07第七章 提升通风排水和压缩空气设备.docx
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07第七章提升通风排水和压缩空气设备
第七章提升、通风、排水和压缩空气设备
第一节提升设备
一、概述
本矿井设计生产能力为3.0Mt/a。
工业场地内设有主井、副井和中央回风井3个井筒。
井口标高+27.5m，矿井设一个水平，采用上、下山开采。
井底车场水平标高-735.0m。
工作制度为年工作日330天，每天净提升时间18小时。
主井担负原煤提升任务，并且通过分时运输担负矸石（0.26Mt/a）提升任务。
副井担负全矿人员、材料、设备、液压支架等升降的作业任务及零星矸石提升任务。
主、副井均采用刚性罐道导向。
原设计主井井筒直径6.2m，装备1套32t双箕斗，建设方已经按此方案订货，设备为德国SIEMAG公司产Φ4.8×4落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套西门子公司交－交变频同步电机（53.7r/min、4700kW）。
提升速度13.5m/s。
原设计副井井筒直径7.0m，装备1套1.5t双层四车宽、窄罐笼，建设方已经按此方案订货，设备为JKMD-4.5×4（Ⅲ）落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套低速直流电机（46.7r/min、2100kW）。
提升速度11m/s。
2009年发生突水事故后，井筒需要套壁，主井井筒直径由6.2m缩小到5.0m。
副井井筒直径由7.0m缩小到6.0m。
二、主井提升设备
（一）主井提升方案
针对井筒直径缩小到5.0m以及提升设备已经采购这一情况，设计考虑了两个方案作比较。
方案Ⅰ：
采用一套32t非标箕斗（过卷距离11.25m，过放距离10.5m，均可满足安全要求），井下定重装载，井口曲轨卸载。
提升设备采用已订货的德国SIEMAG产Φ4.8×4落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套西门子交－交变频同步电机（53.7r/min、4700kW）。
提升速度13.5m/s。
方案Ⅱ：
采用一套25t标准箕斗，井下定重装载，井口曲轨卸载。
提升设备采用已订货的德国SIEMAG公司产Φ4.8×4落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套西门子公司交－交变频同步电机（53.7r/min、4700kW）。
提升速度13.5m/s。
两个方案的经济技术比较见表7-1-1。
两个方案的投资接近，方案Ⅰ采用非标箕斗，与已经采购的设备相匹配，提升能力大，为矿井分时运输和稳产高产提供有力保证；且淮南矿区的顾桥、刘庄主井的大吨位非标箕斗应用十分成功。
综合以上分析，设计推荐方案Ⅰ。
（二）推荐提升方案校验计算
1．计算依据
矿井设计能力3.0Mt/a；
矿井矸石量0.26Mt/a（后期最大）；
井口标高+27.5m；
井底标高-735m；
装载口标高-716.5m；
卸载口标高+17.0m（相对于主井井口）；
提升高度Ht773.45m；
钢丝绳悬垂高度HC840.3m；
箕斗载重mz32t；
最大提升速度vmax13.5m/s；
装卸载方式同侧装卸载；
工作制度330d，18h（日提煤17h，提矸1h）；
主井提升方案比较表
表7-1-1
方案
提升容器
1套32t非标箕斗
1套25t标准箕斗
井筒直径（m）
5.0
5.0
提升高度（m）
773.65
770
提升速度（m/s）
13.5
13.5
提
升
机
型号
Φ4.8×4
Φ4.8×4
最大静张力（kN）
1200
1200
最大静张力差（kN）
340
340
电
动
机
型号
同步电动机
同步电动机
功率（kW）
4700
4700
转速（r/min）
53.7
53.7
电控设备
交－交变频设备
交－交变频设备
辅助设备
车房设1台32t电动双梁起重机
车房设1台32t电动双梁起重机
提煤
能力
提升量（Mt/a）
5.02
4.09
富裕（%）
67.3%
36.3%
日提煤时间（h）
