第6章 矿井主要设备.docx
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第6章矿井主要设备
第六章矿井主要设备
第一节提升设备
一、提升系统方案确定
本矿井建设规模6.0Mt/a,采用全立井开拓方式开发全井田,在矿井工业场地内开凿主立井、副立井、中央回风立井三条井筒。
主立井采用皮带上仓,煤仓上口位于井底水平,井筒净直径φ6.5m,装备一对名义载煤量45t的立井多绳提煤箕斗,设置一台提升机,担负矿井煤炭提升任务。
副立井井筒净直径φ9.4m,设置两套提升系统,其中一套为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤,另一套为一个交通罐笼+平衡锤,设置两台提升机,承担全矿井运送井下人员、矸石、水泥砂石、锚杆、坑木、综采支架及其它材料的辅助提升任务。
1.提升系统形式
根据本矿井井型及提升高度,主、副井提升设备均选用多绳摩擦式提升机。
多绳摩擦式提升机布置形式分为井塔式和落地式两种,各自的优缺点如下:
提升机井塔式布置,设备尺寸和质量较小、设备布置集中、系统简单、便于安装、运输、维护、检修和管理;钢丝绳设在塔内,可提高钢丝绳使用寿命,安装、更换钢丝绳较为有利,钢丝绳防冻和防滑性能好。
缺点是井塔基础及结构形式复杂,施工困难,施工工期长,建设井塔和设备安装调试占用井口时间比落地式长约5个月,对建井工期影响较大;设备起吊安装困难需设吊装孔和电动超卷扬起重机,增加客货两用电梯等。
提升机落地式布置,具有井架基础简单,施工工期短,井筒装备施工、提升机房、井架等系统环节的建设可与井巷工程建设同步进行,占用井口时间短,对建井工期影响较小。
缺点是系统环节多,维护量大,井架日常防腐费用较高;井架和提升机房占地面积大;钢丝绳暴露在外,受气候影响大,冬天易结冰,防滑性能差;天轮每日的例行检查需爬井架,冬天天轮检修困难。
井塔式摩擦轮提升系统,为减小摩擦轮直径、井塔高度和井塔面积,国内外设计和使用中广泛采用6根钢丝绳提升;落地式摩擦轮提升系统,由于系统环节多,更换天轮和钢丝绳较塔式困难,国内外设计和使用中广泛采用4根钢丝绳提升。
由于本地区冬季寒冷,井塔式与落地式两者设备投资、基建费用、运行成本相差不大,经比较确定主、副立井提升系统采用井塔式布置。
2.主立井提升系统方案比较
由于本矿井煤层埋藏较深,生产能力较大,设计根据国内各生产矿井主立井提升系统装备现状、使用情况及提升系统各环节设备发展现状,根据主井提升容器的不同(45t及50t),按适合本矿井具体条件对主立井提升提出如下两个方案进行比较:
方案一:
主井设置一套提升系统,装备一对载煤量45t的立井多绳提煤箕斗,配置直径为4.5m、提升钢丝绳为6绳的井塔式多绳摩擦提升机一台,提升机采用交-直-交变频同步电动机拖动,电动机装机总功率2×3300kW,转速55.2r/min。
主提升速度13.00m/s,年提升能力663.37Mt/a(330d,16h)。
方案二:
主井设置一套提升系统,装备一对载煤量50t的立井多绳提煤箕斗;配置直径为5.0m、提升钢丝绳为6绳的井塔式多绳摩擦提升机一台,提升机采用交-直-交变频同步电动机拖动,电动机装机总功率2×3600kW,转速49.68r/min。
主提升速度13.00m/s,年提升能力7.73Mt/a(330d,16h)。
两个方案设备选型及技术参数比较详见表6-1-1。
由表6-1-1可知,方案一能够满足6.00Mt/a的要求,投资低于方案二,并且有一定的富裕提升能力。
方案二有较大的富裕提升能力,但50t箕斗载荷过大,提升机型号、钢丝绳直径以及电机功率都较方案一大,投资过高。
综合比较,本设计推荐方案一。
3.副立井提升系统方案比较
本矿井生产能力较大,井下大型、重型设备多,辅助提升量较大。
设计根据国内各生产矿井副立井提升系统装备现状、使用情况及提升系统各环节设备发展现状,按适合本矿井具体条件对副立井提升方式提出如下两个方案进行比较:
表6-1-1主立井提升方案比较表
方案
方案一(推荐)
方案二
井筒直径(m)
φ6.5
φ6.5
提升高度(m)
763.75
763.75
提升容器
一对45t箕斗
一对50t箕斗
提
升
机
型号规格/台数
JKM-4.5×6/一台
JKM-5×6/一台
布置方式
塔式
塔式
最大静张力(kN)
1500
1700
最大静张力差(kN)
460
540
衬垫摩擦系数
0.25
0.25
提升速度(m/s)
13.00
13.00
电气传动方式
交-直-交变频
交-直-交变频
电动机
功率(kW)
