常村第06章提升、通风、排水和压缩空气设备

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

6.1提升设备

概述

常村煤矿目前正在运行的提升设备有主立井 、 副立井提升设备。

主立井担负全矿原煤提升任务，在井底设有容量2000t的缓冲煤仓，井口地面标高＋937.3m，井深497m，井筒直径6.5m，组合钢罐道，装备一对30t同侧装卸式五绳箕斗。提升设备为一台引进德国SIEMAG公司制造的五绳落地式多绳摩擦轮提升机

Dg=5m、Fm=110t、Fc=30t、i=1、μ＝0.25、Vm=13m/s）；配2台

1DQ5040-7AA06-Z型同步电动机 （2×2000kW、 49.65r/min、 1550V）；电气传动系

统采用德国西门子公司模拟交 －交变频矢量控制同步电机系统 ，控制系统采用 S7－

400控制器，传动控制系统采用 SIMADYNC模拟控制系统。 首绳为英国BRIDON公司

制造的6×35-FO-1670型镀锌钢丝绳(直径50mm、 单重9.08kg/m、 拉断力总和1593kN/

根)共5根；尾绳为鞍钢制造P177×28(8×4×9)扁股钢丝绳，共3根。主井井架为3支腿式钢结构井架，井架上天轮中心到井口高58m，下天轮中心到井口高50m，天轮直径

5m。一 次提升循环时间为 T=83s，目前核定提升能力（350d、 16h）6.0Mt/a。

副立井担负人员 、 矸石、 材料、 设备和大件的提升任务 ，井口轨面标高

937m，提升高度420m，井筒直径8m，组合钢罐道，装备两套提升容器，一套是两个3t矿车双层单车罐笼（每次可提升2辆3t矿车或87人，最大提升负荷为18t），另

一套为长材罐＋平衡锤（可提升12m长材或20人，最大提升负荷为 4t）。

双罐提升机为引进德国 EPR公司制造的 4绳落地式多绳摩擦轮提升机

（Dg=3.5m、 Fm=41.6t、 Fc=10.6t、 i=1、 μ＝0.25、 Vm=8m/s）；配1台瑞典ABB

公司制造的LC1903型直流电动机（900kW、 43.7r/min、 390V）。 控制系统采用

AC800控制器，传动控制采用 TYRAK系统，监控采编采用 MasterView320系统，编程维

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护系统采用AS140工程站。首绳为英国BRIDON公司制造的6×25FC（12/6+6/1)镀锌钢丝绳（直径40mm，单重4.56kg/m、拉断力总和852kN/根)共4根；尾绳为34×7WSC平衡钢丝绳（直径40mm，单重6.39kg/m)共3根。

