毕业设计说明书第五章.docx
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毕业设计说明书第五章
第五章矿井运输、提升及排水
第一节矿井运输
一、井下运输系统和运输方式的确定
1、井下运输系统包括工作面落煤的运输、掘进巷道的煤和矸石的运输、井下所需材料及人员的运送。
各运输系统如下：
（一）运煤系统
工作面落煤→刮板输送机→转载机→皮带斜巷→带区煤仓→皮带大巷→井底煤仓→主井
（二）辅助运煤系统
掘进出煤→轨道斜巷→带区煤仓→皮带大巷→井底煤仓→主井
（三）排矸系统
掘进出矸→轨道斜巷→带区车场→轨道大巷→井底车场→副井
（四）运料及运送人员系统
运料和运送人员与排矸系统相反。
2.运输方式：
主井：
箕斗提升副井：
罐笼提升
运输大巷：
胶带输送机轨道大巷：
1t矿车
运输斜巷：
胶带输送机轨道斜巷：
胶带输送机工作面：
刮板输送机
图5-1-1井下运输系统示意图
二、带区运输设备的选型
本设计矿井年产量0.9Mt，以采1个工作面来保证产量，故每个作面日产3000t；煤层倾角平均4°，因此设计采用胶带输送机运煤，每班净运煤时间为5小时，选择运输机输送能力不能小于200t/h，同时考虑到选择的采煤机型号及其实际生产率，选择工作面刮板输送机为SGZ-630/220，转载机为SZD-730/75，胶带输送机为SJD-150型，输送量为630t/h。
轨道斜巷辅助运输绞车选择为无极绳连续绞车。
无极绳连续牵引车：
该车综合和简化了无极绳绞车和绳式卡轨车的技术特点，配备立式紧绳装置，可减少硐室长度，配备了牵引车，其提升速度、能力与运距及安全性均优于无极绳，结构则较绳式卡轨车简单。
其牵引力可根据所配无极绳绞车功率与钢丝绳直径调整，最大运距可达2400m左右。
提升坡度可达14°,安装压绳轮后能适应倾角变化，局部安装卡轨后则可实现弯道运输，巷道坡度大于14°时则需去掉道夹板并加挂限速制动车。
第二节矿井提升
一、主井提升设备选型计算
1、立井提升容器的确定
（1）、一次合理提升量
Q=
Tj=
=8.19t
式中：
A－矿井产量，t；
C－不均衡系数，取1.12；
af－富裕系数，取1.2；
t－日提升时间，取14h；
n－年工作日，取300d；
Tj－一次提升循环时间，s。
Tj=
=
+
+10+10=102.4s
式中：
H—提升高度；
箕斗井：
H=Hx+Hs+Hz
其中：
Hx—卸载水平至井口水平距离，取20m；
Hs—矿井开采水平垂直深度，为714m；
Hz—装载水平至井底车场水平距离，取20m；
H=20+714+20=754m
v—最大提升经济速度取v=0.4
=10.98m/s；
a—提升加速度，取0.8m/s2;
u—容器在爬行时所需的附加时间，取10s；
θ—休止时间，取10s。
（2）、选择提升容器规格尺寸
根据一次合理提升量Q选择JDS—9/110×4型9t标准底卸式箕斗。
箕斗载重9000kg，自重10800kg。
根据表中斗箱有效容积，可计算一次实际提升量，即Q=β.γ’.Qv
式中：
γ’—煤的松散容重；
γ’＝
，其中γ为煤的容重，γ＝1.4t/m3，φ为碎涨系数，取1.1；
β—满载系数，取0.9；
Qv—箕斗容积，10m3；
计算得：
Q=11.45t
经计算，选择1对JDS—9/110×4型9t标准底卸式箕斗
箕斗载重：
9000kg箕斗全高：
13.35m
箕斗自重：
10800kg绳间距：
0.3m
2、提升钢丝绳计算选择
立井提升，选择同向捻的提升钢丝绳。
（1）提升钢丝绳的绳端荷载Qd
箕斗提升时：
Qd=（Q+QM）g，N
式中：
QM—提升容器（箕斗或罐笼）的质量，10800×1kg=10800kg；
Q—一次提升量，11450kg；
