金鹏矿业副井提升改造设计.docx
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金鹏矿业副井提升改造设计
禹州神火金鹏矿业有限公司
副井提升系统技术改造设计
说明书
煤炭工业郑州设计研究院有限公司
二〇一一年十月
禹州神火金鹏矿业有限公司
副井提升系统技术改造设计
说明书
工程代号：
C
工程规模：
0.15Mt/a
总经理：
杨彬
总工程师：
李明
项目负责人：
煤炭工业郑州设计研究院有限公司
二○一一年十月
参加编制人员名单
专业
姓名
职务、职称
备注
采矿
机电
给排水
经济
目录
第一章项目概况1
第二章副井提升系统改造内容4
第一节副井提升设备选型4
第二节总平面布置13
第三节地面建筑15
第三章投资概算及资金筹措19
第一节投资概算19
第二节资金筹措20
附件：
设计委托书
附图：
副井提升系统改造工业场地总平面布置图
第一章项目概况
一、概述
禹州神火金鹏矿业有限公司（原中原煤矿）位于河南省位于禹州市西南38km的磨街乡常门村,隶属磨街乡常门村管辖,矿山北距磨街约5km。
其地理坐标:
113°08′46″~113°09′43″，北纬34°06′59″~34°07′29″。
矿山东距禹州市区约38km,有沙石路向北5km即连接磨街~禹州市的柏油公路,东南距神后镇约4km,有简易柏油路相通,可由神后连通禹州~郸城地方小铁路,也可由禹州~许昌37km连通京广铁路。
交通条件便利。
中原煤矿是按照河南省煤炭资源整合的有关政策规定，为单独保留矿井。
2006年煤炭工业部郑州设计研究院为其编制技术改造初步设计，2006年4月29日河南省煤炭工业管理局以豫煤行[2006]371号文对该设计进行批复；2007年2月我院又编制了中原煤矿初步设计修改，矿井设计生产能力15万吨/年，开采二1煤层。
保有资源储量489万吨，设计可采储量129.62万吨。
设计采用立井单水平开拓方式，以一个炮采工作面保证矿井的设计生产能力。
2009年中原煤矿被河南神火集团兼并重组，并更名为禹州神火金鹏矿业有限公司，根据河南省国土资源厅颁发的采矿许可证（证号:
C410000************0023），井田由24个拐点坐标圈定，井田面积面积2.5350km2。
矿井为低瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，煤层属不易自燃煤层。
2011年9月受禹州神火金鹏矿业有限公司委托，我院编制了《禹州神火金鹏矿业有限公司副井提升系统技术改造设计》，包括说明书、清册和概算。
二、编制报告依据
1、中原煤矿技术改造初步设计说明书
2、煤炭工业现行的技术规程、规范和有关法规
3、矿方提供的实际资料
4、设计委托书
三、副井提升系统改造必要性
1、主、副井提升系统现状
矿井设计井型0.15Mt/a，采用立井开拓。
主井井筒直径Φ4.5m，现装备一对2t非标箕斗提煤，装设梯子间，兼作安全出口。
主井提升设备为一台2JK-2×1/20型双筒提升机（重庆泰丰2007年2月），最大静张力62kN，最大静张力差40kN，提升速度3.7m/s，配套电机JR136-8型，功率180kW，电压380V，电控设备为TSGK-PLC-1185型（河南众源系统工程有限公司）。
副井井筒直径Φ3.8m，现装备一对0.75t非标罐笼，担负副井提矸、下料、升降人员等辅助提升任务。
罐笼重量1200kg（包括抓捕器），采用非标0.75t矿车，自重400kg，载矸石1275kg，装材料750kg计。
提升设备为一台2JTK-1.6×0.9/20型双筒绞车，滚筒直径1.6m，滚筒宽0.9m，最大静张力45kN，最大静张力差30kN，配套电机JR117-8型，功率80kW，电压380V。
2、副井提升改造原因
因副井现用绞车（2JTK-1.6×0.9/20型）属淘汰产品，2011年1月27日被国家安全监管总局和国家煤矿安监局列入第三批《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录》中，自发布之日起2年后禁用。
该型绞车的卷筒是由两半的铸铁法兰盘与薄钢板弯制而组成，卷筒受力后易裂开；制动器是双回路瓦块式制动器系统，双回路制动不同步，制动系统组成部件复杂，安全可靠性差，其配套的电控设备也不符合要求。
