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矿井要紧设备

第六章矿井要紧设备

第一节提升设备

一、矿井辅助提升设备现状

白家焉场地主斜井检修绞车装备JK-3/30型提升机，配备YSP560-12型电机，功率560kw，配备BPDK-ZN-ZKT型电控系统。

白家焉场地副立井装备20型提升机，配备YP355L-8型电机，功率200kW，配备BPDK-ZN-ZKT型电控系统。

目前白家焉主斜井与白家焉副立井提升机运行状况良好。

改扩建后，地面辅助生产系统大体上转移到郭家山场地，辅助提升任务绝大多数均由郭家山副立井提升系统承担，白家焉副立井仅承担少量辅助提升任务。

因此本次设计要紧针对白家焉主斜井提煤设备、郭家山副立井设备进行设计选型。

二、主斜井原煤运输设备

依照改扩建后矿井生产能力300万t/a、开拓方式、采区布置等，主斜井原煤运输采纳钢绳芯胶带输送机。

胶带输送机运输具有运输量大、运输持续性好、转载环节少、运营费用低、操作简单、易于实现集中操纵和自动化治理等优势。

采区工作面来煤经胶带输送机转载至主斜井胶带输送机运输至地面。

（一）白家焉场地主斜井提升系统

经2003年改造，现有的主斜井提升，利用的是大倾角胶带输送机，其技术参数为：

运输距离L=610m，倾角25°；

带宽B=1200mm，带速v=3.15m/s，带强ST2500；

运量Q=800t/h；

驱动电机：

2×560kW，6kV，1：

1配置；

CST软启动装置：

。

这次改扩建后，矿井实现300万吨年产量，在前期上组煤开采时，现有皮带知足煤炭提升要求，暂不需要改造；当后期主斜井需要提升下组煤时，延深原主斜井井筒，主斜井皮带在不改变其倾角及运量前提下，改造为：

运输距离L=703.6m，倾角25°；

带宽B=1200mm，带速v=3.15m/s；

运量Q=800t/h

主斜井提升系统示用意如下。

选型计算

胶带输送机参数：

带宽B＝1200mm，带速v＝3.15m/s，承载托辊组为深槽形托辊Φ159mm（55°四节托辊），回程托辊组为V型托辊Φ159mm，钢绳芯胶带ST3150（符合MT668-2020要求），尾部重锤拉紧。

托辊运行阻力系数f＝

传动滚筒摩擦系数μ＝

承载托辊布置间距a0=1.2m

回程托辊布置间距au=3.0m

带式输送机宽度B＝1200mm，

带式输送机运行速度V＝3.15m/s

初选胶带强度ST3150N/mm

每米物料重量qG=70.55kg/m

每米胶带重量qB＝48.48kg/m

上托辊每米长转动部份质量qRO=27.375kg/m

下托辊每米长转动部份质量qRU=10.027kg/m

主斜井胶带机圆周驱动力计算

带式输送性能力

知足要求

式中：

—物料的最大截面积，取0.165m2

—折减系数，取

要紧阻力FH＝Lfg[（2qB+qG）*cosα+qRO+qRU）]=

要紧特种阻力FS1＝Fε+Fgl=

式中：

Fε=Cεμ0gLε（qG+qB）cosαsinε；

Fgl=μ2Iv2ρgl/v2b12；

Cε—槽形系数，取；

μ0—托辊和输送带间的摩擦系数，取；

Lε—装有前倾托辊的输送机长度（全长安装）；

ε—托辊前倾角度，取°；

μ2—物料与导料板间的摩擦系数，取；

Iv—输送能力，0.25m3/s；

l—导料槽栏板长度，取6m；

b1—导料槽两栏板间宽度，取0.73m。

附加特种阻力FS2＝5APμ3=2520N

式中：

A—个打扫器和输送带接触面积，取0.012m2，设置2个头部打扫器和2个空段打扫器（1个空段打扫器相当于个打扫器）；

P—打扫器和输送带间的压力，取70000N/m2；

μ3—打扫器与输送带间的摩擦系数，取。

倾斜阻力FSt＝qGHg=

传动滚筒所需圆周驱动力Fu＝C•FH+FS1+FS2+FSt＝

式中：

C—系数，取

胶带机所需逆止力矩

ML≥{[Lωng（2qB+qRO+qRU）+qGωngH/sinα]}dr=

式中：

ωn—胶带下滑时对托辊的模拟阻力系数，取；

dr—驱动滚筒半径，取0.625m。

电动机功率计算

带式输送机稳固运行时传动滚筒所需运行功率

PA＝Fu×V/1000＝

带式输送机驱动电动机功率

PM＝PA/η＝kW

式中：

η—传动滚筒到驱动电机的总效率，取

为此，选择3台560kW异步电动机。

输送带张力及平安系数计算

带式输送机采纳头部双滚筒三电机传动（2:

1），确信两传动滚筒的围包角α＝200°。

设，F1、F2、别离为传动滚筒处的输送带趋入点和奔离点的张力，Fumax为起动状态传动滚筒圆周力。

其中Fumax=FU×KA式中KA为启动系数，取值KA=，Fumax=

输送带带不打滑最小张力

F2min＝Fumax/3（eμα－1）＝

重载段许诺最小张力

Szmin=a0（qG+qB）g/8（h/a）max=

空载段许诺最小张力

Skmin=auqBg/8（h/a）max=

依照知足不打滑条件及垂度条件，本条皮带机在知足不打滑条件时

取F2=，现在

F3=F2+（qB*cosα+qRU）Lgf-HqBg

=﹥（知足空载段垂度条件）

F4=1.004F3=﹥（知足重载段垂度条件）

F1＝F2＋FU＝

输送带的平安系数：

n=B×St/F1=>7，故平安系数知足要求

改造后主斜井胶带输送机要紧技术参数：

输送距离L≈703.6m，提升高度H≈328m，倾角δ＝25°

带宽B＝1200mm，带速v＝3.15m/s，输送能力Q＝800t/h

胶带：

阻燃钢绳芯，ST/S3150

拉紧装置：

重锤车式拉紧，布置在机尾

驱动电机：

3×560kW，6kV，2：

1配置，

CST软启动装置：

，3台

逆止器：

DSN2802台

制动器：

ST5SH（额定制动力矩）2台

即改造后在原有两套驱动装置基础上增加一套驱动，设于原井口房内平面，皮带强度由ST2500改成ST3150，并对井口房做相应的改造。

二、郭家山场地副井提升设备

郭家山场地副井担负提升矸石、起落人员、设备（包括综放液压支架及综掘等）、材料等辅助提升任务。

经技术经济比较（见表6-1-1），要紧考虑节省占用井口时刻等因素，且依照建设单位的要求，最终确信采纳第一方案。

装备×4（III）落地多绳摩擦式提升机一台，提升容器为一对t矿车一层二车宽窄罐笼，电控设备为PLC操纵直流成套设备，主电动机为ZD系列专用直流电动机（1300kW50r/min）。

