第六章提升、通风、排水和压缩空气设备

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1、第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备第一节 提升设备本矿井采用立井开拓，井口标高+46.8m，主井井筒直径7.0m，井下装载水平-817.59m，地面卸载标高+65m；副井井筒直径7.2m，井底车场水平-860.0m。一、主井提升设备矿井设计年产量2.4Mt。年工作日300天，日提升14小时，主井提升设备不均匀系数为1.1。在井深达900多米的大型矿井，提升机是全矿生产的关键设备，为确保矿井的稳产、增产，必须选用安全可靠的提升设备。本设计参照国内外提升机的制造技术及性能参数，对主井提升设备进行多方案比选，经筛选后列出以下二个主要方案进行技术经济比较，详见主井提升设备方案比较表（表611）。方

2、案：在直径7.0m的井筒内装备两套提升容器，该方案的主要特点是采用两套提升设备提升灵活，有利于生产,互为备用性好，一般不会因提升出现停产事故。设备外形尺寸较小，重量较轻，有利于安装运输。方案：在直径6.0m的井筒内装备一套提升容器,该方案的主要特点是提升系统单一，管理维护方便，总投资省，但提升机、电动机及提升容器体积大、重量重，安装运输难度很大。 经上述比较，方案I采用两套提升设备较一套提升设备运行使用灵活，且提升能力大，有增大生产能力的潜力，但总投资较高。从设计选型的合理性考虑，认为方案II选用的一套提升设备具有投资省、系统单一、维护量少等优点，选用一套设备也是可行的。但是建设和施工单位认为

3、：大设备安装有一定困难，从生产实践来看两套提升设备较一套提升设备灵活，备用性好，有利于生产。设计尊重建设单位意见，推荐选用两套提升设备。在方案中有关塔式和落地式提升系统方案，这次设计进一步作了分析研究和比较。主井提升若采用井塔式，提升机设备费用低，提升机布置在同层一个机房内，虽便于集中管理维护，但直径4m以上的两台提升机布置困难；同时井塔施工难度大，占用井口时间长。 而采用落地式提升，易于提升机等设备的运输与安装，两台提升表6-1-1 主井提升设备方案比较表 方案 内容项目III井筒直径 7.0m,装备2套20t双箕斗井筒直径 6.0m,装备1套34t双箕斗JKMD-4.5X4落地式多绳摩擦式

4、提升机 2套 各配2500kW 36r/min 低速同步电机一台（单机拖动）交直交变频供电JKM-4.5X4 塔式多绳摩擦提升机 2套 各 配2500kW 36r/min 低速同步电机 一台（单机拖动）交直交变频供电JKMD-5.5X4 落地式多绳摩擦式提升机 1套 配2X3000kW 40r/min 交流同步电机 二台（双机拖动）交直交变频供电 JKM-4.5X6 塔式多绳摩擦提升机 1套 配2X3000kW 48r/min 交流同步电机 二台（双机拖动）交直交变频供电 1.年提升能力(万t/a)386.4386.4356.64350.132.最大提升速度(m/s)8.488.4811.51

5、11.33.总投资 （万元）14980.4813828.613898.613211其中：设备及安装费14372.3613247.413310.412631 土建工程费（万元）608.12581.2588.2580.34.年运行费（万元）855.78855.781012.651005.9其中：年维修费（万元）344.94344.94319.45313.1 年电费（万元）510.84510.84562.39561.875.井架上天轮（井塔主导轮）轴中心高(m)62.66362647.主要特点两套设备提升灵活，有利于生产。提升能力大，有利于矿井增产。可以利用永久井架打井，建井工期短。年电耗较低。但两

6、套设备系统复杂，落地安装钢丝绳运行条件较差，且总投资较高。两套设备提升灵活，有利于生产。提升能力大，有利于矿井的增产，有成熟的运行经验，集中管理维护方便，但井塔施工难度大，占用井口时间长。一套提升设备系统简单，总投资较低。 可以利用永久井架打井，建井工期短。但提升速度大，矿井今后增产余地小。钢丝绳运行条件较差。一套设备系统简单，便于管理维护。总投资虽低，但提升能力小，不利于矿井的增产，年电耗费用高。注：表中设备投资均按引进价格考虑。电费按240万吨/年，每度0.5元考虑。机布置在同侧同一机房内便于集中管理；同时利用永久井架凿井，提升机房施工，提升机的安装不占用井口时间，可较多地缩短建井工期。但

