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设备

屯南煤业有限责任公司嘎顺矿井

提升、通风、排水、压缩空气及制氮设备

嘎顺矿井

二OO九年六月

提升、通风、排水、压缩空气及注氮设备

第一节提升设备

该矿井设计年生产能力30万吨/年，采用斜井开拓方式。

主井为皮带斜井，担负全矿井原煤提升任务，副井为串车斜井，担负全矿井辅助提升任务。

风井回风，三条井筒均设在工业场地内。

主井井口标高+1035.80m，副井井口标高+1035.8m，井底标高+915.00m。

一、主井提升设备方案比较

主斜井井筒倾角14º，斜长650米，主井提升设备考虑两个方案。

方案一：

采用一台钢绳芯阻燃带式输送机作为主井提升设备，担负全矿井原煤的运输任务。

井下原煤由该带式输送机提升至地面直接进入筛分装车系统。

此方案特点是：

初期设备投资相对方案二大，但它能够保证井下原煤的连续运输，减少了中间转载环节，降低了煤的破碎率，使主井生产系统简洁顺畅。

另外采用带式输送机作为主井提升设备运量大，使用灵活，生产效率高，可方便适应后期改扩建的需要。

方案二：

采用1t矿车串车提升担负矿井井下原煤的提升任务。

井下原煤用1t矿车提升至地面并进入翻车机房，将原煤卸入卸载煤仓，在经仓下给料机、上仓带式输送机进入筛分装车系统。

此方案特点是：

初期设备投资省，但整个主井生产系统转载环节多后期管理、运营费用高，适应型差。

据以上方案比较，本此设计确定采用方案一，即采用带式输送机作为主井提升设备。

二、主井提升设备选型

本矿井设计产量30万吨/年，年工作制330天，日产量909吨，每天提升时间为16小时。

主要参数确定

1、输送能力的确定

生产不均衡系数取1.2则：

输送机生产能力为Q=1.2×30×104/330×16≈70t/h

2、带宽的确定

选用带宽B=800mm，能满足原煤块度要求。

3、带速的确定

根据胶带输送机的运量，综合考虑胶带强度的要求，确定带速V=1.6m/s。

4、驱动装置功率计算

经计算：

总传动滚筒轴功率为N0=63kW，考虑电机功率备用系数取K≥1.5，则电机功率为N=K×N0=1.5×63=94.5kW。

据此确定选型电机功率为110kW，采用单滚筒单电机驱动方式。

5、胶带的选择

经计算：

胶带机最大张力为Smax=79056N，确定选用胶带宽度为B=800mm，胶带强度为ST800N/mm，MT147—95抗静电、阻燃性钢绳芯强力胶带。

校核安全系数：

NA=ST×B/Smsx=800×800/79056=8.1＞7.0。

符合《煤矿安全规程》中关于胶带静安全系数的规定。

6、验算提升时间及输送能力

每天提煤时间为T0，生产不均匀系数为1.15，设计日常量为909t/d。

T0=1.15×909/70=14.9（h）＜16h

由以上计算可知，输送机输送能力Q=70t/h，满足矿井的生产能力及提升时间的要求。

几点说明：

<1>按照《煤矿安全规程》中第349条规定，本带式输送机设置了两级跑偏开关，纵向撕裂保护装置、防打滑检测装置、溜槽防堵塞装置等安全保护装置。

<2>胶带接头采用硫化接头。

三、副井提升设备

副井为斜井，为全矿井辅助提升井，主要担负升降人员、设备、下放坑木、材料、提升矸石、掘进煤等辅助提升任务。

井上、下均为甩车场，采用单钩串联提升方式。

（一）设计依据

1、副井井筒倾角为16º；井筒斜长438m；

2、提升长度：

提物498m；提人430m；

3、人车：