2×3300
2×3600
转速(r/min)
55.2
49.68
摩擦轮轴中心高度(m)
66.37
68.37
井塔平面尺寸(m)
20×28
20×28
提升
钢丝绳
型号
48ZBB6×36WS+FC
52ZBB6×36WS+FC1770
公称直径(mm)
48
52
参考重量(kg/100m)
852
1000
公称抗拉强度(MPa)
1770
1770
最小钢丝破断拉力总和(kN)
1652
1938
根数及每根长度
6×840
6×840
平衡
尾绳
型号
196×31ZABPD8×4×19
188×31ZABPD8×4×14
204×34ZBBP8×4×19
宽×厚(mm)
196×31
188×31
204×34
参考重量(kg/100m)
1740
1610
2130
公称抗拉强度(MPa)
1470
1470
1370
最小钢丝破断拉力总和(kN)
2810
2500
2885
根数及每根长度
2×830
1×830
3×830
客货两用电梯规格/台数
载重量1t/一台
载重量1t/一台
起重机规格/台数
100/20t超卷扬/一台
100/20t超卷扬/一台
提升能力
年提升量(Mt/a)
6.63
7.73
富裕系数
1.105
1.288
方案一:
副立井设置两套提升系统,井筒净直径φ9.4m,其中一套为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤,另一套为一个交通罐笼+平衡锤,各设置一台提升机,承担全矿井运送井下人员、矸石、水泥砂石、锚杆、坑木、综采支架及其它材料的辅助提升任务。
综采工作面液压支架以及井下大型设备,经由宽罐笼提升系统上、下井。
本方案提升机采用井塔式布置。
方案二:
副立井设置一套提升系统,井筒净直径φ11.0m,装备一个双层六绳特大罐笼和一个双层六绳小罐笼。
承担全矿井运送井下人员、矸石、水泥砂石、锚杆、坑木、综采支架及其它材料的辅助提升任务。
综采工作面液压支架以及井下大型设备,经由宽罐笼上、下井。
本方案提升机布置形式与方案一相同,采用井塔式布置。
两个方案设备选型及技术参数比较详见表6-1-2。
从表6-1-2可知,方案一布置两套提升设备,由于装备了交通罐笼,可避免升降少量人员及材料时使用特大罐笼提升造成提升效率低下和运行费用的增加,同时保证在大罐笼提升设备发生故障时井上下交通畅通。
缺点是综合投资稍高,系统较复杂。
方案二布置一套提升设备,综合投资较少,系统相对简单,容易布置,便于管理,但灵活性稍差,升降少量人员及材料时需频繁使用提升设备,运行效率低,一旦提升系统出故障没有方案一安全可靠。
经综合比较,本设计推荐方案一。
二、主立井提升设备
1.设计依据
矿井设计生产能力6.00Mt/a,主立井提升工作制度为年工作日330d,每天净提升时间16h。
主立井井口锁口盘面标高+1290.8m
井口箕斗卸载点标高+1310.5m
井底箕斗装载点标高+558.25m
提升容器中心距2750mm
主立井井筒直径φ6.5m
表6-1-2副立井提升方式方案技术经济比较表
方案
方案一(推荐)
方案二
井筒直径(m)
φ9.4
φ11
提升高度(m)
655.8
655.8
提升容器
双层特大罐笼+平衡锤
交通罐笼+平衡锤
双层特大罐笼+
小罐笼
提
升
机
型号规格/台数
JKM-5×6(Ⅲ)/一台
JKM-1.6×4(Ⅰ)/一台
JKM-5×6(Ⅲ)/一台
布置方式
塔式
塔式
最大静张力(kN)
1700
150
1700
最大静张力差(kN)
250
50
540
衬垫摩擦系数
0.25
0.25
0.25
提升速度(m/s)
8.77
8.0
8.5
电气传动方式
交-直-交变频
低压变频
交-直-交变频
电动机
功率(kW)
2600
160
2600
转速(r/min)
33.48
735
32.48
摩擦轮轴中心高度(m)
40.7
40.7
50.2
井塔平面尺寸(m)
23×27
27×28
提升
钢丝绳
型号
52ZBB6×36WS+FC
16ZBB6×36WS+FC
52ZBB6×36WS+FC
公称直径(mm)
52
16
52
参考重量(kg/100m)
1000
97.3
1000
公称抗拉强度(MPa)
1770
1670
1770
最小钢丝破断拉力总和(kN)
1938
172.866
1938
根数及每根长度
6×790
6×790
6×790
平衡
尾绳
型号
216×34ZBBPD8×4×19
196×31ZBBPD8×4×19
22ZBB4V×39S+5FC
204×34ZBBP8×4×19