7、缺点是井架较高，钢丝绳弦长较长，对提升机运转有一定影响。经综合分析，认为主井提升以采用落地为宜。综上所述，本设计推荐方案I落地式方案为主导方案。即在井筒直径7.0m的井筒内装备两套20t双箕斗，选用JKMD4.54型落地式多绳提升机二台，各配2500kW低速同步电动机。本系统最大提升速度8.48m/s，年提升能力386.4万t（本设计已考虑了矿井后期开采天然焦的因素）。提升系统见图611。主井提升设备选型计算如下：（一）计算依据矿井年提升量 2.4Mt年工作日 300d日工作小时数 14h井口标高 +46.800m卸载点标高 +65.000m 装载点标高 -817.590m 提升容器 20t四

8、绳箕斗，载煤20t，自重26.2t提升高度 892.20m钢丝绳悬长 961.2m（二）钢丝绳选择主钢丝绳引进主钢丝绳绳端荷重 Qd=46200kg主钢丝绳型号：48 ZBB 636FC- 1670 圆股钢丝绳 2根左捻，2根右捻主钢丝绳直径 48mm主钢丝绳单重 9.33 kg/m主钢丝绳根数 4根（一套）主钢丝绳抗拉强度 1670MPa每根最小钢丝破断拉力总和 1624.24kN平衡尾绳根数 2 根（一套）平衡尾绳型号 P8419196311370 （GB/T8918-1996）平衡尾绳单重 18.6kg/m 主钢丝绳安全系数 m=8.09满足安全规程规定的允许安全系数 ma=7.2-0.

9、0005Ht=6.76（三）提升机选型（提升机引进，包括天轮装置和制动系统装置等）提升机型号 JKMD-4.54主摩擦轮直径 4.5m 90dk=4.32m天轮直径 4.5m钢丝绳最大静张力 960kN（实际最大静张力 803.32kN）钢丝绳最大静张力差 270kN（实际最大静张力差 197.04kN）主绳绳间距 350mm主摩擦轮上的实际衬垫比压 1606kPa （四）提升系统提升系统见图611。提升过卷高度 12m（五）提升运动学按六阶段速度图计算，速度图见图612。提升初加速度 0.5 m/s2提升加速度 0.7 m/s2提升减速度 1.0 m/s2最大提升速度 8.48m/s休止时间

10、 20s一次提升循环时间 142.29s提升能力 386.4Mt/a（两套）（六）提升动力学提升系统变位质量总和21876.6kgs2/m。各提升阶段的提升力图见图612。（七）电动机容量计算及校验（电动机引进）电动机等效时间（强迫风冷） 112.4s电动机等效力 247kN电动机额定力 289kN电动机等效功率 2356kW选用2500kW，36r/min低速同步电动机。（八）防滑计算主井提升机摩擦轮衬垫摩擦系数取=0.25提升钢丝绳滑动极限减速度计算：a、重载上提钢丝绳滑动极限减速度：4.16 m/s2 b、重载下放钢丝绳滑动极限减速度：2.22 m/s2c、空载上提或下放的钢丝绳滑动极限

11、减速度：3.12 m/s2紧急制动减速度：上提重载制动减速度： 3.81m/s2（3.81 m/s2 4.16 m/s2 5 m/s2）下放重载制动减速度： 1.90m/s2 （1 .5m/s2 1.9m/s2 90dk=2.16 m天轮直径 2.25 m提升机允许最大静张力 105 kN提升机允许最大静张力差 25 kN钢丝绳在主摩擦轮上的实际最大静张力 82.52 kN钢丝绳在主摩擦轮上的实际最大静张力差 4.94 kN主摩擦轮上的衬垫比压 1334 kPa 主绳绳间距 250mm3、提升系统见图6-1-3、44、提升运动学按五阶段速度图计算，速度图见图6-1-8。提升加速度 0.6 m/