人车选用XRB15-6/6型抱轨式斜井人车，共二节组列，每节乘坐15人，600mm轨距，每节自重2200kg

4、矿车、材料车、平板车

矿车为1吨U型固定车厢式标准矿车，600mm轨距，每车装煤1吨，装矸石按1.75吨计。

材料车为600mm轨距标准矿用材料车，运送坑木、背板等材料。

平板车为二种，一种为常用标准矿用平板车，运送一般设备用，另一种为重型平板车，运送较重设备。

5、提升量

矿井日出矸石量（按5%考虑）为46t，班提升矸石量按日产矸石量的一半，即每班23t。

最大班下井人员为49人，其他辅助提升任务见最大班作业时间平衡表6-1-1。

最大班作业时间表

表6-1-1

序号

项目

班提升量

每次

提升量

提升次数

一次提升时间（s）

每班提升时间（时～分）

1

49人

29

2

486.54

0～16.22

2

升井工人

按下井工人时间50%

0～8.11

3

其他人员

按升降工人时间20%

0～4.87

4

矸石

23t

5.25

5

429.2

0～35.77

5

水泥、砂石

2

429.2

0～14.31

6

材料、设备

4

429.2

0～28.61

7

雷管、炸药

各1人

438×2×2

0～29.2

8

其他

10

429.2

0～71.53

总计

约3.48h4

四、钢丝绳及最大静拉力

1、拉车数：

根据副井提升内容及任务量，经计算每次拉车为：

矸石车3辆或煤车5辆（少量掘进机）或材料车4辆或人车二节（抱轨式）。

提升大件设备时每次1架。

2、钢丝绳：

钢丝绳按一次提升最重物体考虑，经计算设计选用20NAT6×7+FC1570ZS型，绳径20mm，单位长度重量1.4kg/m，抗拉强度1570Mpa，最小破断拉力208kN。

3、实际提升最大静拉力：

提矸Fj=23.59KN；提煤Fj=26.35KN；提人车Fj=21.94KN；提大件设备Fj=13.12KN。

五、安全系数及提升系统

根据《规程》第400条表7规定，单绳缠绕式提升装置升降人员和物料的安全系数值：

升降人员时[m]≥9；提升物料时[m]≥7.5。

实际提升安全系数为：

提升人员m=9.47＞[m]=9；

提升矸石m=8.81＞[m]=7.5；

提升煤车m=9.89＞[m]=7.5；

以上实际计算值均大于《规程》要求值，符合要求。

钢丝绳缠绳层数：

钢丝绳在滚筒上缠绳长度除提升用绳外，还包括定期试验用绳。

附加移动绳及三圈摩擦圈用绳，经计算钢丝绳在滚筒上缠绕层数为:

1.72层，满足《规程》要求。

副井井口设栈桥甩车场及井上固定天轮架，矿车提出井筒后进入井口栈桥，甩车进入地面车场。

六、选择提升设备

该副井为斜井串车提升，提升系统及提升设备比较简单，不再进行方案比较。

1、提升机滚筒直径计算

根据《规程》第416条第二款要求，提升机滚筒和天轮直径计算如下：

D≥80dk=80×20=1600mm

2、选择提升设备

根据以上计算及钢丝绳实际静拉力，副井提升设备选择JTP-1.6×1.5/24型单滚筒缠绕式提升机，滚筒直径1.6m，宽度1.5m，允许最大静拉力45KN，配圆盘式深度指示显示器。

速比24，实际提升速度3.42m/s。

要求盘形制动器，配二级制动液压站，确保提升安全。

天轮选用井上固定天轮，型号为TSG1600/11型，直径1.6m，绳槽半径11mm。

3、电动机

主电动机按每次提升最大荷载考虑，其运行速度3.42m/s，经计算最大等效力为27.81KN，等效时间154.72s，等效功率111.87KW，考虑15%储备系统，计算功率128.65KW。