1、设计基础参数

副井井口标高：

+849.4m

井底水平标高：

+450m

工作制度：

b=330d/a，四班制，其中三班生产，一班检修；

最大班提升量：

下井工人数185人

提升矸石60车

下放材料45车

下放设备14次

其他22次

提升容器：

一对矿车一层二车罐笼（宽窄各一），宽罐乘nr1=43人，自重22000kg（含7000kg的可卸载配重），窄罐每层乘nr2=32人，自重22000kg。

矿车：

t标准矿车，载矸Q物=2700kg，自重QC=760kg。

最大件为液压支架，包括平板车在内质量为Q大件=25t。

作业方式：

一般罐笼单层装车乘人，双侧进出车。

正常提升时（宽窄罐均自重为22t）：

提升方式为单层乘人；单层提矸、下料；起落矸石或料石时，对侧应配相同数量的空矿车。

起落大件工况（必需卸下宽罐侧7t可卸载配重）：

窄罐侧应配一辆9t重车；窄罐起落9t重车时，宽罐内必需配7t配重车或2辆重车；半途上下人员时，宽罐内必需配7t配重或2辆重车，窄罐内乘人。

副井提升系统见插图6-1-1

表6-1-1副井提升方案技术经济比较表

方案

一（采用方案）

二

三

四

内容

项目

×4

落地多绳摩擦式提升机

×4

塔式多绳摩擦式提升机

×4

落地多绳摩擦式提升机

×4

落地多绳摩擦式提升机（带减速器，减速比为20）

1、提升高度

399.4m

2、提升容器

矿车单层二车宽窄罐

3、主电动机型号规格

ZD系列专用直流电动机1300kW50r/min

矿井提升专用交-直-交变频低速直联同步电动机1300kW50r/min

矿井提升专用交-直-交变频高速同步电动机1300kW1000r/min

4、最大提升速度

9.163m/s

5、主提升绳型号规格

38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）894602

6、尾绳型号规格

162×27-ZBB-P8×4×1190两根

7、电控设备

PC控制直流成套设备

交-直-交变频成套设备

8、工人下井时间

9、最大班净作业时间

10、起重设备

手动双梁桥式起重机

电动超卷扬起重机

手动双梁桥式起重机

11、设备费（万元）

625

630

655

640

12、土建费（万元）

240

200

240

250

13、方案特点

优点：

落地方案占用井口时间短，防震抗震性能较好。

缺点：

占地面积大；防滑性能比塔式差。

优点：

塔式方案占地面积小；防滑性能比落地式好。

缺点：

占用井口时间长；起重设备和电梯比落地式价高。

优点：

占用井口时间短，防震抗震性能较好

缺点：

设备基建投资高；占地面积大；防滑性能比塔式差。

优点：

占用井口时间短，防震抗震性能较好

缺点：

设备基建投资高；占地面积大；防滑性能比塔式差。

需使用减速器，传动效率低。

2、提升机设备选型

（1）提升高度：

Ht=399.4m

钢丝绳悬垂高度：

Hc=445.3m

（2）钢丝绳选型

提升主钢丝绳选38ZBB6V×37S+FC1670ZZ（SS）894602GB8918-2006四根，其参数见表6-1-2。

表6-1-2副井提升主钢丝绳参数表

名称

参数

钢丝绳直径d1

38mm

公称抗拉强度σB1

1670MPa

最小钢丝破断拉力总和Qd1

1052238N

单位长度质量Pk1

6.02kg/m

最粗钢丝直径δmax

≤2.9mm（订货时提出要求）

尾绳为扁钢丝绳162×27-ZBB-P8×4×1190（GB/T20209-2006）两根。

为平稳提升系统。

首尾绳单位长度质量差%＜3%，为平稳提升系统。

（3）提升设备选型

选用一台×4（III）落地多绳摩擦式提升机，其要紧技术参数见表6-1-3。

表6-1-3提升机要紧技术参数表

名称

参数

主导轮直径DN

3.5m

主提升绳根数n1

绳间距

300mm

天轮直径Dt

3.5m

允许最大静张力Fj

570kN

允许最大静张力差Fc

220kN

衬垫摩擦系数μ

≥

提升机变位质量Gj

15000kg

天轮变位质量QD（QE）

2×6000kg

3、设备校验：

（1）绳径比校验

主导轮及天轮直径：

90d1=90×38

=3420mm＜DN=Dt=3500mm

（2）丝径比校验

1200δmax=1200×＜3500mm

（3）钢丝绳最大静张力

当宽罐卸下7t可卸载配重后，装入25t大件时，系统静张力最大

Fj′=[Q大件+（Qz-Qp）+n1Pk1Hc]g

=＜Fj=570kN

（4）提升主钢丝绳平安系数查验

提人

下大件

所选钢丝绳知足要求。