宽×厚(mm)
216×34
196×31
204×34
参考重量(kg/100m)
2120
1740
195
2130
公称抗拉强度(MPa)
1470
1470
1570
1370
最小钢丝破断拉力总和(kN)
3400
2810
326.334
3885
根数及每根长度
2×750
1×750
2×750
3×760
客货两用电梯规格/台数
载重量1t/一台
载重量1t/一台
起重机规格/台数
100/20t超卷扬/一台
100/20t超卷扬/一台
2.提升容器
选用载煤量为45t的刚性罐道立井6绳提煤箕斗一对,异侧装卸载。
箕斗本体高度18.00m,箕斗重量(含防滑配重)58t。
3.提升系统要素
提升高度Ht=763.75m
钢丝绳悬垂高度Hc=834.32m
摩擦轮轴中心线距井口锁口盘面高度68.37m
导向轮轴中心线距井口锁口盘面高度60.3m
提升钢丝绳在主导轮上的围包角193°2′26″
4.提升钢丝绳
选用进口48ZBB6×36WS+FC1770SS1652852型钢丝绳三根,进口48ZBB6×36WS+FC1770ZZ1652852型钢丝绳三根,其主要技术参数为:
钢丝绳公称直径48mm
钢丝绳参考重量852kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1770MPa
最小钢丝破断拉力总和1652kN
整根钢丝绳长度840m
《煤矿安全规程》要求钢丝绳安全系数最低值:
m=7.2-0.0005×834.32=6.78284
钢丝绳安全系数计算值:
m=6.93951>6.78284
所选提升钢丝绳符合要求。
5.平衡尾绳
选用196×31ZABPD8×4×19147028101740GB/T20119-2006型扁钢丝绳两根,
选用188×31ZABPD8×4×14147025001610GB/T20119-2006型扁钢丝绳一根,196×31ZABPD8×4×19型扁钢丝绳主要技术参数为:
钢丝绳公称尺寸(宽×厚)196×31mm
钢丝绳参考重量1740kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1470MPa
最小钢丝破断拉力总和2810kN
整根钢丝绳长度830m
188×31ZABPD8×4×14型扁钢丝绳主要技术参数为:
钢丝绳公称尺寸(宽×厚)188×31mm
钢丝绳参考重量1610kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1470MPa
最小钢丝破断拉力总和2500kN
整根钢丝绳长度830m
6.提升机
选用JKM-4.5×6(Ⅳ)型多绳摩擦式提升机一台,采用交流变频同步电动机直联拖动,其主要技术参数为:
主导轮、导向轮直径均为4.5m
提升速度13.00m/s
钢丝绳最大静张力1500kN
钢丝绳最大静张力差460kN
钢丝绳根数6根
衬垫摩擦系数0.25
衬垫比压2.0MPa
提升机技术参数校验:
计算主导轮直径、导向轮直径:
Dg=48×90=4320mm<4500mm
计算钢丝绳最大静张力:
FZ=1428.3kN<1500kN
计算钢丝绳最大静张力差:
Fc=442.9kN<460kN
计算主导轮摩擦衬垫比压:
q=1.9MPa<2.0MPa
所选提升机符合要求。
7.电动机
选配交流变频调速同步电动机2台,电动机功率2×3300kW,转速55.2r/min,电压6000V,采用交-直-交变频控制系统,管道强迫通风方式通风冷却。
计算电动机功率6463kW<2×3300kW。
所选电动机符合要求。
8.主立井提升设备提升能力
主立井采用三阶段速度图进行提升作业,提升速度13.00m/s,主加减速度0.7m/s2,休止时间40s,一次提升循环时间117.32s。
主立井提升设备年工作日330d,每天净提升时间16h,计算提升能力6.63Mt/a,富裕系数1.105,满足矿井设计生产能力要求。
9.提升电耗
吨煤电耗WT=2.58kW·h
年耗电量Wn=1625.4×104kW·h
10.井塔及附属设施
主立井井塔断面20m×28m,提升机大厅层摩擦轮轴中心线距离井口锁口盘面高度68.37m。
提升机大厅层内设100t/20t超卷扬起重机一台,跨度18m,起重机轨面距提升机大厅层地坪高度为12m。
井塔内设客货两用电梯一部,载重量1000kg,运行速度1.0m/s。
三、副立井提升设备
(一)设计依据
本矿井设计生产能力6.0Mt/a,矿井工作制度为:
年工作日330d,井下四班作业,三班生产,一班维修准备。