g—重力加速度，9.8m/s3
根据上述公式，箕斗提升时：
Qd=（10800+11450）×9.8=218050N
（2）、钢丝绳最大悬垂长度
HC=HH+Ht+HK,m；
式中：
HH—尾绳环的高度，HH=Hg+1.5S，m；
S—提升钢丝绳的中心线距，2.20m；
Hg—过卷高度，10m；
HH=10+1.5×2.20=13.3m
Ht—提升高度，m；
Ht=HZ+HS+HX,m
式中：
HZ—装载水平至井下运输水平的高度，m；
HX—卸载水平至井口的高度，m；
HS—井筒深度，m；
Ht=20+714+20=754,m
HK—提升容器在卸载位置时，容器底部至主导轮轴的高度，m；
HK=Hr+Hg+h+H2x
Hr—容器全高，13.35m；
h—导向轮中心距楼板层面高度，h=0.75R；
R—导向轮半径，1.5m；
H2x—主导轮中心线至导向轮中心的高度，6.5m；
HK=13.35+10.0+0.75×1.5+6.5=31m
故，HC=HH+Ht+HK=13.3+754+31=798.3m
（3）、确定钢丝绳每米质量P
箕斗提升时：
P=
Q—一次提升量，11450kg；
QM—提升容器（箕斗）的质量，10800kg；
—钢丝绳公称抗拉强度，1700Pa；
n—钢丝绳数目，2；
m—提升钢丝绳的安全系数，按安全规程规定取值，
专为升降物料时：
m=7.2-0.0005HC=6.8
根据计算出的Pk值，从钢丝绳规格表中选出钢丝绳。
选择钢丝绳为绳6×19股（1+6+12）绳纤维芯，钢丝绳直径为43mm，P=6.63kg/m，钢丝破断拉力总和Qz=1190000N，
＝1700N/mm2。
验算钢丝绳的安全系数
箕斗提升时：
计算得：
m=7.2>6.8
经验算所选的钢丝绳满足要求。
3、多绳摩擦提升机的选择
提升机的选择是在确定主导轮直径D和钢丝绳最大静张力、最大静张力差后，查提升机特征表后确定。
（1）、主导轮直径
根据规程规定，摩擦式提升机的主导轮直径D与钢丝绳直径d之比应符合下列要求：
有导向轮：
D≥90×43=3870mm
（2）、钢丝绳最大静张力，对于等尾绳及轻尾绳提升系统Ff：
箕斗提升时：
Ff=[Q+Qm+np（HK+Ht）+nqHH]g
=[22250+4×6.63×（31+754）+4×6.63×13.3]×9.8=429kN
钢丝绳作用在主导轮的最大静张力差Fe
箕斗提升时：
Fe=[Q+｜ΔHt｜]g，N
Fe=11450×9.8=112.21kN
式中：
Δ—提升钢丝绳与平衡尾绳总单位质量之差。
根据上面计算的D、Ff和Fe选择提升机为：
JKD—2800×6型号
主导轮直径：
3.87m钢丝绳最大静张力：
429kN
导向轮直径：
3.0m钢丝绳最大静张力差：
112.21kN
4、电动机容量选择
KW
式中：
N—提升机电动机估算功率，KW；
Q—一次实际提升量，11450kg；
K—矿井提升阻力系数K，取1.15；
—减速器的传动效率，一级传动，取0.92;
P—动负荷影响系数，P=1.2-1.4，取1.2；
V—提升速度,根据选用提升机情况,最大提升速度V=11.75m/s；
g—重力加速度,取9.8m/s2。
选择电动机参数表如下：
表5-2-1电动机型号
型号
功率KW
电压V
电流A
转速
YR2000-12/1730
2000
6000
233
495
5、矿井提升能力校核：
由于年产量为0.9Mt/a
A=
=
=11.17Mt>0.9Mt
式中：
A—矿井实际年生产能力,万t;
C—提升不均衡系数，取1.2；
af—提升富裕系数，取1.2；
t—日提升小时数，取14h；
n—年工作日数，取300d;
Tj—一次提升循环时间，103.9s；
Q—一次提升实际提升量，16t；