长材罐提 升机为引进德国 EPR公司制造的2绳落地式多绳摩擦轮提 升机

（Dg=3.5m、 Fm=19.8t、 Fc=2t、 i=23.5、 μ＝0.25、 Vm=6.5m/s）；配1台瑞典

ABB公司制造的 LAB355LC型直流电动机（260kW、 834r/min、 425V）。 控制系

统采用MasterView200控制器，传动控制采用 TYRAK系统，监控采编采用 MasterView320

系统，编程维护系统采用 AS140工程站。 首绳为英国 BRIDON公司制造的 6×25FC

12/6+6F/1)＋FC镀锌钢丝绳（直径35mm，单重4.56kg/m、拉断力总和852kN/根)共2

根；尾绳为34×7WSC平衡钢丝绳（直径27mm)共3根。

上述两套副井提升设备共用 一个井架，井架高度28.8m。

主斜井提升设备

本矿井扩建工程设计生产能力 8.00Mt/a（3号煤），原有主立井不能满足提升要

求，根据方案比较（见第二章），设计采用主斜井和副立井的混合开拓方式 ，新凿

一个主斜井、一 个副立井和一个回风立井，净增生产能力为 4.0Mt/a。 主斜井井

口设在矿井原工业场地内 ，在原工业场地以西王村附近新增副立井及回风立井场

地，至主斜井井口水平距离约为 3.3km。

主斜井装备 一台钢丝绳芯带式输送机担负矿井原煤的提升任务 ，还配备一套

RJDY型架空乘人装置，承担主斜井带式输送机托辊的检修及检修人员提升工作 ；副

立井装备一套900mm轨距双层宽罐笼＋平衡锤作为提升容器 ，担负人员、 液压支

架、 设备及材料等辅助提升任务 。

主斜井主提升设备

在主斜井井筒内装备 一台钢丝绳芯带式输送机 ，担负矿井原煤的提升任务 。

井 底 1

号煤仓（仓容量为 2500t）下装备 1台 JDG/7/F/SⅡ-型甲带给料机 ，给料能力为

500-2000t/h，通过调节无级变速器的输出速度 ，可以很容易地控制主斜井带式输送机

上的煤流量。 甲带给料机为连续给料 ，与常用的往复式 、 振动式给料机相比 ，

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具有运行功率小（仅

5.5kW）、

能耗低、运行平稳、噪音很小、

磨损少、

备件通用性强等优点

。

为防止煤仓下口因原煤堵塞造成不能正常生产

，煤仓下部

周边设置了空气炮破拱

清仓装置。

主斜井带式输送机是矿井正常生产的关键性设备

，其输送能力、

输送带宽

度、

输送带速度的选型应结合井下工作面的生产能力

、大巷运输条件及井底煤

仓容量及设备配套情况来确定。

针对该主斜井运距长达

1810m、提升高度达500m

的实际情况，其运输能力与输送带宽度、

带速的合理确定，尤为重要。

输送机的运输能力与输送带宽度

、

带速成正比，在运输能力一定时，带宽与

带速成反比。提高带速可减小带宽以及输送带的张力

，从而减小输送机的外形尺

寸。

若增加带宽，需要增加主斜井巷道断面积

，则增加了巷道工程量

，投资相应

提高。

而对大运量、

长距离的输送机，其输送带的投资将占整个输送机总投资

的1/3左右，降低带强，能显著减低设备的投资。

但带速若过大，物料对托辊的冲

击增大，托辊的直径也将加大，作为易损件的托辊

更换成本提高；同时带速快，输

送带的磨损加剧，输送机产生共振危害的可能性增大

，从而使输送机的整体寿命降

低；对输送机制造、

安装水平的要求高

。

结合国内外带式输送机的使用现状

，

综合考虑多种因素，确定主斜井带式输送机按

Q=1700t/h、B=1400mm、

v=5m/s进行

设计。

1.设计依据

带式输送机运量

Q=1700t/h

主斜井井筒倾角

δ=16°

带式输送机斜长

L=1810m

带式输送机带宽

B=1400m

带式输送机运行速度

v=5m/s

煤的松散容重

3

ρ=1000kg/m

带式输送机工作制度

330d/a、

16h/d

带式输送机选型计算⑴圆周驱动力的计算

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根据带式输送机的实际工作条件及国内设备生产厂家的加工

、

安装水平，同

时考虑到现场的管理水平等因素后

，确定采用并计算出如下参数

：

模拟摩擦系数

f＝0.027

传动滚筒摩擦系数

μ＝0.35

带式输送机运行速度

v＝5m/s

输送带强度

St5400N/mm

每米输送物料质量

qG＝94.44kg/m