17
17
提矸
能力
提升量（Mt/a）
0.32
0.26
日提矸时间（h）
1
1
投
资
（万元）
设备、安装
6979.2
6871.3
土建
995.7
995.7
矿建
35959.1
35959.1
合计
43934
43826.1
年运
行费
（万元）
电费
695.3
564.5
维修、折旧
462.5
459.3
合计
1157.8
1023.8
2．钢丝绳安全系数校验
提升钢丝绳技术参数见表7-1-2。
提升尾绳技术参数见表7-1-3。
安全系数校验见表7-1-4。
所选钢丝绳满足《煤矿安全规程》要求。
主井提升主钢丝绳参数表
表7-1-2
序号
名称
单位
数据
1
主钢丝绳型号
圆股6×36WS+FC
2
主钢丝绳根数n1
4
3
钢丝绳直径d1
mm
52
4
公称抗拉强度σB1
MPa
1860
5
最小钢丝破断拉力总和Qd1
kN
2035
6
单位长度质量Pk1
kg/m
10.38
7
最粗钢丝直径δmax
mm
3.2
备注
钢丝绳随提升设备配套进口。
主井提升尾绳参数表
表7-1-3
序号
名称
单位
数据
1
尾绳型号
扁绳P8×4×19
2
尾绳尺寸
mm
206×33
3
尾绳根数n2
根
2
4
公称抗拉强度σB2
MPa
1370
5
最小钢丝破断拉力总和Qd2
kN
2880
6
单位长度质量Pk2
kg/m
20.76
主井提升钢丝绳安全系数校验表
表7-1-4
项 目
数据
钢丝绳实际安全系数
7.014
“规程”要求钢丝绳安全系数
6.792
结论
满足要求
3．提升设备选型校验
主提升机技术参数见表7-1-5。
主井提升机校验见表7-1-6。
主井提升系统图见图7-1-1。
主井提升机主要技术参数表
表7-1-5
序号
名称
单位
数据
1
提升机摩擦轮直径DN
mm
4800
2
主提升钢丝绳根数n1
4
3
绳间距
mm
350
4
天轮直径Dt
mm
4800
5
允许最大静张力Fj
kN
1200
6
允许最大静张力差Fc
kN
340
7
衬垫摩擦系数μ
≥0.25
8
提升机变位质量Gj
t
32.1
9
天轮变位质量QD
t
14.6×2
4．提升主电动机选型
主电动机参数见表7-1-7。
5．提升系统运动学计算
提升系统运动学见表7-1-8。
主井提升系统图见图7-1-1。
主井提升机校验表
表7-1-6
提升容器
1套32t双箕斗
多绳
摩擦
轮提
升机
型号
Φ4.8×4
摩擦轮直径（mm）
4800≥5290
4800≥3.21200
天轮直径（mm）
4800≥5290
4800≥3.21200
最大静张力（kN）
1200
最大静张力差（kN）
340
提升机实际最大静张力（kN）
1160.5≤1200
提升机实际最大静张力差（kN）
313.6≤340
摩擦衬垫比压（MPa）
1.95≤2
结论
满足要求
主井主电动机参数表
表7-1-7
序号
名称
单位
数值
1
额定功率PN
kW
4700
2
额定电压
V
1400
3
额定电流
A
2×1028
4
额定转速nN
r/min
53.7
5
转动惯量
t·m2
29
6
过载能力λ
2（60s）
6．提升系统动力学计算
系统变位质量见表7-1-9。
上提重物时动力学计算见表7-1-10。
主井提升速度图力图见图7-1-2。
主井提升运动学计算表
表7-1-8
运动阶段
单位
数值
加
速
段
变
加
速
加速变化率
m/s3
0.5
末速度
m/s
0.56
时间
s
1.5
行程
m
0.28
等
加
速
加速度
m/s2
0.75
末速度
m/s
12.94
时间
s
16.5
行程
m
111.38
变
加
速
加速变化率
m/s3
-0.5
时间
s
1.5
行程
m
19.97
等
速
段
速度
m/s
13.5
时间
s
35.32
行程
m
476.80
减
速
段
变
减
速
减速变化率
m/s3
0.5
末速度
m/s
12.94
时间
s
1.5
行程
m
19.97
等
减
速
加速度
m/s2
-0.75
末速度
m/s
0.86
时间
s
16.1
行程
m
111.09
变
减
速
减速变化率
m/s3
-0.5
时间
s
1.5
行程
m