12、s2 提升减速度 0.6 m/s2 最大提升速度 8.4m/s一次纯提升时间 127.08s5、提升动力学提升系统变位质量总和2851kg.s2/m。五阶段速度图上各点之力见图6-1-86、防滑计算提升机主导轮上衬垫摩擦系数设计按=0.23计算。提升钢丝绳滑动极限减速度计算： a、小罐上提人，下放平衡锤： 3.05 m /s2 b、小罐下放人，上提平衡锤： 2.72 m /s2紧急制动减速度： a、小罐上提人，下放平衡锤：2.86 m /s2 2.86 m /s2 3.05 m /s25 m /s2b、小罐下放人，上提平衡锤： 2.59 m /s21.5 m /s2 2.72 m /s22.7

13、6 m /s2紧急制动减速度，不仅满足上提重载时不得大于5 m/s2；下放重载时不得小于1.5 m/s2的要求。也满足了不超过提升钢丝绳滑动极限减速度的要求。防滑是按恒制动力系统计算的. 本提升机房座落在副井井口房进车侧的屋面上。提升机电动机采用晶闸管变流器供电的直流电动机传动系统。其主接线采用晶闸管6脉动供电、电枢可逆、磁场恒定、全数字提升机控制系统。系统具有良好的调速性能和完善的控制功能以及数据记录、系统诊断、故障显示功能，有齐全的安全保护措施，并有与矿井监控系统的通讯接口。第二节 通 风 设 备本矿井为低瓦斯矿井，初期通风方式为中央并列风井抽出式。副井进风为主，主井少量进风，中央风井回风

14、。矿井初期需风量140m3/s，负压1693.5Pa；后期需风量240m3/s，负压2919.2Pa。根据国内通风设备产品的现状情况作了三个方案，详见通风设备方案比较表(表6-2-1)。方案I：选用AJN-2725/1250N轴流式风机，配10kV、1250kW同步电机。该风机为豪顿华工程有限公司产品，该公司为豪顿公司（豪顿集团是世界上最大的风机制造商）在中国建立的合资公司。目前，在中国矿山大约有20多台风机正在运行（河南永夏、山西晋城、山西大同等地）近几年，淮南丁集矿、山西屯留矿等特大型矿井也采用了该类型风机，该风机具有装置效率高，噪音低,电耗低等优点。反风方式为电机反转反风，并设有叶片电反

15、馈信号。该风机前、后期均在高效区运转。但设备价格较贵。（因关键部件为国外进口） 方案II：选用GAF31.5-17-1轴流式风机。配10kV、 1400kW同步电动机。该风机性能优越, 同样具有装置效率高,噪音低,反风操作简单,不需设反风道的优点。可停车一次同步调整叶片反风，运行可靠。特别在大型和特大型矿井有多年运行的成熟经验，是较理想的地面主通风机。方案III：选用BDK60(B)-12 No34型对旋防爆轴流式风机，前期配10kV，280kW防爆电动机二台，后期配10kV，630kW防爆电动机二台。该风机具有装置效率高，噪音低等优点。且结构简单紧凑，维修方便，安装简单。但风机内置电机存在散

16、热效果欠佳的缺点，况且大型号的该型风机目前制造和使用运行经验较少。经比选，确定I方案为推荐方案。即选用AJN-2725/1250N轴流式风机二台，前、后期均配10kV 1250kW同步电动机。表6-2-1 通风设备方案比较表 方 案 内 容项 目IIIIIIAJN2725/1250N轴流式风机2台配10kV 1250kW 750r/min同步电机2台。GAF31.5-17-1轴流式风机2台配10kV 1400kW 750r/min同步电机2台。BDK60（B）-12 No.34对旋防爆轴流式风机590r/min 2台初期：配10kV 280kW防爆电机2台（每台风机）后期：配10kV 630k

