第6章提升通风排水压缩空气制氮设备#.docx

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第6章提升通风排水压缩空气制氮设备#

第六章提升、通风、排水、压缩空气和制氮设备

第一节提升设备

一、主提升设备

设计对主提升、主运输系统提出了两个方案进行分析比较，方案一：

井下大巷与主斜井由两条带式输送机转载、搭接组成的主运输、主提升系统；方案二：

大巷、主斜井带式输送机合二为一的主运输、主提升系统。

（一>方案一

井下大巷与主斜井由两条带式输送机转载、搭接，组成原煤运输、提升系统，将来自综采工作面的原煤运输、提升至地面。

系统在井下设有搭接硐室，大巷带式输送机上的原煤在此转载至主斜井带式输送机上。

搭接硐室长33m、宽7m，内设Q=10t防爆电动单梁起重机，作为大巷带式输送机驱动装置、液压张紧装置及驱动、改向滚筒安装检修之用。

主斜井驱动机房长26m、宽23m，与空气加热室、配电室联建，内设Q=5/20t双钩桥式起重机，用于设备安装和检修。

主机设计仅叙述主斜井带式输送机，大巷带式输送机的设计彷此进行。

1．输送机参数选择

（1>带宽B

工作面原煤经井下破碎机破碎至粒度a≤300mm以下，根据带宽计算式B≥2a+200，并综合考虑倾角、运距、胶带张力、造价等因数的影响，确定带宽B=1200mm。

（2>带速V

在带宽B=1200mm、托辊槽角λ=35o确定之后，由下式计算带速：

V=Q/3600S·k·ρ

式中：

V—带速，m/s；

Q—输送机最大峰值运量，Q=1000t/h；

S—输送带上物料的最大截面积<按动堆积角θ=10o计），S=0.01381m2；

ρ—物料堆积密度，ρ=820kg/m3；

K—倾斜输送机面积折减系数，K=0.85。

将各数据代入上式，求得V=3.34m/s，园整后取V=4.0m/s。

2．驱动装置选择

带式输送机布置见图6-1-1。

在输送机头部设双滚筒双电机驱动，功率配比为1:

1。

图6-1-1带式输送机布置示意图

（1>圆周驱动力FU的计算

FU=Cfg[L（qRO+qUR>+Lh（2qB+qG>cosδ]+Fs1+Fs2+qGHg

式中：

C—附加阻力系数，取1.03；

f—模拟摩擦系数，取=0.025；

L—输送机长度，L=1408.689m；

Lh—输送机水平长度，Lh=1358.583m；

qRO—承载分支托辊每M长旋转部分质量，qRO=26.3kg/m；

qUR—回程分支托辊每M长旋转部分质量，qUR=8.9kg/m；

qB—每M长输送带的质量<阻燃带ST/S3150），qB=54.5kg/m；

qG—每M长输送物料质量

Fs1—主要特种阻力，Fs1=3000N；

Fs2—附加特种阻力，Fs2=3600N；

H—物料提升高度，H=326.8m；

δ—输送机倾角，δ=18o。

将各数据代入上式，计算得圆周驱动力：

FU=355102N。

（2>驱动装置选择

利用下式计算出单台电机的功率：

式中：

N—单台电机功率，kW；

n—电机台数，n=2；

K—考虑到传动效率、电压降、功率不平衡的备用系数，K=1.4。

计算得单台电机功率为N=993.5kW。

目前，尚无适应如此大功率的限矩型液力偶合器生产，因此驱动单元不可能采用“鼠笼型电机加安全型液力偶合器”或“鼠笼型电机加调速型液力偶合器”的启动方式。

调速型液力偶合器理论上可以满足上述大功率的要求，但国内外在如此大功率的情况下没有使用的先例，使用效果难以预料，且在稳定运行阶段因为调速型液力偶合器具有一定的滑差率<3%）而存在效率损失的缺点。

另一种常用的驱动方式是在绕线型电机转子回路中串接电阻，通过逐级切换电阻使得电机转数逐渐提高，直至额定转速，完成启动过程，但这种驱动方式在切换电阻的过程中会产生冲击，且存在驱动装置占用面积较大、电机维修工作量大等缺点，近年来在较重要场合的驱动方案中已不作为首选目标。