每米输送带质量

qB＝92.40kg/m

每米承载托辊转动质量

qRO=29.1kg/m

每米回程托辊转动质量

qRU

=10.84kg/m

附加阻力系数

C＝1.055

特种主要阻力

FS1＝4210N

特种附加阻力

FS2＝2950N

倾斜阻力

Fst＝462234.21N

满载时圆周驱动力 Fu＝CfLg[qRU+qRO+（2qB+qG）]+FS1+FS2+Fst

＝630829.87N

⑵电动机功率

带式输送机正常运行时滚筒总的轴功率 ：PA＝Fuv/1000＝3154.15kW

带式输送机全部驱动电机所需驱动功率 ：P＝PA/η＝3710.8kW

式中：η——总传动效率，取η＝0.85。

为此，选择SIEMENS公司的 1LA4560－4CN60－Z（1600kW、 6kV）型大功率变频

调速异步电动机 3台。

⑶输送带张力计算

主斜井带式输送机采用头部双滚筒三电机传动 ，功率配比 2:1。 根据输送机的

布置形式，确定第一传动滚筒的围包角 α1＝170°，第二传动滚筒的围角 α2＝200°。

则Fu＝S1－S2

F1＝S1－S1-2＝Fu/3

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F2＝S1-2－S2＝2Fu/3

S4≈S3=S2＋F2－qBLgsinδ

μα2

设第二传动滚筒 e 值用足时，则：

S＝F/（eμα2

2 2 －1）＝596516.95N

S1＝Fu＋S2＝806793.57N

S1-2＝S2＋F2＝596516.95N

故S11-2＝

＝

＜μα1

/S

806793.57/596516.951.35

e＝2.82

μα2

S/S＝596516.95/596516.＝953.39≤e＝3.39

1-2

2

按不打滑条件验算，张力满足要求。

按输送带允许最大下垂度计算最小张力

：

承载分支：Smin≥a0BG

max＝

27494.16N

(q+q)g/8(h/a)

回程分支：Smin≥auB

max＝

，故应按此值计算输送带各点张力

，

qg/8(h/a)

33991.65N

则S1＝Smin＋CfLg（qRO＋qB＋qG）＋FS1＋FS2＋Fst＋qBLgsinδ

1064832.72N

输送带安全系数计算

n＝BSt/S1＝1400×5400／1064832.72＝7.1

安全系数在许用值 7～9范围内，所选输送带强度满足要求 。

驱动装置选型

主斜井带式输送机是整个矿井的运输咽喉 ，对矿井的正常生产起着决定性作

用。 驱动装置是主斜井带式输送机的关键部件 ，对于大型带式输送机 ，驱动方式

的选择和带式输送机的控制 ，对整机的稳定 、 可靠运行至关重要 。 由于本输送

机运输距离较长 、 运输能力大、 提升高度较大，为降低起动和紧急制动时输送

带的动张力，减少起动时对电网的冲击和起动过程中各承力部件的动载荷 ，延长减

速器、 电动机和工作机构等关键部件的使用寿命 ，实现电机间的功率平衡 ，应对

带式输送机的起/制动加速度进行控制 ，因此驱动装置应具有软起 /停功能。

目前，在带式输送机上应用的具有软起 /停功能的驱动装置比较多 ，根据国内同

类设备生产现状及现有生产矿井的实际使用情况 ，设计对本带式输送机的驱动方式

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进行了CST可控启/停驱动、 高速交－直－交变频驱动系统的方案比较 。

CST可控启/停驱动系统的原理及技术性能详见第三章 相关叙述。 其主要

优点为：⑴完全可调节起动速率斜率 ，软启动、 软制动性能良好 ；⑵耦合片与

减速器在一个整体内，体积小，占地少；⑶起动完成后，在正常运行带速时 ，无滑

差消耗，效率高；⑷可以实现多台驱动电机之间的功率平衡 ；⑸其离合器安装于减

速器的低速轴侧 ，如果发生过载 ，离合器能快速响应并提供对减速器 、 滚筒、

输送带和电动机的保护 ；⑹CST离合片能立即隔开冲击并吸收冲击载荷 。

CST的主要缺点是：⑴串轴驱动在需要功率平衡时从动驱动（CST的功率平衡原理是以某台CST的功率为给定，另几台CST的功率跟随该台CST的功率）与主驱动须稍有差转的能力，需要连续的热耗散，必须采用热交换，有一定的功率损耗。类似地，CST在启动段有一定的功率损耗。⑵无法在低速段长期运行，所以无法提供可调验带速度。⑶系统复杂，主要元件依赖进口，液压元器件的维护工作量大，年运行费用较高。