17、W防爆电机2台（每台风机） 反风方式电机反转反风调整叶片角度反风电机反转反风1、总投资（万元）其中：设备安装费（万元）土建费（万元）768.42624.50596.89613.42453.20464.33155.00171.30132.562、电耗费（万元/年）初期后期初期后期初期后期200.11567.69205.62569.32201.22576.783、主要优缺点设备性能好，装置效率高，年电耗低，反风操作简单，不需设反风道。投资最高。占地面积较大。设备性能好，装置效率高，噪音低，反风操作简单，不需设反风道。设备总投资较高。占地面积较大。结构简单紧凑，维修方便，不受地基下沉影响。不需设反风

18、道，虽土建费用省，但设备散热效果较差。备注电费按照每度0.55元计算一、通风网络计算（1）设计依据 风量： 前期：140m3/s, 后期：240m3/s, 负压： 前期：1693.5Pa, 后期: 2919.2Pa （2）风量计算 Q前 =KLQK=1.1140=154m3/s, Q后=1.1240=264m3/s, 式中： KL-通风设备的漏风系数，取1.1 QK-矿井需要的风量m3/s （3）负压计算 H前 =1693.5+196=1889.5Pa H后 =2919.2+196=3115.2Pa （4）风机运行工况点 根据豪顿华工程有限公司提供的通风网络特性曲线，风机运行工况点（见图6-2

19、-1）（前期工况点） （后期工况点） Q1 =154m3/s Q2 =264m3/s H1 =1890Pa H2=3115Pa 1=0.866 2=0.842 （5）电动机功率的计算 Q1H1 154189010-3 N前 =K- = 1.15 - = 394.4kW1C 0.8660.98 Q2H2 264311510-3 N后=K-= 1.15 -= 1146.09kW 2C 0.8420.98式中：Q1、 Q2 -通风机工况点的风量 H1、H2-通风机工况点的负压 1、2-通风机工况点的效率 C-机械传动效率,采用0.98K-电动机能力备用系数，取1.15前、后期选用同一电机，即同步电机

20、TD型 10kV 1250kW一台。通风机房内布置二台风机，一台工作，一台备用，并在通风机房内设置10t手动单梁起重机一台。为改善矿井电网功率因数，两台通风机均选用同步电动机驱动，采用高压交-交变频起动和调速控制系统。通风机房设通风机监测装置，具有风量、负压、电压、电流、振动、湿度、温度、沼气含量及开关和风门位置等检测功能。通风机房的二回电源分别引自矿井地面35kV变电所10kV两段母线。第三节 排水设备一、设计依据井口标高 +46.80m 井底车场水平 -860.00m正常涌水量 456m3/h最大涌水量 885m3/h二、方案比较及选型根据矿井排水扬程较高的特点，并结合目前国内高扬程水泵的

21、制造及使用情况，本设计排水方式推荐采用一级直接排水方式，即把-860m水平的涌水直接排至地面。在选型设计中对井下排水设备做了二个方案，详见排水设备方案比较表（表631）。方案I：选用PJ200B11型离心泵5台，配Y6302-4，10kV，1800kW IP54电机，排水管路32522无缝钢管3趟。方案：选用DKM360-9211型离心泵5台，配Y6301-4，10kV，1600kW IP54电机，排水管路29920无缝钢管2趟。二个方案中，第I方案所选的PJ泵是从英国（MATHER+PLATT）公司引进技术制造的高扬程离心水泵，该泵结构合理，汽蚀性能好，运行平稳可靠，排水能力满足要求，已有成

22、熟的运行经验。第II方案虽排水能力满足要求，但设备工况效率较低，吸水扬程较低，电耗费较高。因此经比选设计推荐采用第I方案为主导方案，即选用PJ200B11型离心泵5台，二台工作，二台备用，一台检修，配Y6302-4，10kV，1800kW IP54电机，其技术参数为排水量420m3/h，扬程983.3m。其详细参数及各项指标见表6-3-1。 表6-3-1 排水系统方案比较表方案III-860m中央水泵房(直排地面)依据Q正=456m3/h Q大 =885m3/h 水泵及电机PJ200B11 5台配：Y6302-4 10kV 1800kW 1492r/min IP54电动机5台。正常：工作2台，