副立井装备两套提升系统,其中一套为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤,另一套为一个交通罐笼+平衡锤。
副立井井口轨面标高+1290.80m
副立井井底轨面标高:
+635.00m
特大罐笼系统提升容器中心距:
3240mm
特大罐笼系统提升方式单罐笼、平衡锤提升
交通罐笼系统提升容器中心距:
1200mm
交通罐笼系统提升方式单罐笼、平衡锤提升
副立井井筒直径φ9.4m
副立井辅助提升量:
最大班下井工人数138人
坑木6m3/d,油脂2t/d,锚杆24t/d,钢带10t/d,树脂6t/d,钢筋网10t/d,水泥、砂石600t/d,其它材料22t/d
整体液压支架重量40t/架
(二)宽罐笼带平衡锤提升系统
1.提升容器
选用双层六绳特大罐笼一个,平衡锤一个,担负矿井辅助提升任务。
罐笼本体高度11m,重量(含所有附件及防滑配重)55000kg。
宽罐笼运送人员时,双层允许乘载人数300人,罐笼载重22500kg;运送材料、水泥砂石时,两层共装载2辆满载WC5E型无轨胶轮车,罐笼载重25000kg;运送整体液压支架时,采用无轨胶轮平板车承载整体液压支架时(包括平板车)罐笼载重48000kg,采用有轨平板车承载整体液压支架时(包括平板车)罐笼载重44000kg。
平衡锤固定重量77.5t,可调重量2.5t。
运送人员、材料和有轨平板车运送支架时,平衡锤重量77.5t;无轨平板车运送支架时,平衡锤重量80t。
罐笼正常作业按双层载人载物设计。
2.提升系统要素
提升高度Ht=655.8m
钢丝绳悬垂高度Hc=719.1m
摩擦轮轴中心线距井口轨面高度40.7m
导向轴轮中心线距井口轨面高度32.5m
提升钢丝绳在主导轮上的围包角192°59′16″
3.提升钢丝绳
选用进口52ZBB6×36WS+FC1770SS19381000型钢丝绳三根,进口52ZBB6×36WS+FC1770ZZ19381000型钢丝绳三根,其主要技术参数为:
钢丝绳公称直径52mm
钢丝绳参考重量1000kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1770MPa
最小钢丝破断拉力总和1938kN
整根钢丝绳长度790m
《煤矿安全规程》要求钢丝绳安全系数最低值:
提升人员时m人=9.2-0.0005×719.1=8.84045
提升物料时m物=8.2-0.0005×719.1=7.84045
钢丝绳安全系数计算值:
提升人员时mR=9.82814>8.84045
提升最大部件(含无轨胶轮平板车)48t时md=8.11330>7.84045
选用提升钢丝绳符合要求。
4.平衡尾绳
选用216×34ZBBPD8×4×19147034002120GB/T20119-2006型扁钢丝绳两根,选用196×31ZBBPD8×4×19147028101740GB/T20119-2006型扁钢丝绳一根,
216×34ZBBPD8×4×19型扁钢丝绳主要技术参数为:
钢丝绳公称尺寸(宽×厚)216×34
钢丝绳参考重量2120kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1470MPa
最小钢丝破断拉力总和3400kN
整根钢丝绳长度750m
196×31ZBBPD8×4×19型扁钢丝绳主要技术参数为:
钢丝绳公称尺寸(宽×厚)196×31
钢丝绳参考重量1740kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1470MPa
最小钢丝破断拉力总和2810kN
整根钢丝绳长度750m
5.提升机
选用JKM-5×6(Ⅲ)型多绳摩擦式提升机一台,采用交流调速同步电动机拖动,其主要技术参数为:
主导轮、导向轮直径均为5.0m
提升钢丝绳根数6根
钢丝绳最大静张力1700kN
钢丝绳最大静张力差250kN
提升速度8.77m/s
衬垫摩擦系数0.25
衬垫比压2.0MPa
提升机技术参数校验:
计算提升机主导轮、导向轮直径Dg=52×90=4680mm<5000mm;
计算钢丝绳最大静张力Fz=1433.2kN<1700kN;
计算钢丝绳最大静张力差Fc=226.8kN<250kN;
计算衬垫比压q=1.67MPa<2.0MPa。
所选提升机符合要求。
6.电动机
选配交流调速同步电动机一台,功率2600kW,转速33.48r/min,电压6000V,采用交-直-交变频控制系统,管道强迫通风方式通风冷却。