因此为了不影响今后的正常提升和安全生产，需对副井提升设备进行全部更换，包括提升绞车、电动机和电控设备。
四、存在问题及建议
1、目前尚无详细的工程地质资料，待施工图阶段应进行详细的工程地质勘察，为新建筑的基础设计提供可靠依据。
2、副井为进风井，考虑到井筒保温，副井井口房应封闭，以满足井筒保温要求。
第二章副井提升系统改造内容
第一节副井提升设备选型
矿井设计井型0.15Mt/a，采用立井开拓。
副井井筒直径Φ3.8m，现装备一对0.75t非标罐笼，担负副井提矸、下料、升降人员等辅助提升任务。
罐笼重量1200kg（包括抓捕器），采用非标0.75t矿车，自重400kg，载矸石1275kg，装材料750kg计。
提升设备为一台2JTK-1.6×0.9/20型双筒绞车，滚筒直径1.6m，滚筒宽0.9m，最大静张力45kN，最大静张力差30kN，配套电机JR117-8型，功率80kW，电压380V。
一、设计依据
矿井规模：
0.15Mt/a
井筒深度：
198.06m
（井口标高+348.86m，井底标高+150.80m）
最大班下井人数：
86人
矸石5%，材料量5%
提升方式：
一对0.75t罐笼提升
二、设备选型及校验
1、提升容器
本次副井提升改造只更换提升设备，提升容器、罐道、钢井架仍利用现有井筒装备及设施不变。
副井现装备一对0.75t非标罐笼，罐笼重量1200kg（包括抓捕器），矿车自重400kg，载矸石1275kg，装材料750kg。
井架高度（天轮中心）10.3m，本次设计采用原提升速度参数不变，即提升速度Vm=3.1m/s，加、减速度a=0.6m/s2。
罐笼每次乘7人，最大班工人下井时间21min，最大班净作业时间1.95h，均满足《煤炭工业矿井设计规范》要求。
2、钢丝绳
绳端荷重：
矸石：
Qd=1275+400+1200=2875kg
人员：
Qd=8×70+1200=1760kg
钢丝绳悬垂长度：
Hc=201.67+10.3=212m
钢丝绳单重：
2875
Pk=——————————=1.26kg/m
1.1×17000/7.5-212
选择20NAT6×36SW+FC-1670型线接触钢丝绳，dk=20mm，
δ=1.3mm，Pk=1.52kg/m，Qq=270kN。
安全系数校验：
270×1000
m矸=————————————=8.6>7.5
（2875+1.52×212）×9.81
270×1000
m人=————————————=13.2>9
（1760+1.52×212）×9.81
经校验，均满足《煤矿安全规程》要求。
3、提升绞车
选择2JTP-1.6×1.2/20加宽型单绳缠绕式双筒提升绞车，该绞车滚筒下部设有定车装置。
其技术参数为：
滚筒直径：
1.6m
滚筒宽度：
1.2m
最大静张力：
45kN
最大静张力差：
30kN
变位重量：
5500kg
减速比：
20
绞车校验如下：
D′≥80d=80×20=1600mm
D′≥1200δ=1200×1.3=1560mm
Fj=（2875+1.52×212）×9.81=31.4kN
Fc=（1275+1.52×212）×9.81=15.7kN
实际缠绳宽度：
198.06+30+3π×1.6
B=（——————————）（20+2.5）=1088mm<1200mm
π×1.6
经校验，所选绞车满足要求。
4、提升系统
（1）提升系统方案
现副井提升容器中心距S=1500mm，井架高度Hj=10.3m，提升机主轴中心到井筒提升中心线距离LS=33.7m。
本次更换副井提升设备，考虑到在施工绞车基础和绞车房期间，以不影响现副井的正常提升为前提，则新绞车房的位置有两种选择方案：
第一方案，在现绞车房的前面新建绞车房。
现绞车房的前墙到井筒提升中心线实测距离为31.5m，尚有新建绞车基础的空间。
设计将新绞车主轴中心定在距现绞车房的前墙3.5m处，即在此处进行新绞车的基础施工及主轴装置的安装就位。
为了不影响现绞车的正常运行，施工新绞车基础时应采取安全措施，尤其是往下挖基础时（地面表土较厚）对现绞车房的前墙会有影响，应对前墙内外进行支撑保护。
第二方案，在现绞车房的后面建新绞车房。
现绞车房的后面虽有扩充空间的可能，但地势复杂，距后墙1米处即是低洼地，落差很大，不适宜建绞车房。
第三方案，在现绞车房的对侧建新绞车房。
经现场查看，绞车房对侧工广是经过填方平整出来的场地，与周围有七、八米的落差，虚土很厚，也不适宜建绞车房。