23、备用2台，检修1台。DKM420-9011 5台配：Y6303-4 10kV 2000kW 1493r/min IP54电动机5台。正常：工作2台，备用2台，检修1台。排水管路32522mm 3趟32522mm 3趟排水时间（h）新管旧管(淤积)新管旧管(淤积)正常： 12.16 20正常： 12.8820正常： 11.64 20正常：12.1620 1、总投资(万元)其中：设备安装(万元)矿建费（万元）503.4340.8162.6526363.4162.62、年电耗费(万元)1019.581047.091041.751100.873、主要优、缺点1. 设备结构合理，技术先进。汽蚀性能好，运

24、行平稳，叶轮采用合金耐磨铸铁材料。2.电耗费用少,效率高。1.汽蚀性能好，运行平稳。排水能力满足要求。2电耗费用较I方案高。3电机功率大，总投资高。备注电费按照每度0.55元计算排水设备选型计算如下：1、设计依据矿井井口标高：+45.00m，井底水平标高：-860.00m，矿井正常涌水量：456 m3/h。最大涌水量： 885m3/h水容重：1020kg/m3水质：PH=6.572、设备选型选用5台PJ200B11型高扬程多级离心泵，配Y6302-4 10kV 1800kW 1492r/min IP54电动机，二台工作，二台备用，一台检修。 3、排水系统计算水泵排水能力按保证在20h内排出24

25、h的正常涌水量的要求计算为：Q B=1.2Qr=1.2456547.2m3/h式中：Qr矿井正常涌水量m3/h水泵排水能力按保证在20h内排出24h的最大涌水量的要求计算为：Q B=1.2Qr=1.28851062m3/h式中：Qr矿井正常涌水量m3/h水泵扬程： HB1.1(46.8+860)+5.51003.53m选用PJ200B11型水泵五台。 由水泵特性曲线及管网特性曲线（见图6-3-1）确定的工况点：水泵运行工况点 工况点新管旧管（淤积后）QM(m3/h)450425HM(m)956975M0.760.755(NPSH)r (m)3.84.2 电动机功率： 1.14509561020

26、新管N- =1780kW 10236000.760.98 1.14259751020旧管N- 1726kW 10236000.7550.98 选用Y63024 10kV 1800kW 1492r/min电动机, 正常涌水时，二台水泵(管路淤积后)工作12.88小时，可将24小时的涌水量排完。最大涌水时，三台水泵(管路淤积后)工作16.66小时，可将24小时的涌水量排完。故设计满足规程第278条的规定。排水系统见图632。4、主排水管路及附件主排水管路为三趟，正常涌水时，为二趟工作，一趟备用。最大涌水时，为三趟工作。排水管选用32522无缝钢管，沿副井井筒敷设至地面。并在三趟排水管的地面部分分别

27、装设流量计量装置。吸水管选用35110无缝钢管，无底阀运行。采用ZPBZ型喷射泵组自动引水，配水阀为PZI-800型。常用操作闸阀采用电动闸阀。5、电气设备主排水泵高压开关柜设在井下中央变电所内，因目前国内尚未有10kV电气软启动设备，因此引进国外软启动设备。主排水泵10kV电源引自井下中央变电所。二、副井井底水窝水泵副井井底水窝水泵选用KWQ隔爆潜水电泵两台,配4kW电机。其中一台工作，一台备用。排水管为893.5mm焊接钢管。采用水窝水泵自动监控装置，实现副井井底水窝水泵自动运行。第四节 压缩空气设备根据矿井井上、下风动工具及设备的配备、用气量及地点，经计算矿井需气量地面为13m3/min

28、，井下为79.43 m3/min，本设计就国内现有压缩空气设备产品情况对该矿井的供气方式及设备选型作了方案比选，详见压缩空气设备方案比较表（表6-4-1）。表6-4-1 压缩空气设备方案比较表 方案 内 容项 目IIIIII地面集中供风SA-5350W型水冷双螺杆空压机4台配10kV 250kW异步电机（其中3台工作,1台备用）空压机参数：排气量：40.5m3/min排气压力：0.8MPa地面集中供风L5.5-40/7型活塞式空压机4台配10kV 250kW异步电机（其中3台工作,1台备用）空压机参数：排气量： 40m3/min排气压力：0.7MPa井上、下分散供风井下：设SM490移动式螺杆