（5）钢丝绳最大静张力差

下大件工况，在未进25t大件，对侧罐笼先进9t配重车时，或运行完毕卸下25t大件时，对侧9t配重车未卸下时，钢丝绳静张力差最大：

Fc′=[（Qz+Qpc）-（Qz-Qp）]×g=[（22000+9000）-（22000-7000）]×

=＜FC=220kN

装载大件时，需先卸下宽罐的7t可卸载配重，再向对侧窄罐笼内推入9t配重车，最后将25t大件车推入宽罐。

卸载大件时，需先推出25t大件车，再将窄罐中的9t配重车推出。

提2车矸石或下放料石时，对侧罐笼为空，现在的静张力差：

Fc′=2×（Q物+QC）×g=2×（2700+760）×

=＜Fc=220kN。

（6）摩擦衬垫比压

=＜MPa

以上校验均合格。

所选提升机知足要求。

4、提升主电动机

设计选用ZD系列矿井提升专用直流电动机，其参数见表6-1-4。

最大提升速度：

Vmax=πDNnN/60=9.163m/s

表6-1-4主电动机参数表

名称

参数

型号

ZD系列专用直流电动机

额定功率PN

1300kW

额定转速nN

50r/min

电源电压

6kV

过载倍数λ

≥

转动惯量Jd

8913kgm2

5、提升系统运动学计算

提升运动学计算表见表6-1-5。

表6-1-5提升运动学计算表

序号

名称

单位

计算公式

计算结果

加速时间

t1＝Vmax/a1

加速距离

h1＝a1t12/2

减速时间

t3＝（Vmax-V4）/a3

减速距离

h3＝（Vmax+V4）t3/2

爬行时间

t4＝h4/V4

制动时间

t5＝V4/a5

制动距离

h5＝V4t52/2

等速距离

h2＝Ht-h1-h3-h4-h5

等速时间

t2＝h2/Vmax

一次运行时间

T0＝t1+t2+t3+t4+t5

休止

时间

升降人员

提矸、煤

设备、材料

一次提升时间

升降人员

T=T0+θ

提矸、煤

设备、材料

表中，选取参数为：

加、减速度a1＝0.7m/s2ㄧa3ㄧ＝ㄧa5ㄧ＝0.7m/s2

爬行速度V4＝0.4m/s；爬行高度h4＝2.5m

表6-1-6最大班作业时刻平稳表

序号

作业项目

单位

每班

提升量

每班提

升次数

一次提

升时间

每班作业

时间（s）

下井人员

人

185

升降人员

×=

其他人员

×=

提矸

车

下放材料

车

下放设备

次

其他

次

合计

9750=

6、提升系统动力学计算

提升系统动力学计算结果见表6-1-7~9。

表6-1-7系统变位质量统计（kg）

作业方式

名称

升降空罐

升降人员（满43人+空）

矸（料）石车（2矸+空）

升降大件，对侧配重车

升降配重车，对侧配两辆重矿车

重载侧

轻载侧

重载侧

轻载侧

重载侧

轻载侧

重载侧

轻载侧

重载侧

轻载侧

提升绳

10723

罐笼

22000

15000

22000

15000

2辆空矿车

1520

2车矸（料）石

5400

大件

25000

配重车

9000

人员

3010

合计

32723

35733

32723

39643

32723

50723

41723

32643

不平衡质量Q

3010

6920

9000

钢丝绳弦长段

1462

提升机变位质量

15000

天轮变位质量

12000

电动机变位质量

2910

提升系统变位质量总和Σm

96818

99828

103738

123818

105738

表6-1-8上提时动力学计算表

名称

计算公式

计算结果（kN）

提人（满+空）

提矸（料）石

提大件

提配重车

加速段

F1=kQg+Σma1

等速段

F2=kQg

减速段

F3=kQg-Σma3

爬行段

F4=kQg

停车段

F5=kQg-Σma5

注：

表中矿井提升阻力系数k=。

表6-1-9下放时动力学计算表

名称

计算公式

计算结果（kN）

下人（满+空）

下料石

下大件

下配重车

加速段

F1=k’Qg+Σma1

等速段

F2=k’Qg

减速段

F3=k’Qg-Σma3

爬行段

F4=k’Qg

停车段

F5=k’Qg-Σma5

注：

表中下放时矿井阻力系数k’=－。

起落人员、矸料、大件、配重车时是速度图、力图别离见插图6-1-2~5。

7、提升主电动机

依照系统负载情形，按提大件的运行方式进行校验：

ΣF2t=F12t1+F22t2+F32t3+F42t4+F52t5

=×105kN2s

等效时刻Td=c1（t1+t3+t4+t5）+t2+c2θ=s