从提升能力校核结果可以看出，选用9t标准箕斗能够满足矿井进行0.9Mt/a生产能力的要求。
二、副井提升设备选型计算
《煤矿安全规程》规定：
专为升降人员和物料的罐笼（包括有乘人间的箕斗）应符合下列要求：
1、乘人层顶部应设置可以打开的铁盖或铁门，两侧装设扶手。
2、罐笼必须满铺钢板，如果需要设孔时，必须设置牢固可靠的门；两侧用钢板挡严，并不得有孔。
3、提升矿车的罐笼内必须装有阻车器。
4、立井中升降人员或升降人员和物料的提升装置的滚筒上缠绕的钢丝绳层数为1层；专为升降物料的为2层。
1、设计依据：
（1）、一次提升人员24人；
（2）、最大班下井人数100人；
（3）、井深540m；
（4）、提升方式：
1.5吨标准罐笼提升。
2、提升容器的确定：
根据矿井运人和运料的需要，确定选用一对1t矿车双层单车标准罐笼，自重500kg。
一次提升循环时间：
升降人员时：
Tg=（
）×2=228.7s
升降物料时：
Tg=（
）×2=254.7s
式中：
H—提升高度，540m；
v—提升速度，根据罐笼提升特点，取v=0.4
=8.6m/s；
a—提升加速度，取0.6m/s2;
u—容器在爬行时所需的附加时间，取10s；
θ—休止时间，升降人员时为27s；材料车和平板车为50s。
根据《设计规范》对副井提升要求，经计算，每班升降人员的时间为20min<40min；材料、设备及矸石提升时间2.5h；副井班提升时间为2.8h<5.5h，符合规范要求。
3、提升钢丝绳的选择
（1）提升钢丝绳的绳端荷载Qd
罐笼提升时：
Qd=[QM+2（G+G0）]g，N
式中：
QM—提升容器（箕斗或罐笼）的质量，kg；
2—每次提升矿车数；
G—矿车中货载质量，kg；
G0—矿车的质量，kg；
g—重力加速度，m/s3
根据上述公式，
箕斗提升时：
Qd=[500+2（500+450）]×9.8=23520N
（2）、钢丝绳最大悬垂长度
HC=HH+Ht+HK,m
式中：
HH—尾绳环的高度，m
HH=Hg+1.5S，m
S—提升钢丝绳的中心线距，1.75m；
Hg——过卷高度，m；
HH=7.5+1.5×1.75=10.1m
Ht——提升高度，m；
Ht=HZ+HS+HX,m
HZ——装载水平至井下运输水平的高度，罐笼提升时为0m；
HX——卸载水平至井口的高度，罐笼提升时为0m；
HS——井筒深度，m；
Ht=0+540+0=540,m
HK——提升容器在卸载位置时，容器底部至主导轮轴的高度，m；
HK=Hr+Hg+h+H2x
Hr——容器全高，m；
h——导向轮中心距楼板层面高度，h=0.75R；
R——导向轮半径，m；
H2x——主导轮中心线至导向轮中心的高度，m；
HK=2.5+8.0+1.0+5.0=16.5m
故，HC=HH+Ht+HK
=10.1+540+16.5=566.6m
（1）确定钢丝绳每米质量P
箕斗提升时：
Pk=
=3.38kg/m
—钢丝绳公称抗拉强度，Pa；
n—钢丝绳数目
m—提升钢丝绳的安全系数，按安全规程规定取值，
专为人员时：
m=9.2-0.0005HC=8.9
根据计算出的Pk值，从钢丝绳规格表中选出钢丝绳。
选择钢丝绳为6W（19）（1+6+6）绳纤维芯，钢丝绳直径为30.0mm，P=3.6kg/m，钢丝破断拉力总和Q2=559500N。
（2）验算钢丝绳的安全系数
箕斗提升时：
m=10.4＞8.9
经验算所选的钢丝绳满足要求。
4、多绳摩擦提升机的选择
提升机的选择是在确定主导轮直径D和钢丝绳最大静张力、最大静张力差后，查提升机特征表后确定。
（1）、主导轮直径
根据规程规定，摩擦式提升机的主导轮直径D与钢丝绳直径d之比应符合下列要求：
有导向轮：
D≥100d=90×35=3150
（2）、钢丝绳最大静张力，对于等尾绳及轻尾绳提升系统Ff：