高速交－直－交变频驱动系统的原理及技术性能与第三章 讲述的高速交-直-

交防爆变频驱动系统相类似 ，但其为交-直-交电压型变频器 。 具有调速范围宽、

控制精度高、 动态响应快、 效率高等优点 ，易于实现启/制动速度的自动跟踪 ，

能够提供可控的、理想的启/制动性能，启动加速度可以控制在

2

0～0.05m/s，适用

于长距离、大功率、线路复杂的带式输送机，可以控制输送机按设定的

“S形”曲

线启动和制动，控制启/制动时间，以限制输送带的弹性振动

，减少起动时的动张

力，满足整机动态稳定性及可靠性的要求

，能在低速情况下长时间运行

，真正提供

验带速度。因电气中高次谐波分量极小

，无需治理，且功率因数接近为

1，无需补

偿及滤波设备。还可根据井下原煤的生产情况调节输送带速度以最大限度地节能

运行，另外还具有效率高、维护方便等优点。

交－直－交变频驱动系统的主要缺点是

：变频器安装于减速器的高速轴

，如果

产生过载，不能立即提供对减速器、

滚筒、输送带和电动机的保护

；如果产生

冲击负荷，变频器不能吸收冲击载荷

；电控设备占地面积大

，需设置专门的电

机、减速器冷却通风系统。

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通过上述比较，可以看出CST可控启/停驱动系统与交－直－交变频驱动系统的技术水平相当，都可显著降低输送带带强，延长输送带的使用寿命，改善带式输送机设备的运行工况。若单从设备投资看，CST可控启/停驱动系统与交－直－交变频驱动系统相当，但后期维护费用较多，且不能实现低速验带；若从综合投资方面看，考虑变频驱动系统须设置的电机、减速器冷却通风系统投资、以及需加大的井口房土建设施投资等因素，则交－直－交变频驱动系统综合投资要高于CST可控

启/停驱动系统。交－直－交变频驱动系统所具备的可根据运量调节带速以节能运

行的特性，就该主斜井带式输送机而言，具有实际意义，因常村矿井下一水平与二

水平原煤系统要实现双向运输 ，带式输送机的运量常常不均衡 ，而井底1号煤仓容量

仅2500t,其存储和调节缓冲作用有限，采用变频驱动系统可根据井下原煤的生产情况调节带速，节能效果明显，无运行功率损耗；且变频驱动系统的控制及自动化程度

更高，维护方便。 因此本设计推荐交 －直－交变频驱动系统。

拉紧装置选型

由于该主斜井只有一个角度且δ=16，°带式输送机的尾部张力最小，故采用尾部重锤车式拉紧装置，其布置较为简单，输送带张紧速度快。

输送带的选型

根据计算，该主斜井带式输送机需要 B=1400mm、 St5400N/mm的阻燃型钢丝绳

芯输送带。 考虑到使用环节的重要性及国内供货厂家进行输送带接头的实际工艺

水平，设计建议采用进口输送带 。 并强调：将来在本条带式输送机的安装过程

中，应加强对输送带硫化接头的质量控制和检测 ，以确保接头强度满足有关规定的

要求。

6.带式输送机的保护与供电

在主斜井选用 一套集监测、 控制、 信号、 通信为一体的带式输送机监控

系统，为分级分布式结构 ，具有较高的运行可靠性和使用灵活性 ，显示功能强，联

网方便，设有驱动滚筒打滑 、 堆煤、 跑偏、 温度、 烟雾、 撕裂、 输送

带张力下降、 电动机过载、 电机超温等项保护功能 ，能与井底1号煤仓给料机及

井上下的其他带式输送机实现闭锁集中控制 。

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经过计算，主斜井带式输送机主要参数为 ：斜长 L＝1810m，倾角δ=16°,运量＝

1700t/h，带宽B＝1.4m，速度v＝5m/s，输送带为St5400N/mm（阻燃），驱动装置为专用变频电动机（6kV、1600kW）三台、减速器H3SH23－31.5（稀油站冷却、速比i=31.5）型三台，配SIMENS中压变频器（2000kVA/6kV）三台，采用尾部重锤车式拉紧装置。根据《煤矿安全规程》的规定，该主斜井带式输送机设有盘形闸制动器控制停机、设有逆止器防止逆转。