经以上分析并结合矿方意见，确定采用第一方案，即在现绞车房的前面新建绞车房，新绞车主轴中心至提升中心LS=28m。
（2）新提升系统井口相对位置计算
（天轮：
TSG-1600/11型，直径1.6m，变位质量222kg）
钢丝绳弦长：
钢丝绳内、外偏角：
钢丝绳出绳角：
提升系统相对位置见图2-1。
5、提升系统变位质量
（1）预选电动机：
1.2×1275×3.1
P′=————————×1.4=76.6kW
102×0.85
选择YPT315L1-8型变频调速三相异步电动机，功率90kW，电压380V，转数740r/min，转动惯量7kg·m2，过载能力λ=2。
（2）提升系统变位质量
电动机变位重量：
Gd=（4×7×202）/1.62=4375kg
天轮变位重量：
Gt=2×222=444kg
提升机变位重量：
Gj=5500kg
钢丝绳变位重量：
2Lppk=2×290×1.52=882kg
提升系统总变位质量：
mi=（Q+Qp+Gz+Gt+Gj+Gd+2Lppk）/9.81
m矸=（1275+2×400+2×1200+440+5500+4375+882）/9.81
=1598kg
m人=（7×70+2×1200+440+5500+4375+882）/9.81=1436kg
6、提升运动学计算
（提升速度Vm=3.1m/s，加、减速度a=0.6m/s2，爬行速度0.4m/s）
加速阶段：
t1=3.1/0.6=5.2s
h1=0.5×0.6×5.22=8.1m
减速阶段：
t3=（3.1-0.4）/0.6=4.5s
h3=（3.1+0.4）×4.5/2=7.9m
爬行阶段：
h4=2.5m，V4=0.4m/s
t4=2.5/0.4=6.3s
等速阶段：
h2=Ht-（h1+h3+h4）=198.06-（8.1+7.9+2.5）=179.56m
t2=179.56/3.1=57.9s
一次提升循环时间：
TC=t1+t2+t3+t4+t5+θ=5.2+57.9+4.5+6.3+1+θ
=74.9+θ（s）
7、提升动力学计算
（1）提升动力学计算公式：
F1=kQ+pkH±ma
式中：
k——矿井阻力系数，提升罐笼取1.2，下放取0.8；
Q——提升有效载荷；
pk——钢丝绳单位长度重量；
H——提升高度；
m——提升系统变位质量；
a——加、减速度；
（2）提升矸石动力学计算（m矸=1598kg）
提升开始：
F1=1.2×1675+1.52×198.06+1598×0.6=3270kg
加速终了：
F1´=F1-2pkh1=3270-2×1.52×8.1=3245kg
等速开始：
F2=F1´-ma=3245-1598×0.6=2286kg
等速终了：
F2´=F2-2pkh2=2286-2×1.52×179.56=1741kg
减速开始：
F3=F2´-ma=1741-1598×0.6=782kg
减速终了：
F3´=F2´-2pkh3=782-2×1.52×7.9=758kg
爬行开始：
F4=F3´+ma=758+1598×0.6=1717kg
爬行终了：
F4´=F4-2pkh4=1717-2×1.52×2.5=1709kg
校核：
F4´=kQ-pkH=1.2×1675-1.52×198.06=1709kg
（3）下放人员动力学计算（m人=1436kg）
F1=kQ+pkH±ma
下放开始：
F1=0.8×560+1.52×198.06+1436×0.6=715kg
加速终了：
F1´=F1-2pkh1=715-2×1.52×8.1=690kg
等速开始：
F2=F1´-ma=690-1436×0.6=-172kg
等速终了：
F2´=F2-2pkh2=-172-2×1.52×179.56=-717kg
减速开始：
F3=F2´-ma=-717-1436×0.6=-1579kg
减速终了：
F3´=F2´-2pkh3=-1579-2×1.52×7.9=-1603kg
爬行开始：
F4=F3´+ma=-1603+1436×0.6=-741kg
爬行终了：
F4´=F4-2pkh4=-741-2×1.52×2.5=-749kg
校核：
F4´=-kQ-pkH=-0.8×560-1.52×198.06=-749kg
8、电动机等效容量校验
（1）按等效容量校验
等效力计算：
ΣF2t=
（F12＋F1´2）t1＋
（F22＋F2F2´+F2´2）t2＋
（F32＋F3´2）t3＋