箕斗提升时：
Ff=[QM+2（G+G0）+np（Hk+Ht）+n1qHH]g，N
=35765.5kg
（3）、钢丝绳作用在主导轮的最大静张力差Fe
箕斗提升时：
Fe=[Q+（▽Ht+1）]g，N
Fe=12546.6kg
式中：
▽—提升钢丝绳与平衡尾绳总单位质量之差。
根据上面计算的D、Ff和Fe选择提升机为：
JKM—3.25/4型号
主导轮直径：
3.25m钢丝绳最大静张力：
46000kg
导向轮直径：
3.0m钢丝绳最大静张力差：
14000kg
5、电动机容量选择
N=
kW
式中：
N—提升机电动机估算功率，kW；
Q—一次实际提升量，1450kg；
K—矿井提升阻力系数K，取1.2；
γ—减速器的传动效率，一传动级，取0.92;
P—动负荷影响系数，P=1.2-1.35，取1.2；
V—提升速度,根据选用提升机情况V=8.0m/s。
g—重力加速度,取9.8m/s2。
第三节矿井排水
一、概述
排水系统应根据第一水平情况设计，对其他水平只作适当说明，矿井一般采用集中排水系统，在矿井深度较大，一段水泵扬程不能满足要求才考虑分段排水。
本矿井正常涌水量850m3/h，最大涌水量1000m3/h，排水深度714m。
矿井排水系统简图如下：
图5-2矿井排水简图
二、排水设备选型计算
1、水泵型号及台数
1）正常涌水量时所选水泵必须的排水能力：
Qmin=1.2Q正=1.2×850=1020m3/h
式中：
Qmin—水泵最小排水量；
Q正—矿井正常涌水量；
2）最大涌水量时所选水泵必须的排水能力：
Qmax=1.2Q最大=1.2×1000=1200m3/h
式中：
Qmax—水泵最大排水量；
Q最大—矿井最大涌水量；
3）水泵扬程估算
H=K（Hp+Hx）=1.1×（714+5）=791m
式中：
Hp—排水高度，取井筒深度，714m；
Hx—吸水高度，取5m；
K—管路的阻力损失系数，K=1.1
4）水泵型号及台数的确定
根据水泵扬程、矿水的PH值和矿井正常涌水量，初步选择DS450-100
10型单吸多级分段式离心水泵，其技术参数如下：
流量600m3/h，扬程840m，吸程5000mm，吐出口径250mm，转速2980rpm；效率71%；电动机JKZ-2000，容量2000kW。
水泵台数，按《设计规范》规定：
必须有工作、备用和检修的水泵。
工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。
备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。
工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。
水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。
水泵台数的确定：
正常涌水量工作水泵的台数：
N1=Qmin/Qn=1020/600=1.7取整数为2台；
式中：
Qn—所选水泵额定流量，600m3/h；
备用水泵台数：
N2=70%N=0.7
2=1.4取整数为2台；
最大涌水量水泵工作台数：
N3=Q最大/Qn=1200/600=2取整数为2台；
满足N3≤N1+N2即：
2≤2+2=4
检修水泵台数：
N4=25%N1=0.25
2=0.5取整数位1台；
故，水泵总台数N=N1+N2+N4=2+2+1=5台
2、管路的确定
1）、管路趟数的确定
《安全规程》规定主排水管至少敷设两趟，一趟工作，一趟备用。
见排水系统图。
2）、管径计算
排水管直径：
p=
式中：
U—排水管流速，取2.0m/s；
Qn—水泵排水量，600m3/h；
计算得：
p=326mm；