主斜井带式输送机技术特征见

表6.1-1。

6.1.2.2主斜井辅助提升设备

为使主斜井带式输送机检修及主斜井井底其它设备检修人员

上、

下井快捷、

方便，在主斜井井筒内设置一套RJDY型架空乘人装置。该架空乘人装置为立轮单

道布置，通过驱动装置正反转牵引钢丝绳作往复运动而实现人员

上下，以减少井筒

断面，节省投资。

由于该主斜井井筒长达

1810m、提升高度近

500m，根据《

煤矿安全规程》

第368条的规定，架空乘人装置运送人员时的运行速度不得超过

1.2m/s，据此计算，

在主斜井内的乘坐时间大约需要

26min。考虑到该架空乘人装置还有运送小型零部

件（如托辊等）的功能，因此其驱动装置采用变频调速

，使架空乘人装置的运行速

度在0.5～3m/s内可调，运送人员时为1.2m/s，运送物件时为2.5m/s左右。

表6.1-1

主斜井带式输送机技术特征表

序号

名

称

单位

参数

备注

1

运输量

t/h

1700

2

运输物料

原煤

3

运输物料容重

3

1000

kg/m

4

速

度

m/s

5

5

输送机斜长

m

1810

6

输送机角度

16°

7

输送带

宽

度

mm

1400

带

强

N/mm

St5400

阻燃

8

电动机

型

号

1LA4560－4CN60－Z

3台

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功

率

kW

1600

转

速

r/min

1494

电

压

kV

6

型

号

H3SH23－31.5

3台

9

减速器

31.5

传动比

10

拉紧装置

尾部重锤车式拉紧

王村副立井提升设备

矿井扩建后+470m水平最大班辅助运输量为 ：下井工人450人、 矸石30车、

材料45车、 设备15车、 保健车1次。 经核算现有副井提升设备能力能够满足

扩建工程最大班辅助运输量的要求 ，最大班工人下井时间 33min＜40min，作业时间

4.4h＜5h，满足规范的要求。

由于分区通风的需要 ，在王村设有进、 出风立井。 为满足+470m水平辅助运

输、 提升重型液压支架及增加安全出口等的需要 ，本次设计对该场地的进风井进

行装备，设副提升设备，井筒内设一套加宽加长罐笼配平衡锤，相关详细说明见采矿专业部分说明。

王村副立井提升方式及提升设备方案的确定

由于落地式提升机的井架基础简单 ，施工工期较短，井筒装备与提升机房可同

时施工，提升设备安装与调试可以与井筒装备合理平行交叉作业 ，设计推荐副立井

提升采用落地式系统 。

随着大功率电力技术 、 微电子技术、 控制技术的发展 ，交流调速系统已完

全达到直流调速系统的性能指标 ，而交流电机更具有结构简单、 体积小、 效率

高、 维护量小、 超载能力高、 气隙大易于安装 、 价格低等优点 ，从技术分

析上应采用交流变频驱动 ，为此提升电动机选用低速交流同步电动机 。

另外对传动系统设计曾考虑了交 －交变频和交-直-交变频两个方案。

国内已引进多套交 －交变频传动系统 ，其功率柜已实现国产化 ，与交-直-交变频

传动系统相比，国内用户对提升机交 －交变频传动技术的掌握程度较高 ，同时设备

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初期投资低(电动机＋电控系统约1260万元)。

另外多绳提升机在紧绳工况时，要求

低速时有很大的力矩，交－交变频系统在

0转速时可以达到

200%的荷载，在200%荷

载时可持续5min，能一次性地满足紧绳所需提升距离的要求

。但交－交变频传动系

统功率因数较低，在起动、

运行中可能会产生高次谐波

，对矿井电网造成污染

，

电动机的频繁起动也将对电网会造成无功冲击

，设计应根据需要进行治理，考虑在

王村副井场地35/10kV变电所集中进行无功补偿和谐波吸收

，加设滤波装置及动态无

功补偿装置，为此需增加相应的投资约300万元。

交-直-交变频传动系统由于在装置中设有滤波单元和补偿单元

，功率因数接近于

1，高次谐波分量很小，不会造成谐波污染

，无需专门设置谐波吸收和无功补偿装

置，但大功率的交-直-交变频传动系统国内

目前尚不能生产，设备及备件必须进口，

而且国外厂商由于技术性能保证方面的需要

，要求选配同

一厂商的变频同步电动

机，为此设备初期投资很高(引进的电动机＋电控系统约3849万元)。

经技术经济比较，由于两种变频传动系统都能满足提升工艺要求，电气性

能、保护功能基本相当，设计推荐采用国产电机

＋交－交变频传动系统。

根据

2006年11月会议纪要精神，为保证提升系统的可靠性以及矿井供电系统的稳定性