29、空压机6台(其中1台备用)配660V 90kW电机.排气量：16m3/min排气压力：0.7MPa井上：设SA-45W固定式螺杆空压机5台(其中1台备用)配380V 45kW电机排气量： 8.1m3/min排气压力：0.75MPa1.总投资（万元）其中：设备安装（万元）土建费（万元）253.79197.218228.1221.6315921432.1638.21814.12.电耗费（万元/年）147.05225.67198.3853.主要特点设备集中便于管理，但管材消耗多。螺杆机体积小，易损件少，运行可靠，维修量小，自动化程度高。 但设备投资较高。设备集中便于管理，但管材消耗多。设备效率低，维

30、修工作量大。设备投资少。靠近用风地点，供风质量好，管材消耗少，但井下设备分散不便管理，且井下地温高，设备散热较困难，排气温度过高而影响机器正常使用。从比较表中可见，方案、为地面集中供气方案，该方案地面设备集中便于管理维护，但投资及运行费用较高；方案为井上、下分散供气方案。该方案具有运行使用灵活，漏气和压力损失较小，运行费用省，供气质量好等特点。但由于该矿井地温较高，井下环境温度偏高，井下移动式空压机设备的冷却效果差，使得排气温度过高，供气效率低，设备及部件故障率高，使用寿命短。另外排气温度过高，也给井下人员的安全卫生带来一定的影响。据调查，国内新建矿井几乎较少使用移动式空压机，仅在改扩建矿井中

31、才用它作为补充或备用的供气设备。经上述分析比较，设计认为集中供气方式适合本矿井生产情况。方案I为双螺杆式空压机，方案为活塞式空压机。螺杆式空压机与活塞式空压机相比，虽然初期投资较高，但具有电耗低、体积小、重量轻、易损零件少、噪声低、自动化程度高、运转维护费用低、技术先进等优点。目前国内的活塞式空压机越来越多的被螺杆式空压机替代。因此设计推荐选用方案，即SA5350W型水冷双螺杆空压机四台，其中三台工作，一台备用。排气量40.5m3/min，排气压力0.8MPa，电动机功率250kW 电压 10kV。一、设计依据 矿井初期用风量详见表642。表642 风动工具配置及耗风量表 锚索钻机（3.1m3

32、/min）台砼喷射机(9m3/min)台风 镐（2m3/min）台凿岩机(3m3/min)台单体锚杆机(33.4m3/min) 台其它设备用风（m3/min）轨道大巷掘进12132回风大巷掘进1112轨道顺槽1112胶带顺槽112主井装载5.42机修车间5.4洗煤厂7.6二、压缩空气需用量计算考虑各掘进头砼喷射机、锚索钻机、单体锚杆机同时使用。 n Q=12miqiki 1=1.21.151(92)+(3.480.8)+(3.14)+5.4+ 1.151.15（5.4+7.6）=79.43 +13=92.43m3/min 式中： 1-沿管路漏风系数,取1.2，1.15 2-机械磨损耗风量增加的

33、系数,取1.15 -海拔高度修正系数,取1mi-风动工具件数 qi-风动工具耗风量m3/min 1.15-机械磨损耗风量增加系数经计算在工广设置四台SA-5350W螺杆式水冷空气压缩机。其中三台工作，一台备用。每台配10kV,250kW电动机。供给井下采区风动工具及主井井底气动设备和矿井修理间及综采设备间、地面煤仓用风。三、压风管路 地面及井筒主干管选用2738焊接钢管。井下主干管选用2196焊接钢管，干管选用1596焊接钢管，支管选用893.5焊接钢管。四、压风机房设备电控 压风机房内设10kV变电所一座，其电源引自矿井35kV变电所的10kV两段母线，压风机采用10kV供电。双螺杆空压机电控系统系厂家配套，要求采用可编程控制器进行单机和联动控制，实现空压机运行时各类参数的监控，并可将其有关参数及管网压力、排气温度、管网气体流量等动态信息传输到矿井监控中心。