t +R 1Q 2=943 +10.4556 x10-5Q 2m 旧管时：H 2'=H t +R 2Q 2=943 +17.7745 x10-5Q 2m

(2) 、根据管路特性曲线和水泵性能曲线求得工况点参数见表6-3-1（见图6-3-1）:

表6-3-1 工况点参数表.

4、电动机容量选择 （1） 电动机轴功率

=?=

c

r H Q N ηηφ10

1110236001603.4 kw

选用Y6302-4型10kV 、1800kW 、1489r/min 电动机，其功率富裕系数

==

φ

N P K N

1.12