为了节省投资，设计选用JR126-6型、135KW、975r/min、380V绕线电动机。

七、提升运动学及动力学

副井提升采用二种速度图提升方式，提升煤车、矸石车、材料、设备时采用五阶段速度图，当提升人车时，人车不出井，在井筒内运行并上、下人，采用三阶段速度图。

提升较重、较大设备时，必须进行静拉力验算，不得超过提升机允许静拉力及钢丝绳安全系数，并要求慢速运行，确保每一次提升安全。

八、提升能力

根据副井提升内容种类及任务量，按矿井工作制度要求，副井最大班罪业时间为3.48h，副井尚有富裕能力，符合要求。

第二节通风设备

本矿为低瓦斯矿井，初期为中央并列式通风方式，后期采用分区式通风方式，主、副井筒进风，斜风井回风。

一、设计依据

该矿井设计年生产能力为30万吨/年，初期服务年限26.5年，通风设备按矿井生产初期考虑。

后期分区通风时，视矿井生产情况再行确定通风设备。

（矿井前期26.5年，分初、后期）。

1、矿井所需风量：

32m3/s；

2、负压：

初期183.29Pa；后期310.95Pa；

3、通风设备设在风井，与斜风道连接。

二、计算

1、风量：

Q=1.2×32=38.4m3/s

2、负压：

初期H=183+90+110=383Pa

后期H=311+90+110=511Pa

三、选择通风设备

本矿井由于风量、负压较小，考虑采用轴流式通风机，不再进行方案比较。

根据上述风量、负压计算，设计选用BK40-6-No17型轴流防爆通风机二台，一台工作，一台备用。

风机工况如下：

初期：

Qm=40m3/s；Hm=428Pa；ηm=0.66；θ=23°

后期：

Qm=40m3/s；Hm=550Pa；ηm=0.71；θ=26°

根据以上通风机工况，经计算，通风机轴功率为：

初期25.93KW；后期：

30.98KW，考虑15%储备系数，其计算功率为：

初期29.82KW；后期为35.62KW。

由于初期生产时间较短，电机配备按后期（26.5年内）配备，因此选择YBFe250M-6型、37KW、980r/min、380V防爆电动机，每台风机内一台电机，共二台。

四、风机反风

本设计采用轴流风机，不设反风道反风门。

当井下需要反风时，电源换相，风机叶轮反转方式进行反风，满足要求。

五、附属设备

选用JFM-1型风门绞车，启闭风门，倒换风机及风机性能测试。

六、说明

1、矿井前期生产期间，通风机分初、后期工况，初期风机叶片角为23°；后期叶片角为26°，采用叶片角配合变频调速装置调节风量、负压，满足矿井生产要求。

2、该轴流风机露天布置，不建机房，仅建值班室、配电室，节省土建投资。

第三节排水设备

根据矿区水文地质，本井田位于和什托洛盖盆地中段北侧，北邻谢米斯台山，地势北高南低。

井田范围内无常年性河流，也无山泉出露，大气降水时该地区地下的主要补给源。

井田内共有三个含水层，即第四系透水不含水层（Ⅰ）、中侏罗统西山窑组孔隙，裂隙弱含水层（Ⅱ）和第三系始新～渐新统乌伦古河组弱含水层（Ⅲ）。

本井田矿床充水主要源于第Ⅱ系含水层孔隙，裂隙承压水，透水性较差，富水性弱，井田为顶底板直接或间接充水，水文地质条件比较简单。

因此井下水除矿井本身涌水外，另外由降尘洒水。

一、设计依据

1、矿井涌水量

正常涌水量：

124m3/h

最大涌水量：

144m3/h

2、排水管路敷设在副井、副井井口标高：

+1035.8m，水泵房设在副井井底车场，标高+915.00m，副井筒斜长438m。

3、排水测地高度Hg=1035.8-915+3+5=128.8m。

二、参数计算

1、水泵排水能力

正常涌水期：

Q=1.2×124=148.8m3/h

最大涌水期：

Q=1.2×144=172.8m3/h

2、估算扬程：

H=（1.3～1.5）×128.8=167.44～193.2m。

三、选择主排水设备

根据以上计算，经不同管路直径与水泵组合及方案比较，设计选择MD280-43×5型水泵三台，其中一台工作，一台备用，一台检修。

水泵工况如下：

新管：

Qm=310m3/s；Hm=195Pa；ηm=0.8；Hs=5.16m

旧管：

Qm=260m3/s；Hm=207Pa；ηm=0.79；Hs=6.07m

四、电动机

根据水泵工况点参数，经计算，新管时电机轴功率为216.77KW，旧管时为194.81KW，考虑15%储备系数，电动机计算功率为新管：

249.3KW，旧管：

224.03KW，设计选用YB400M2-4型、280KW、1488r/min、10KV高压防爆电机。

五、排水管路及排水时间

矿井排水系统采用无底阀排水系统，压风管路引入泵房，利用喷射泵将水吸入泵体，完成吸水过程。

排水管路为二趟，采用￠194×6型无缝钢管，一趟工作，一趟备用。

管路敷设在副井筒内，全部法兰连接。

根据矿井涌水量，主排水泵排水时间如下：

正常涌水期一台泵一趟管工作，其排水时间为：

新管9.57h；旧管11.45h。

最大涌水期一台泵一趟管工作，其排水时间为：

新管11.12h；旧管13.3h。

综上所述，所选水泵及管路匹配合理，满足矿井排水要求。

第四节压缩空气设备

本矿井压风设备主要为井下岩巷工作面的凿岩机、风镐、混凝土喷射机及地面与井下煤仓空气炮提供气源外，最主要的是向矿井制氮设备提供气源，气源空气质量要求高，必须确保制氮设备足够的高质量的压缩空气。