吸水管直径：
x=
p+0.025=351mm
选用排水管参数：
热轨无缝钢管外径351mm，壁厚12mm,内径327mm,理论重量100.32kg/m。
选用吸水管参数：
热轨无缝钢管外径377mm,壁厚12mm,内径353mm，理论重量108.02kg/m。
3）、管壁厚度的验算（井深大于400m要验算）
δ＝
，mm
式中：
δ—排水管壁厚度，mm；
P—水管内部工作压力，kg/cm2，P＝0.11Hp；
Hp—排水高度，取714m；
dp—排水管外径，取377mm；
C—附加厚度，取1mm；
K—钢材的许用应力，kg/mm2，取K＝9kg/mm2
计算得：
δ＝16mm
所以，管道壁厚不能满足要求。
根据管道壁厚进行改造：
选用排水管参数：
热轨无缝钢管外径351mm，壁厚16mm,内径319mm,理论重量100.32kg/m。
选用吸水管参数：
热轨无缝钢管外径377mm,壁厚16mm,内径345mm，理论重量108.02kg/m。
3、管道特性曲线，确定工况点
1）、最大吸水高度的计算
Hx＝Hs允-Hwx-
＝4.75m
式中：
Hs允—产品样本上给出的允许吸上真空度，5m；
vx—吸水管中流速，m/s；
Vx＝
=
，m/s；
dx—所选标准吸水管实际内径，0.345m；
Hwx—吸水管中阻力损失,m；
Hwx＝
，m；
式中：
λx—吸水管沿程阻力系数，查《矿山固定机械手册》得：
λx＝0.0258；
Lx—吸水管长，一般取Lx＝10m；
—吸水管上各局部装置得阻力系数之和，取11.95；
计算得：
Vx＝1.78m/s
Hwx＝2m
Hs允＝2.84m
2）、求管道特性方程，绘制管道特性曲线
H=Hg+1.7×（Hwx+HwP+1）
式中：
Hg=HP+HX=714+5＝719m
HwP：
排水管阻力损失，m；
Hwp＝
，m；
式中：
λp—排水管沿程阻力系数；0.0263；
Vp—排水管中流速，m；
Vp＝
＝
；
dp—所选标准排水管内径，0.319m；
Σξp—排水管上各管件的局部阻力系数之和；20.06
lp—排水管长度，m；784
lp＝l1＋l2＋l3＋l4，m
l1—泵房内最远一台泵算起泵房内排水管长，一般为20～30m；取30m；
l2—斜巷中的排水管长，一般取15～20m；取20m；
l3—地面上排水管长，一般取15～20m；取20m；
l4—井筒内管长，取井筒深度，714m；
计算得：
Hwp＝18.63m
H=Hg+1.7×（Hwx+HwP+1）＝719+36.77＝755.77m
管道阻力系数：
R=
=
则管道特性曲线方程为：
H=719+
Q2
绘制管道特性曲线：
Q（m3/h）
0
100
200
300
400
500
600
700
800
H（m）
719
720
723
728
735
744
755
768
783
3）、确定水泵级数及工况点
水泵级数：
=
取整为8
式中：
HK—所选水泵一级额定扬程，取100m。
4、校验计算
1）、检验排水时间及排水管中流速
正常涌水时：
符合要求；
最大涌水时：
符合要求；
排水管内实际流速：
在1.5～2.2m/s之间，符合要求。
2）、检验水泵经济性、稳定性
经济性：
ηm≥0.9ηn
式中：
ηn—水泵额定工况点的效率
稳定性：
Hg≤0.9naH0
式中：
H0—水泵流量为零时一级扬程。
由管道特性曲线可以看出水泵的效率和扬程满足要求。
3）、验算电动机功率
N＝（1.1～1.15）
式中：
ηn—传动效率直联时为1。
1.1～1.15—富裕系数；当Q≤300m3/h，取1.15；
Q＞300m3/h，取1.1。
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