（F42＋F4´2）t4=55179610+236170300+2668700+18486630
=312505240kg·s2
等效时间：
Td=（5.2+4.5+6.3）/2+57.9+30/3=75.9s
等效力：
Fdx=
=2029kg
等效容量：
2029×9.81×3.1
Pd=—————————=72.6kW<90kW
1000×0.85
富余系数af=1.23>1.1，满足要求。
（2）按工作过负荷检验：
力图中最大力：
Fmax=32080N
电动机额定力：
Fe=102×Pe×ηi×9.81/Vm=102×90×0.85×9.81/3.1
=24693N
Fmax/Fe=32080/24693=1.3<0.75λ=0.75×2=1.5
经校验，所选电动机满足要求。
9、副井最大班净作业时间
10、电控装置
根据选择的副井提升设备，及《矿山电力设计规范》（GB50070-94）和《煤矿安全规程》的要求，电控装置采用配套的矿用提升绞车变频调速电控系统，由主机厂重庆泰丰矿山机器有限公司配套设计并提供。
变频电控系统与串电阻调速的老电控系统相比，甩掉了老式绞车电控在加、减速时串接的电阻器，节约能耗%10以上，同时大大减少电气接点和控制元件，有效降低了绞车房的机械冲击及噪声。
副井提升最大班作业时间平衡表
表2-1
顺序
提升性质
数量
每次
数量
每班次数
每次时间（s）
每班时间（min）
备注
1
下井人员
86人
7人
13
97
21.0
2
上井人员
7人
7
97
11.3
3
其它人员
7人
4
97
6.5
4
提升矸石
11.36t
1.27t
9
110
16.5
5
下放材料
11.36t
0.75t
16
115
30.7
6
运送设备
3
115
5.8
7
保健车
3
115
5.8
8
其它
10
115
19.2
合计
65
116.8
1.95h
最大班净作业时间小于6h，满足《煤炭工业矿井设计规范》的要求。
变频调速系统主回路采用进口四象限矢量型变频器，具有结构紧凑、力矩特性好、精度高、响应快、安全可靠的优点。
整流回馈柜和逆变柜对电动机进行变频调速，并在下放状态时通过回馈单元将发电状态的能量回馈到电网，有效地节约电能。
系统采用进口（三菱）双PLC并列运行控制，构成“双线制”控制和安全保护。
PLC除替代传统的TKD电控中的部分单元继电器，如延时回路时间继电器、测速回路中的速度继电器、方向继电器、错向继电器等，还可代替磁放大器以实现可调闸闭环控制，速度闭环控制，全行程速度保护，还能准确给出减速点、过卷点，解除二级制动点等位置信号，作为后备保护。
除常规保护外，还有油温油压保护、井口2m/s限速保护、错向保护、给定方向记忆保护、二级制动解除保护、减速段超速保护、恒速段过速保护、超负荷保护、欠压保护、闸瓦磨损闸间隙保护等。
司机操作台放置工业触摸屏作为上位监控系统，装有辅PLC与主PLC通讯并交换数据信息。
通过触摸屏可实时显示系统运行状态、工作参数（如工作电流、油压、电机转数、绞车运行速度及运行位置等）；可记录系统在各运行间段内的各参数变化值，并具有系统工作参数的运行趋势分析功能；可自动判断并显示故障类型和故障原因，对故障进行声光报警，更可由故障分析系统给出故障处理建议，方便操作人员的日常维护，满足安全生产的需要。
第二节总平面布置
一、概述
禹州神火金鹏矿业有限公司位于河南省禹州市磨街乡张沟村境内，北距磨街乡约5km，东距神后镇约8km，距禹州市40km，许昌市距神后镇的窄轨铁路距本矿9km，有碎石公路通往该矿，交通条件较为便利。
工业场地西南距张沟村300m，南面230m处为一乡间公路，北面约2km处为神垕镇至磨街乡公路，工业场地现已有场外道路与该公路相连，场外道路为泥结碎石道路。
周围乡间道路四通八达，交通非常方便。
根据禹州市气象站历年的观测记载，年平均降雨量为772.7mm，最大降雨量为1235.5mm，最小降雨量为550mm，降雨量多为集中在6～8月。
年平均风速2.9m/s，最大风速24m/s，冬季多西北风，夏季多东南风。
年平均气温14，最高气温42，最低气温-11.7，霜冻期一般为当年10月上旬至次年3月上旬，最大冻土深度8cm。
该区属大陆性季风气候。
根据中华人民共和国地震局编制的地震烈度区划图和武汉地震测绘大队资料，禹州市地区地震基本烈度为六度。
中原井田属低山丘陵地带。