0.73
爬
行
段
等
速
段
速度
m/s
0.3
时间
s
16.67
行程
m
5
变
减
速
减速变化率
m/s3
0.5
末速度
m/s
0.15
时间
s
0.77
行程
m
0.19
变
减
速
减速变化率
m/s3
-0.5
末速度
m/s
0
时间
s
0.77
行程
m
0.038
一次提升纯运行时间
s
92.13
休止时间
s
25
一次提升循环时间
s
117.13
主井提升系统变位重量表
表7-1-9
内容
单位
数值
箕斗
t
52.5×2=105
载重
t
32
提升机
t
32.1
天轮
t
14.6×2=29.2
电动机
t
5.0
钢丝绳
t
74.1
变位质量和
t
277.4
主井提升各阶段力的计算
表7-1-10
运动阶段
单位
计算公式
数值
静张力差
kN
Fc=Q
313.6
加速段
变加速开始
kN
F1=KQ
360.6
等加速
kN
F1’=KQ+∑Ma1
568.65
等速段
等速开始
kN
F2=KQ
360.6
等速终了
kN
F2’=KQ
360.6
减
速
段
变减速开始
kN
F3=KQ
360.6
等减速
kN
F3’=KQ-∑Ma3
152.55
爬
行
段
等速开始
kN
F4=KQ
360.6
等速终了
kN
F4’=KQ
360.6
变减速终了
kN
F5=KQ-∑Ma3
253.8
注：
K=1.15a1=0.75a3=0.75
主井提升速度图力图见图7-1-2。
7．提升主电动机校验
提升主电动机校验见表7-1-11。
电动机校验表
表7-1-11
内容
数据
电机参数
额定功率（kW）
4700
额定转速（rpm）
53.7
额定力（kN）
341.2
允许短时过载倍数
2（60S）
等效时间（s）
117.13
f2·t
13531614
等效力（kN）
339.89
提升速度（m/s）
13.5
等效功率（kW）
4588.5≤4700
实际短时过载倍数
1.666（19.5s）≤2
结论：
满足要求。
8．提升系统防滑校验
根据《煤矿安全规程》规定，提升重物时紧急制动减速度as不得超过5m/s2，下放重物时紧急制动减速度ax不得小于1.5m/s2，紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度。
闸控采用SIEMAG进口设备，包括液压站、制动器及配套的电控柜。
闸控系统具有恒减速制动和恒力矩制动的双重功能。
若恒减速失效，能自动转入恒力矩二级制动状态。
恒减速液压站在安全制动过程中制动力矩是自动调节的，在不同工况（提升、下放、空运行）下，制动力矩不同，但可保证安全制动减速度基本相同。
同时，设计给出恒力矩控制时的防滑计算结果。
主井提升系统防滑计算见表7-1-12。
主井防滑校验
表7-1-12
摩擦系数
0.25
eμa
2.22056
围包角
182°36′18″
静力矩（kN·m）
753
一级制动力矩（kN·m）
1800
二级制动力矩（kN·m）
2400
安
全
制
动
下放重载
《规程》要求减速度（m/s2）
≥1.500
安全制动减速度（m/s2）
1.584
极限减速度（m/s2）
2.004
提升重载
《规程》要求减速度（m/s2）
≤5.000
安全制动减速度（m/s2）
3.869
极限减速度（m/s2）
4.375
空载
安全制动减速度（m/s2）
3.082
极限减速度（m/s2）
3.175
结论：
满足要求。
9．校验结论
经过上述校核计算，满足要求。
10．附属设备
车房内设32/5t电动桥式起重机1台。
（三）主井提升电气设备及控制
主井采用同步电机拖动，电控采用晶闸管交-交变频装置，采用电枢换向，纯12脉动全数字控制。
电控系统对提升机的行程、速度、定子电流及转子电流等有关参数进行闭环调节；对安全回路、辅机等有关设施和环节采用PLC控制，并对提升过程中的各类故障进行报警、分析、记录和趋势预测等。
该电控系统应预留与矿井调度中心联网的以太网通讯接口，在矿调度中心相应工作站上进行集中监控，互送有关生产、管理信息。
可实现无人值守。
另外，在井下装载站、井口卸载站设置装载控制系统、卸载控制系统和提升信号控制系统，装载站控制系统与卸载站控制系统相对独立，对装卸载及配套设施进行控制，并发送提升信号。