计算电动机功率2435.6kW<2600kW。
所选电动机符合要求。
7.最大班设计作业时间
特大罐笼带平衡锤系统采用5阶段速度图,提升速度8.77m/s,主加减速度0.6m/s2,一次净提升时间101.06s。
提升人员时一次提升循环时间888.1s,提升矸石及下放水泥砂石一次提升循环时间532.1s
最大班升降工人共3次,下放水泥砂石21次,其他作业16次,最大班设计作业时间约6.21h。
(三)交通罐笼带平衡锤提升系统
1.提升容器
选用多绳交通罐笼(罐笼宽度1.2m)一个,平衡锤一个,担负零星人员和零散材料的提升。
罐笼本体高度3.6m,罐笼重量(含所有附件)3500kg。
交通罐笼运送人员时,允许乘载人数16人,罐笼载重1200kg;运送物料时,罐笼载重2000kg。
平衡锤重量4.5t。
2.提升系统要素
提升高度Ht=655.8m
钢丝绳悬垂高度Hc=719.1m
摩擦轮轴中心线距井口轨面高度40.7m
导向轴轮中心线距井口轨面高度32.5m
提升钢丝绳在主导轮上的围包角182°48′22″
3.提升钢丝绳
选用16ZBB6×36WS+FC1670SS14197.3GB8918-2006型钢丝绳两根,16ZBB6×36WS+FC1670ZZ14197.3GB8918-2006型钢丝绳两根,其主要技术参数为:
钢丝绳公称直径16mm
钢丝绳参考重量97.3kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1670MPa
钢丝绳最小破断拉力141kN
最小钢丝破断拉力总和172.866kN
整根钢丝绳长度790m
《煤矿安全规程》要求钢丝绳安全系数最低值:
提升人员时m人=9.2-0.0005×719.1=8.84045
提升物料时m物=8.2-0.0005×719.1=7.84045
钢丝绳安全系数计算值:
提升人员时mR=9.39567>8.45045
提升矸石时md=8.49055>7.84045
选用提升钢丝绳符合要求。
4.平衡尾绳
选用22ZBB4V×39S+5FC1570ZS274195GB8918-2006型钢丝绳一根,22ZBB4V×39S+5FC1570SZ274195GB8918-2006型钢丝绳一根,其主要技术参数为:
钢丝绳参考重量195kg/100m
钢丝绳公称抗拉强度1570Mpa
最小钢丝破断拉力总和326.334kN
整根钢丝绳长度750m
5.提升机
选用JKM-1.6×4(Ⅰ)型多绳摩擦式提升机一台,采用交流异步电动机拖动,其主要技术参数为:
主导轮、导向轮直径均为1.6m
提升钢丝绳根数4根
钢丝绳最大静张力150kN
钢丝绳最大静张力差50kN
速比7.35
提升速度8.0m/s
衬垫摩擦系数0.25
衬垫比压2.0MPa
提升机技术参数校验:
计算提升机主导轮、导向轮直径Dg=16×90=1440mm<1600mm;
计算钢丝绳最大静张力Fz=81.4kN<150kN;
计算钢丝绳最大静张力差Fc=9.8kN<50kN;
计算衬垫比压q=1.495MPa<2.0MPa。
所选提升机符合要求。
6.电动机
选配交流异步电动机一台,功率160kW,转速735r/min,电压380V。
计算电动机功率101.79kW<160kW。
所选电动机符合要求。
7.最大班设计作业时间
交通罐笼带平衡锤系统采用5阶段速度图,提升速度8.0m/s,主加减速度0.6m/s2,一次净提升时间106.92s。
提升人员时一次提升循环时间265.8s,提升设备、材料一次提升循环时间453.9s
8.井塔及附属设施
副立井井塔断面23m×27m,提升机大厅层摩擦轮轴中心线距离井口轨面高度40.7m。
提升机大厅层内设100t/20t超卷扬起重机一台,跨度20m,起重机轨面距提升机大厅层地坪高度为12m。
井塔内设客货两用电梯一部,载重量1000kg,运行速度1.0m/s。
第二节通风设备
一、设计依据
本矿井为低瓦斯矿井,矿井初期采用中央并列式通风方式,抽出式通风方法进行通风,由主立井、副立井进风,中央回风立井出风。
矿井通风风量:
通风容易时期和通风困难时期均为250m3/s。
矿井通风负压:
通风容易时期为955.61Pa,通风困难时期为2385.27Pa。
二、通风设备选型
1.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:
矿井通风容易时期和通风困时期均为:
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- 第6章 矿井主要设备 矿井 主要 设备