式中，散热不良系数c1=1；c2=1

提升配重车时的停止时刻按40s计算。

电动机等效劳Fd=（ΣF2t/Td）1/2=

电动机等效容量Pd=KFdVmax/η=1026kW

式中，电动机容量备用系数K=；传动效率η=

取1300kW。

所选电动机参数见表6-1-14。

电动机过载能力校验

电机额定力：

FN=PNη/Vmax=

λ＇=Fmax/（λFN）=＜

所选电动机符合要求。

8、防滑校验

静防滑校验：

[Kj0]=

式中，μ—钢丝绳与摩擦衬垫的摩擦因数，取；

α—钢丝绳在主绳轮上的围包角，取rad。

最不利工况为在下大件进程中，宽罐内在未进25t大件，对侧罐笼先进9t配重车时，或运行完毕卸下25t大件时，对侧9t配重车未卸下时。

重载侧静张力F1j=（m+mz+mc+nrqkHc）g=

轻载侧静张力F2j=（mz+mc+nrqkHc）g=

Kj=F1j/F2j=

体会算，Kj<[Kj0]，知足静防滑要求。

提升系统滑动极限减速度计算结果见表6-1-10。

制动方式采纳恒减速制动，依照《煤矿平安规程》规定，提升重物时紧急制动减速度不得超过5m/s2，下放重物时紧急制动减速度不得小于1.5m/s2，且紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度。

为知足煤矿平安规程规定，经计算制动力矩的合理范围为：

482kNm～530kNm。

取Mz=500kNm，以此计算紧急制动减速度，计算结果见表6-1-11。

表6-1-10提升系统滑动极限减速度（m/s2）

滑动极限减速度公式

计算结果

人员

矸料石

大件

配重车

重载上提

as=

重载下放

ax=

空载

ak=

取μ=

表6-1-11副井实际平安制动减速度（m/s2）

提升状态

实际安全制动减速度公式

计算结果

人员

矸料石

大件

配重车

重载上提

as＇=

aS>aS，且aS，<5

重载下放

ax＇=

ax>ax，且ax，>

空载

ak＇=

ak>ak，且5>ak，>

以上计算说明，在μ≥，制动力矩合理时，防滑校验是知足条件的。

定货时应向厂家明确提出要求。

并通过调试最终确信制动力矩值。

9、电源和电气操纵设备

6kV双回路高压电源引自郭家山35/6kV主变电所不同母线段，380V低压电源一回引自提升机房内辅助变压器，一回引自6/变电所。

均为一回工作，一回备用。

电控设备选用PLC操纵直流成套设备。

电控设备参数要知足系统要求，配套设备规格应按设计要求选用。

10、辅助设施

提升机房内设手动双梁桥式起重机一台。

第二节通风设备

一、现状

建设单位已于2020年将郭家山场地原有的2台FBCDZ-8-№34通风机改换为FBCDZ-№38型矿用对旋式通风机2台，1台工作，1台备用，每台风机各配2台YBF800M1-106kV1120kW595r/min防爆电机。

白家焉场地现安装2台BDK618-8-№25型矿用对旋式通风机，1台工作，1台备用。

每台风机均配功率为250kW的防爆电动机2台。

由于该风机不能知足改扩建后矿井的通风需要，建设单位即将把白家焉场地通风设备改换为FBCDZ-8-№26型矿用对旋式通风机2台，每台风机各配2台YBF-86kV355kW740r/min防爆电机。

设备现已经定货。

本次设计对即将改换的通风设备进行校核。

二、郭家山场地通风设备校核

1、校核依据

风井井口标高：

+845.8m

井底水平标高：

+410m

通风方式：

副井进风，风井回风，中央并列式通风。

通风量：

初期：

180m3/s

中期：

180m3/s

后期：

300m3/s

通风负压：

初期：

中期：

后期：

现场已安装设备：

FBCDZ-№38型风机2台，1台工作，1台备用。

每台风机配2台YBF800M1-106kV1120kW595r/min型防爆电机。

2、通风设备的校核计算

（1）通风机需要产生的风量

Q1=Q2=KL•QK=189m3/s

Q3=KL•QK=315m3/s

式中，按《煤矿平安规程》的规定取通风设备的漏风系数KL=。

（2）通风机需要产生的负压

H1=HK1+h1+Σh1=

H2=HK2+h2+Σh2=

H3=HK3+h3+Σh3=

式中QK—矿井需要风量，m3/s；

HK—矿井通风阻力，Pa；

Σh—通风设备的阻力损失，Pa（包括引、排风道及导流、消声装置阻力损失）；

h—矿井自然通风的压差，Pa。

（3）管网阻力系数

R1=H1/Q12=

R2=H2/Q22=

R3=H3/Q32=

（4）管网性能曲线方程

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