工业场地地形比较复杂，大体为东高西低，场区已经经过平场，风井和副井之间有一较大的台阶，高差为5m左右，地面标高在+340.0m～+357.0m之间。
二、平面布置
工业场地内建筑较多，设施基本齐全。
由于本设计为副井提升系统改造，故仅论述该副井提升系统区域附近的情况。
副井绞车房位于副井的北面，其西面为灯房浴室和锅炉房，北面约4m处为场区围墙，东面为办公用房。
为了提高副井提升能力，根据核算，副井绞车需更换为直径1.6m双滚筒绞车，为了在尽量减少因更换绞车而造成的停产时间，新建绞车设备施工尽量不影响现绞车的运行，设计将新换绞车与现绞车前后错开布置。
由于现绞车房后面距围墙仅4m间距，不能满足布置需要，如征地，虽然需新增占地很小，只有几十平方，但征地手续繁琐且工农关系不好处理，故现绞车房后面布置方案不能采用。
故将新建绞车房布置在现绞车房的前面，新绞车中心线据现绞车房距离为3.5m左右。
由于现绞车房西面紧邻挡墙，挡墙高约为4m，提升中心线据挡墙距离为6-7m，按常规布置绞车房非常困难，故将绞车房电控间布置在东面，使绞车房和设备有一个较好的基础且基础工程量小。
副井井口标高为+348.8m，绞车房处的地势比井口稍高，根据现场踏勘，新绞车房室外平场标高确定为+349.0m，室内地坪标高确定为+349.2m。
施工期间有少量的土方，数量很小。
新绞车房所处地势比南面和西面、北面高，其附近的雨水自然排放，汇集至附近场内排水沟排至西围墙外，汇入西面的场外冲沟。
第三节地面建筑
一、设计依据和原始资料
1、设计依据
《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）、《煤炭工业小型矿井设计规范》（GB50399-2006）、《煤矿矿井建筑结构设计规范》（GB50592-2010）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、甲方委托书。
2、地震设防标准
按《建筑抗震设计规范GB50011-2010》，本地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。
生命线工程提高一度采取抗震措施。
3、工程地质资料
尚无详细的工程地质资料，待施工图阶段应进行详细的工程地质勘察，为新建筑的基础设计提供可靠依据。
4、建筑材料
混凝土强度等级：
现浇及预制结构混凝土：
C15（垫层）、C25、C30。
钢筋：
HPB300（）HRB335（）HRB400（）
钢材：
Q235钢
轻钢彩板：
夹芯板、Z型钢、C型钢、H型钢
烧结普通砖及烧结多孔砖：
MU15、MU10
加气砼砌块：
200mm厚，250mm厚
砂浆：
M10、M7.5、M5
二、主要工业建筑物与构筑物
本次地面副井提升系统改造属于技改项目，因此本着以满足工艺要求为依据，以适用、安全、经济及在满足生产要求的前提下适当注意美观为原则进行设计。
根据工艺要求，新建副井提升机房平面尺寸为14.0×9.0m，其中提升机大厅宽10.0m、电控间部分宽4.0m，均为单层结构，层高均为6.0m。
提升机大厅设JTP-1.6X1.2/20加宽型提升机一台，不再设置行车，只沿滚筒中心设一根起重量为5吨的起重梁。
新建副井提升机房采用钢筋混凝土框架结构，钢木大门,塑钢窗，加气砼砌块维护，钢筋混凝土独立基础。
基础尽量采用天然地基，地质条件不能满足设计要求时采用复合地基，必要时可采用桩基等型式。
新建副井提升机房的设计使用年限为50年，防火类别为戊类，耐火等级为二级，采光等级为III级，结构安全等级为一级，抗震设防类别属于乙类。
工业建（构）筑物总体积约为756.0m2。
建筑物、筑物特征详见建筑结构特征表2-2。
建筑结构特征表表2-2
序
号
工程名称
建筑指标
檐高或平均高（m）
基础
结构类型
墙身
地
面
楼
板
屋顶
屋面
门
窗
卫生设备
备注
建筑面积（m2）
建筑体积（m3）
长度（m）
构造
类型
埋深（m）
内墙
外墙
屋架或屋盖
保温材料及厚度
通风
采暖
上下水
一
提升系统
1
新副井提升机房
126
756
6.0
独基
2.5
框架
砌块
砌块
砼
钢筋砼
屋13
钢木
塑钢
有
有
有
起重量5T
副井提升机基础
2JTP-1.6X1.2/20加宽型绞车
砼
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