主井提升机房自设一座10kV变电所，其两路10kV电源引自地面110kV变电所10kV侧不同母线段。
主井提升机房10kV变电所设8台高压柜，2台500kVA10/0.38kV动力变压器，2台定子变压器，1台励磁变压器，2台低压柜。
三、副井提升设备
（一）设计依据
1．副井井口标高：
+27.5m；
井底车场水平标高：
-735m；
2．井筒垂深：
762.5m；
3．工作制度：
330d/a、18h/d，井下四六制；
4．井筒直径：
6m；
5．最大班提升量：
（按“四六制”计）
下井人数：
后期最多时410人/班
矸石：
副井提升零星矸石，基本由主井分时运输
砂石水泥：
60t/班
锚杆：
350根/班
U型钢等：
12t/班
坑木：
7.5m3/班
设备：
12车/班
保健车：
2车/班
金属网：
8车/班
其它：
16车/班
雷管炸药：
4车/班
6．提升容器：
1套1.5t矿车三层四车宽罐带平衡锤（平衡锤兼作单层交通罐），宽罐乘138人，交通罐乘4人。
宽罐笼自重（包括悬挂装置等）为25.5t。
平衡锤正常自重33t，运输大件时配重至39t；
7．最大件重：
含平板28t；（详见第八章液压支架下放的内容）
8．作业方式：
宽罐提大件（28t）时，平衡锤配重至39t；正常提矸下料时，平衡锤配重33t；
9．服务年限：
与矿井服务年限相同。
（二）副井提升方案
针对副井井筒直径缩小以及提升设备已经采购这一情况，考虑2个方案作比较。
方案Ⅰ：
装备一套1.5t矿车三层四车宽罐带平衡锤（宽罐上层可以乘46人，平衡锤兼作交通罐可以乘4人），提升设备采用已订货的JKMD-4.5×4（Ⅲ）落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套低速直流电机（46.7r/min、2100kW）。
提升速度11m/s。
同时考虑安全，兼做交通罐的平衡锤在宽罐运料时不得乘人。
方案Ⅱ：
装备一套1.5t矿车双层四车宽罐带平衡锤，提升设备采用已订货的JKMD-4.5×4（Ⅲ）落地式多绳摩擦轮提升机1台，配套低速直流电机（46.7r/min、2100kW）。
提升速度11m/s。
2个提升方案比较见表7-1-13。
两个方案的投资相当。
由于本次修改初设中的大件重量由32t减轻为28t，方案Ⅰ有条件将宽罐做成3层罐笼，另外将平衡锤做成交通罐。
这样增加了副井运输人员的能力，且可以解决零星人员运输问题，避免了罐笼为运输人员单独运行，节省了电能。
综上，设计推荐方案Ⅰ。
副井提升系统图见图7-1-3。
（三）推荐方案的计算和校验
1．钢丝绳选型计算及安全系数校验
副井提升方案比较表
表7-1-13
比较项目
方案Ⅰ
方案Ⅱ
井筒直径（m）
6
提升高度（m）
762.5
提升容器
1套1.5t矿车三层四车宽罐带平衡锤（平衡锤兼作交通罐）
1套1.5t矿车双层四车宽罐带
平衡锤
多绳摩擦提升机
JKMD-4.5×4（Ⅲ）
JKMD-4.5×4（Ⅲ）
Fj=960kN、Fc=180kN
Fj=960kN、Fc=180kN
悬臂直联电动机
2100kW、46.7rpm、800V
2100kW、46.7rpm、800V
最大提升速度（m/s）
11
11
主钢丝绳型号规格
6V×37S+FC型
6V×37S+FC型
50mm、1570MPa、10.6kg/m
50mm、1570MPa、10.6kg/m
尾绳型号规格
扁绳P8×4×19-206×33
扁绳P8×4×19-206×33
电控设备
晶闸管直流电控
晶闸管直流电控
起重设备
60/10t电动桥式起重机1台
60/10t电动桥式起重机1台
工人下井时间（min）
22.97
29.87
最大班净作业时间（h）
3.43
3.78
投资
（万元）
设备及安装
4014.5
3964.7
土建
798.9
798.9
矿建
57828.0
57828.0
合计
62641.4
62591.6
年运
行费
（万元）
电费
27.1
28.6
维修折旧
168.5
165.3
综合运费
195.6
193.9
备注
提升钢丝绳技术参数见表7-1-14。