美国Rockwell公司生产的可控启动传输

A．可以按设定的启动加速度在规定的时间内实现无冲击启车。

B．在稳定运行阶段CST的反应盘象制动器一样完全锁住，不产生滑差，没有效率损失。

C．对于多滚筒驱动单元可以通过调节液压油的压力，使得因胶带伸长不同而产生的功率不平衡问题得到解决。

D．对于本机这样运量大、运距长、倾角大的输送机，可以通过在液压系统高压控制腔的管道内增加闭锁阀的方法进行减速度控制，一旦断电，闭锁阀由开路变为单向阀，高压腔内的油压仍能保持一段时间。

这样，在事故停车时，CST反应盘因高压油作用而产生的力矩将迫使输送机不致产生过大的减速度而造成设备和建筑物的损坏。

综上分析，本设计推荐驱动单元选用防爆型可控启动传输CST1120KS，配用YB25602-4型高压防爆电机，N=1120kW，U=10kV。

（3>其它部分

传动滚筒一侧设逆止器，驱动装置一侧低速轴端设有液压盘式制动器。

经计算该逆止器的逆止力矩为280kN·m时，单台逆止器即可满足逆止的要求。

制动器选用西伯瑞

本机在头部驱动机房内设DYL-04-4/400型自控液压张紧装置，其张紧行程为4m。

输送带选用ST/S3150型阻燃型输送带，经计算输送带安全系数n=7，满足现行《煤炭工业带式输送机项目设计规范》

经相同的方法计算，大巷带式输送机的主要参数为：

B=1200mm，V=3.5m/s<大巷输送机近水平运输，主井输送机倾角18°运量的折减系数为0.85，此为大巷输送机折减后的速度），阻燃输送带ST/S2000；驱动装置选用2台防爆型可控启动传输CST750KRS，配用2台YB25003-4型高压防爆电机，功率N=2×710kW，电压U=10kV，移交生产时先安装1台可控启动传输CST750KRS和1台YB25003-4型高压防爆电机。

方案一带式输送机主要技术参数详见表6-1-1。

表6-1-1方案一带式输送机主要技术参数

序号

名称

单位

数值

备注

一

主斜井带式输送机

1

输送量（Q>

t/h

1000

2

带宽（B>

mm

1200

3

带速（V>

m/s

4.0

4

机长（L>

m

1408.9

5

倾角（α>

度

0º～18º

6

阻燃型钢绳芯输送带

N/mm

ST/S3150

7

可控起动传输系统（CST>

型号/套

CST1120KS，i=27.33/2套

8

电动机型号/功率

型号/kW×台

YB25602-4/N=1120kW×2台

二

大巷带式输送机

1

输送量（Q>

t/h

1000

2

带宽（B>

mm

1200

3

带速（V>

m/s

3.5

4

机长（L>

m

初期1465，后期2360

5

倾角（а>

度

3º

6

阻燃型钢丝绳芯输送带

N/mm

ST/S2000

7

可控起动传输系统（CST>

型号/套

CST750KRS，i=22.35/2套

初期1套

8

电动机型号/功率

型号/kW×台

YB25003-4/N=710kW×2台

初期1台

（二>方案二

来自综采工作面的原煤经一条带式输送机运至地面，大巷、主斜井带式输送机合二为一。

主井驱动机房面积为15m×18m=270m2，内设10t电动单梁桥式起重机1台，以便于设备的安装、维护和检修。

在主斜井输送机头部设有永磁带式除铁器1台，以除去混杂于原煤中的铁器。

1．输送机参数选择

（1>带宽B

如前所述，输送机带宽B=1200mm。

（2>带速V

根据带速计算公式，求得V=3.34m/s。

经过试算，若取V=4m/s，则带强取ST4500才能满足强度要求，而过大的带强因为自重过大势必加大电机容量，增加设备投资；如将带速增至V=4.5m/s，用降低输送带线载荷的方法达到降低带强，并保持电机容量不变的目的，经计算选用带强ST4000输送带即可满足强度要求。

因此带速取V=4.5m/s。

2．驱动装置选择

在输送机头部设双滚筒双电机驱动，功率配比为2:

1。

（1>圆周驱动力FU的计算

FU=Cfg[L（qRO+qUR>+Lh（2qB+qG>cosδ]+Fs1+Fs2+qGHg

式中：

C—附加阻力系数，取1.03；

f—模拟摩擦系数，取=0.025；

L—输送机长度，L=3440m；

Lh—输送机水平长度，Lh=3418m；

qRO—承载分支托辊每M长旋转部分质量，qRO=26.3kg/m；

qUR—回程分支托辊每M长旋转部分质量，qUR=8.9kg/m；

qB—每M长输送带的质量<阻燃带ST/S4000），qB=58.8kg/m；

qG—每M长输送物料质量

Fs1—主要特种阻力，Fs1=4500N；

Fs2—附加特种阻力，Fs2=4200N；

H—物料提升高度，H=440m；

δ—输送机倾角，δ=18o。

经计算,圆周驱动力：

FU=534030N。

（2>驱动装置选择

根据电机功率计算公式

驱动单元选用3台防爆型可控启动传输CST1120KS，配用YB25603-4型高压防爆电机，N=1250kW，U=10kV。

方案二带式输送机主要技术参数详见表6-1-2。

表6-1-2方案二带式输送机主要技术参数

序号

名称

单位

数值

备注

1

输送量（Q>

t/h

1000

2

带宽（B>

mm

1200

3

带速（V>

m/s

4.5

4

机长（L>

m

3420

5

倾角（α>

度

3º～18º

6

阻燃型钢丝绳芯输送带

N/mm

ST4000

7

可控起动传输系统（CST>

型号/套

CST1120KS，i=24/3套

8

电动机型号/功率

型号/kW×台

YB25603-4/1250kW×3台

（三>方案确定

从表6-1-1和6-1-2可以看出：

相对于方案二而言，方案一不仅有效地降低了输送带强度、降低了主机造价，而且更重要的是因为主运输、主提升系统分成两条输送机运输，增加了系统的灵活性。

大巷输送机在移交时<运输距离1465m的范围内）仅用一套驱动装置即可以满足运输要求，节电效果明显；也可以根据煤层的实际赋存情况灵活地调整大巷输送机的设计、安装。

综合考虑两个方案的优缺点，设计推荐采用方案一，即大巷、主斜井由两条带式输送机转载、搭接组成的主运输、主提升系统。

（四>设备的日常维护和管理

本主提升、主运输系统设专人对CST的各个参数作及时跟踪、分析，结合分析结果对参数作适当的调整；定期检查压力油的指标，如有必要应及时更换；及时掌握埋于电机相关部位热敏电阻所反映的电机的温度，如超出额定值则应采取相应措施；定期对输送机全长进行检查，如发现损坏及时更换。

二、副斜井提升设备

1．设计依据

矿井设计生产能力1.50Mt/a。

矿井工作制度：

年工作日330d，井下采用四六工作制，三班生产，一班维修准备。

副斜井井口标高：

+1246.700m

副斜井井底标高：

+930.00m

副斜井井筒倾角：

18°

副斜井井筒斜长：

1025m

提升方式：

单钩串车提升

车场型式：

井上、井底均为平车场

提升容器：

1.5t矿车

轨距：

900mm

提升量：

最大班下井工人数90人，提升矸石100t/d，下坑木3m3/d，下水泥、砂石25t/d，下锚杆2650kg/d，下波纹钢带650kg/d，下其它材料6t/d，下井最大部件<整体液压支架）重量25t。