一、设计依据

压风机站设在地面工业广场内，距副井井口约110m处，压缩空气沿副井敷设的管路送至井下岩巷工作面。

地面送至煤仓和制氮车间，最远耸起距离约450m。

1、风动设备用气量

风动设备主要有煤仓空气炮、岩巷工作面设备，因空气炮属间断用气，不计入用气量。

井下二个岩巷工作面，设备由HPC-V型混凝土喷射机3台，工作面二台，单台耗气量5～8m3/min；ZY24型凿岩机6台，工作4台，单台耗气量2.8m3/min。

由于风动设备不同时使用，本计算按二台喷射机、二台风镐同时工作，并考虑机械磨损系数、海拔高度修正系数及同时使用系数、风量计算如下：

Q1=1.1×1.15×1.15×（2×8×0.95+2×1.2×0.95）=25.43m3/min

2、制氮设备用气量

矿井制氮设备产氮量300m3/min，经计算使用压缩空气量为23m3/min。

3、总用气量

Q2=25.43+23=48.43m3/min

三、选择压风设备

根据矿井总用气量设计选用SA-160A型风冷螺杆式压风机三台，二台工作，一台备用。

压风机单台排气量28.7m3/min；排气压力0.8Mpa。

配160KW、380V电动机，满足矿井勇气要求。

风机电机15KW、380V。

四、压风管路

压风管路由副井下井，管路统一加设。

管路走向：

地面压风机站→副井井筒→岩巷工作面。

送往井下的管路为￠133×4和￠108×4无缝钢管，送地面煤仓管路￠57×3.5无缝钢管。

全部法兰连接。

五、为确保空压机、储气罐和管路系统安全运行，设置安全阀、Hs-150型释压阀，保证系统安全。

第五节制氮设备

本矿井煤层具有自燃发火倾向，均属自燃—很易自燃发火煤层，发火期较短。

根据矿井所处地理位置，为干旱少雨地区，水资源相对较少，因此不考虑黄泥灌浆系统，矿井灭火主要以氮气为主，喷洒阻化剂，均压通风等为辅的综合灭火方法。

矿井制氮设备采用地面固定式变压吸附制氮机组，利用管理系统将氮气送入井下采煤工作面采空区，采用埋管、托管方式，组成本矿井氮气防灭火系统。

为节省占地、节约投资，制氮站与压风机站联合布置。

一、设计依据

1、设计年产量：

30万吨/年

2、悬移顶梁及采工作面一个；

3、煤密度：

ρ=1.34t/m3；回采率：

K=0.95.

4、管路输氮效率：

m1=0.85；采空区注氮效率：

m2=0.8。

5、空气中氮气浓度：

C1=20.8%；防火惰化指标C2=7%。

二、矿井所需氮气量

1、按年产量计算

QN=[300000/（1440×1.34×330×0.85×0.8）]×（0.208/0.07-1）=1.37m3/min

2、按吨煤注氮量计算

QN=5×300000×0.95/（300×60×24）=3.3m3/min

上二式取大值，并考虑25%备用量则矿井所需注氮能力247.5m3/h。

三、选择制氮设备

根据矿井所需氮气量，设计选用BZN-300型变压吸附制氮机一套，技术参数如下：

①出产氮气量：

300m3/h；氮气浓度≥98%；

②出口压力：

0.60Mpa；出氮时间≤30min。

该制氮设备具有出氮时间短，注氮连续性好，氮气成本低，长期运营费用低，操作简单，管理维护方便，自动化程度高等有点。

四、选配压风设备

制氮设备气源来自压风设备，根据氮气设备产氮能力，所需压缩空气量为23m3/min，空压站三台设备已包括制氮设备用气量。

本节不再另选压风设备。

五、输氮管路系统

制氮设备要求空气质量高，在制氮机入口压风管路上设一高效除油过滤器，保证压缩空气质量。

矿井输氮管路由制氮站→地面管路→副井井筒→中一采区+975m进风石门→+975m运输顺槽→工作面

输氮管路全长约1.6km，主管为￠133×4无缝钢管，支管为￠108×4无缝钢管，全部法兰连接。

管路全部防腐处理，地面管路埋地敷设，井筒及井下管路支架敷设。

嘎顺矿井

2009年6月