提升尾绳技术参数见表7-1-15。
安全系数校验见表7-1-16。
所选钢丝绳满足《煤矿安全规程》要求。
副井提升系统图见图7-1-3。
提升主钢丝绳参数表
表7-1-14
序号
名称
单位
数值
1
主钢丝绳型号
6V×37S+FC型
2
主钢丝绳根数n1
4
3
钢丝绳直径d1
mm
50
4
公称抗拉强度σB1
MPa
1570
5
最小钢丝破断拉力总和Qd1
kN
1742
6
单位长度质量Pk1
kg/m
10.6
7
最粗钢丝直径δmax
mm
3.2
提升尾绳参数表
表7-1-15
序号
名称
单位
数值
1
尾绳型号
扁绳P8×4×19
2
尾绳尺寸
mm
216×34
3
尾绳根数n2
根
2
4
公称抗拉强度σB2
MPa
1370
5
最小钢丝破断拉力总和Qd2
kN
3000
6
单位长度质量Pk2
kg/m
21.2
备注：
首、尾绳单位质量相等，为平衡提升系统。
副井提升钢丝绳安全系数校验表
表7-1-16
项 目
数值
钢丝绳实际安全系数
提物/大件
8.009
混提/提人
8.982
“规程”要求钢丝绳安全系数
提物
7.784
混提/提人
8.784
结论
满足要求
备注：
混提是考虑下面两层装4车矸石，最上层乘46人这一最不利情况。
2．提升设备选型检验
提升机主要技术参数见表7-1-17。
提升机校验见表7-1-18。
提升机主要技术参数表
表7-1-17
序号
名称
单位
数值
1
提升机滚筒直径DN
mm
4500
2
提升机主提升绳根数n1
根
4
3
提升机绳间距
mm
350
4
天轮直径Dt
mm
4500
5
允许最大静张力Fj
kN
960
6
允许最大静张力差FC
kN
180
7
衬垫摩擦系数μ
≥0.25
8
提升机变位质量Gj
t
30
9
天轮变位质量QD
t
12×2
副井提升机校验表
表7-1-18
项目
数值
多绳
摩擦
轮提
升机
型号
JKMD-4.54（Ⅲ）
摩擦轮直径（mm）
4500≥5090
4500≥3.21200
天轮直径（mm）
4500≥5090
4500≥3.21200
最大静张力（kN）
960
最大静张力差（kN）
180
提升机实际最大静张力（kN）
870≤960
提升机实际最大静张力差（kN）
142≤180
摩擦衬垫比压（MPa）
1.776（大件）≤2
1.568（矸石）≤2
结论
满足要求
3．提升主电动机选型
主电机参数见表7-1-19。
副井电动机参数表
表7-1-19
序号
名称
单位
数值
1
额定功率
kW
2100
2
额定电压
V
800
3
额定电流
A
3017
4
额定转速nN
r/min
46.7
5
转动惯量（GD2）/J
Kg·m2
33760
6
过载能力λ
2.0（60s）
4．提升系统运动学计算
提升运动学计算见表7-1-20。
提升速度图、力图见图7-1-4～7。
5．最大班作业时间计算
最大班作业时间平衡表见表7-1-21。
6．提升系统动力学计算
提升系统变位质量表，见表7-1-22。
上提重物时动力学计算表，见表7-1-23。
下放重物时动力学计算表，见表7-1-24。
7．提升主电动机校验
根据系统负载情况，按最不利的上提大件的运行方式进行校验。
主电动机校验见表7-1-25。
8．提升系统防滑验算
根据《煤矿安全规程》规定，提升重物时紧急制动减速度as不得超过5m/s2，下放重物时紧急制动减速度ax不得小于1.5m/s2，紧急制动减速度不得超过钢丝绳滑动极限减速度。
副井提升运动学计算表
表7-1-20
运动阶段
单位
数值
加
速
段
变
加
速
加速变化率
m/s3
0.5
末速度
m/s
0.49
时间
s
1.4
行程
m
0.229
等
加
速
加速度
m/s2
0.7
末速度
m/s
10.51
时间
s
14.32
行程
m
78.79
变
加
速
加速变化率
m/s3
-0.5
时间
s
1.4
行程
m
15.17
等
速
段
速度
m/s
11
时间
s
51.71
行程
m
568.80
减
速
段
变
减
速
减速变化率
m/s3
0.5
末速度
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