2．提升容器及车组组成

运送人员选用XRB-15-9/6型斜井人车一列，车组由两节头车、一节挂车组成，列车总长约14m，900mm轨距。

列车满载人数45人，车组自重6333kg，载重3150kg，总重9483kg。

提升矸石车组由5辆MG1.7-9B型固定车厢式矿车组成，900mm轨距，车组自重4900kg，载重13500kg，总重18400kg。

提升整体液压支架车组由1辆支架车组成，支架车自重按3000kg考虑，载重25000kg，总重28000kg。

提升其它物料的车组组成按提升矸石车组折算。

3．钢丝绳

钢丝绳悬垂长度1105m，提升长度1055m。

提升XRB-15-9/6型斜井人车时钢丝绳绳端荷重为30064N；提升矸石时钢丝绳绳端荷重58334N；提升整体液压支架车时钢丝绳绳端荷重为88769N。

选用38NAT6V×37S+FC1570ZZ841602GB8918-2006型钢丝绳一根，主要技术参数：

钢丝绳公称直径38mm

钢丝绳参考重量602kg/100m

钢丝绳公称抗拉强度1570MPa

钢丝绳最小破断拉力841kN

最小钢丝破断拉力总和989.857kN

整根钢丝绳长度1340m

计算钢丝绳安全系数：

提升人员15.80＞9

运送水泥砂石10.88＞7.5

提升整体液压支架8.15＞7.5。

选用钢丝绳符合要求。

4．提升机

选用JK-3.5×2.5型单卷筒矿井提升机一台，主要技术参数：

卷筒直径3500mm

卷筒宽度2500mm

钢丝绳缠绕层数2层

钢丝绳最大静张力170KN

减速比30

提升速度3.41m/s

变位质量22300kg

提升机技术参数校验：

计算提升机卷筒直径DJ=38×80=3040mm＜3500mm

计算卷筒宽度<钢丝绳在卷筒上缠绕两层）BJ=2241mm＜2500mm

计算钢丝绳最大静张力<按提升整体液压支架计算）FJ=111.3kN＜170kN

选用提升机符合要求。

5．电动机

选用Z500-2A-03型直流电动机一台，自带鼓风机冷却。

主要技术参数为：

功率514kW

转速558r/min

电压440V

转动惯量82.9kg·m2

最大转矩/额定转矩2

6．天轮

选用TSG-2500/22型固定天轮一个，主要技术数据：

天轮绳槽底圆直径2500mm

绳槽半径22mm

适用钢丝绳直径38mm

变位质量620kg

总重量1800kg

计算天轮直径Dt=38×60=2280mm＜2500mm

选用天轮符合要求

7．提升系统

提升系统相对关系见图6-1-2。

8．提升系统变位质量

提升机22300kg

电动机24362.5kg

天轮620kg

提升钢丝绳7946.4kg

（1>提升人员时∑m1＝64712kg

（2>提升矸石时∑m2＝73629kg

（3>提升整体支架时∑m3＝83229kg

9．提升速度图、力图

提升人员采用三阶段速度图，最大提升速度3.41m/s，加、减速度a1＝a3＝0.5m/s2，提升长度1005m，一次提升循环时间663.08s。

井上、下乘车点为两侧同时上、下车。

提升矸石、运送材料、水泥砂石、液压支架等，采用七阶段速度图，最大提升速度3.41m/s，主加、减速度a1＝a3＝0.5m/s2，提升长度1055m，一次提升循环时间767.02s。

各种运行方式的提升速度图、力图见图6-1-3、图6-1-4、图6-1-5。

10．最大作业班设计提升时间

最大班设计作业时间约3.63h，最大班提升内容及设计提升时间见表6-1-3。

表6-1-3最大作业班提升时间平衡表

序号

项目

班数量

单位

每次数量

每班次数

每次提升时间

（s>

每班提升时间

（h-min-s>

1

降送人员

90

人

44

3

663.08

0-33-9

2

提升人员

3

663.08

0-33-9

3

升降其他人员

1

663.08

0-11-3

4

提升矸石

34

t

12.5

4

767.02

0-38-21

5

下放水泥砂石

8.5

t

1

767.02

0-12-47

6

下放材料

5

t

1

767.02

0-12-47

7

下放坑木

1.5

m3

1

767.02

0-12-47

8

其它材料

5

767.02

1-3-55

9

总计

19

3-37-58

11．电动机校验

（1>电动机功率校验

按提升整体液压支架运行方式时的电动机发热校验电动机功率。

∑Fi2ti＝4313549×106N2·s

等效时间Td＝330.36s

图6-1-2副斜井提升系统图

图6-1-3副斜井升降人员速度图力图

图6-1-4副斜井提升矸石、下放水泥砂石速度图力图

图6-1-5副斜井提升、下放液压支架速度图力图

等效力Fd＝114268N

等效功率Pd＝432.95kW＜514kW

电动机富余系数ρf＝1.187

（2>电动机过载能力校验

提升系统运行时出现的最大力值Fmax＝167854N

电动机额定拖动力Fe＝135660N

过载系数λ=1.24＜2

所选电动机符合要求。

12．提升机房及附属设施

提升机房面积21×17m2，机房内设置1台QDM型电动动双梁起重机，起重量50/10t，跨度15.5m，起重机轨面距提升机房大厅层室内地坪高度为7.5m。

第二节通风设备

一、设计依据

本矿井为低瓦斯矿井，采用中央分列式通风系统，抽出式通风方式，由主、副斜井进风，一号回风立井出风。

矿井总风量：

通风容易时期与通风困难时期均为120m3/s。

矿井负压：

通风容易时期考虑自然风压影响后847.62Pa，通风困难时期考虑自然风压影响后1810.55Pa。

二、设备选型

1.计算通风机需要风量、风压

计入通风装置漏风损失和阻力损失后，设计计算通风机需要风量、风压为：

风量：

通风容易时期与通风困难时期均为1.05×120=126m3/s

风压：

通风容易时期考虑自然风压影响后：

847.62+200+150=1197.62Pa

通风困难时期考虑自然风压影响后:

1810.55+200+150=2160.55Pa

通风网路特性曲线方程：

通风容易时期Hy=0.075435878Q2

通风困难时期Hn=0.136089065Q2

2.通风机选型

根据国内矿井目前使用较多的通风机类型，通风机选型分别对防爆对旋轴流通风机和GAF系列矿井轴流式通风机进行比较后确定，比选方案如下：

方案一：

根据计算通风机风量、风压，选用FBCDZNo28/250×2

由通风机特性曲线和通风网路特性曲线确定通风机工况:

矿井通风容易时期，通风机工况点参数为：

叶片角度-6°，风量131.6m3/s，风压1306.4Pa，效率74.0%，轴功率232.3kW。

矿井通风困难时期，通风机工况点参数为：

叶片角度0°，风量129.3m3/s，风压2275.2Pa，效率85%，轴功率346.1kW。

每台通风机选配YBF630S1-10通风机专用隔爆电动机2台，每台功率250kW，电压10kV，同步转速600r/min，效率92.1%。

通风机轮叶运转角度留有6°余量。

方案二：

根据计算通风机风量、风压，选用GAF22.4-10.6-1型矿用轴流通风机2台，其中1台工作、1台备用，通风机转速985r/min。

由通风机特性曲线和通风网路特性曲线确定通风机工况:

矿井通风容易时期，通风机工况点参数为：

叶片角度0°，风量137.6m3/s，风压1428.3Pa，效率72.0%，轴功率273kW。

矿井通风困难时期，通风机工况点参数为：

叶片角度5°，风量128.1m3/s，风压2233.2Pa，效率84.5%，轴功率338.5kW。

每台通风机选配1台YR500-6型电动机，功率500kW，电压10kV，同步转速1000r/min，效率93.63%。

通风机轮叶运转角度留有20°余量。

参与通风设备选型方案比较的两种机型通风机，各自具有以下主要特点：

FBCDZNo28/250×2

但该型通风机的电动机安装在风机轮毂内，叶片安装在电动机轴上，电动机选用隔爆型，提高了风机造价，电动机散热条件差，不便于维修；通风机叶片的角度需要停机后人工逐片调节，调节方式复杂，费时费力；通风机露天布置，日晒雨淋，使用寿命受到影响。

GAF型矿用轴流通风机系由上海鼓风机厂引进国外技术生产，该厂质量体系完整，工装器具齐全，制造质量较好，风机自身监测系统完善，风机特性曲线覆盖范围较宽；风机叶片安装角度使用扭力扳手进行停车后无级调节，调节叶片方便、省时省力，调节准确。

但该型通风机需建通风机房、扩散塔，基建投资高，施工周期较长；主电动机与风机叶轮的传动轴需横穿扩散塔，其尺寸较长，安装对中困难，安装、调试较为复杂；扩散塔较高，基础处理项目量较大；通风机房占地面积较大。

上述两种机型通风机均为目前国内矿井普遍使用的通风机，由表6-2-1可见，方案一通风机运行效率高于方案二，年电耗小于方案二，平均每年能节省电费4.7万元；基建投资也比方案二少55万元，且方案一具有土建项目量小，设备安装较简单，施工周期短等优点，故通风设备选型经技术经济比较后确定采用方案一,即采用2台FBCDZNo28/250×2

采用方案的通风机工况详见图6-2-1。

三、通风电耗

通风容易时期244.21×104kW·h/a

通风困难时期363.84×104kW·h/a

四、通风设施

在矿井风井场地一号回风立井井口附近设置2台FBCDZNo28/250×2

通风机露天放置，不建通风机房，但需建风门间和配电间。

风门间内设置2个倒换通风机的垂直闸门和2个用于通风机性能测定的水平进风门，并设置4台操纵风门的JMB－4型电动、手动风门绞车，每台绞车拉力为40kN，配套电动机YB160L－8型，功率7.5kW，电压380V。

在装设通风机的场地附近建有通风机配电间。

为降低通风设备的噪音，在通风机扩散塔前侧装设有消音器。

为监测通风机运行情况，配置通风机在线监测装置一套。

通风机为反转反风。

第三节排水设备

一、设计依据

矿井正常涌水量257m3/h

矿井最大涌水量325m3/h

表6-2-1一号回风立井通风设备选型方案比较表

内容

方案一<推荐）

方案二

通

风

机

型号

FBCDZNo28/250×2

GAF22.4-10.6-1

台数

2

2

通风容易时工况点参数

叶片角度

-6°

0°

风量

131.6

137.6

风压

1306.4

1428.3

效率<%）

74.0

72.0

轴功