，

经过和常村煤矿有关人员讨论

，本次设计选用交-直-交变频传动系统。

对于提升系统设备的配套

，设计考虑了两个方案。

方案一：选用国产落地式多绳摩擦轮提升机

，进口交-直-交变频低速直联同步电

动机、滚动轴承、恒减速液压站、

制动器、

钢丝绳及摩擦衬垫。配西门

子或ABB中国公司生产的交-直-交变频电控系统（其中传动和控制系统主要部件采用

进口设备），既能保证设备质量，技术上也较先进，又能保证关键部件可靠性高

，

设备初期总投资较低。

方案二：落地式多绳摩擦轮提升机、

主绳、

恒减速液压站、交-直-交变频

低速直联同步电动机及电控系统全套选用进口设备

，设备可靠质量好，技术先进，

但设备初期总投资很高。

结合常村煤矿的意见，设计推荐方案二。

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王村副立井提升设备选型

设计依据矿井工作制度

年工作日：

330d

井口轨面标高：

＋945.5m

井底大巷轨面标高：

＋470m

提升高度：

475.5m

提升容器：

900轨距3t矿车单层单车多绳提升罐笼

质量（包括附加质量）：

26000kg

本体高度：

5.25m

载人数：

76

每次提升矿车数：

1

矿车

型

号：

MGC3.3-9B

载

荷：

5300kg

质

量：

1315kg

最大件（液压支架）质量：

28000kg

运送大件平板车质量：

2000kg

罐笼和平衡锤提升中心线间距

：

2.45m

平衡锤质量：

41000kg

最大班提升量：

矸石：

106t

材

料：

33车/班

设

备：

10车/班

保健

车：

1次/班

其

它：

5次/班

提升设备选型

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⑴提升机（进口）

名称：

落地式多绳摩擦轮提升机

主导轮直径：

4.6m

最大静张力：

900kN

最大静张力差：

200kN

变位质量：

18979kg

衬垫摩擦系数：

0.25

传动比

1

钢丝绳悬垂长度：

528.05m

钢丝绳在滚筒上的围包角：

183.62°

⑵天轮（进口）

直

径：

4.6m

变位质量：

7231kg

个

数：

2

⑶电动机（进口）

名

称：

交-直-交变频低速直联同步电动

机

功

率：

1700kW

转

速：

35r/min

转动惯量：

2

15400kg?m

过载能力：

2

冷却方式：

强迫风冷

⑷钢丝绳

内

容

单位

主绳（引进）

平衡尾绳（国产）

型

号

圆扁股钢丝绳

P17728ZBB84××19+FC

镀锌6×36WS

直径/宽×厚

mm

46

177×28

根

数

根

4

2

每米质量

Kg/m

7.83

15.1

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 172

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

抗拉强度

(MPa)

1770

1370

钢丝破断拉力总和

kN

1516

2110

单根长度

m/根

645

530

3.提升机及钢丝绳校验

主导轮直径/钢丝绳直径：

100>90

允许的钢丝绳安全系数：

提升人员：

8.934

提升物料：

7.934

计算的钢丝绳安全系数

：

提升人员：

12.905＞8.934

提升大件：

8.52＞7.934

绳衬比压：

提升大件：

1.92＜2MPa

钢丝绳的最大静张力：

提升大件：

711.89＜900kN

钢丝绳的最大静张力差

：

提升大件：

152.32＜200kN

提升系统及运动学、动力学提升副立井系统图详见图6.1-1。提升速度图、力图详见图6.1-2。

每侧钢丝绳平均质量：

17801.5kg

提升系统的净变位质量总和

：

138349.3kg

提升大件时提升系统的变位质量总和

：

183263.1kg

5.电动机校验

提升大件时

等效力：

129.91KN

等效时间：

173.19s

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 173

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

等效功率：

1117＜1700kW

电动机额定出力：

197.63kN

计算的电动机过载系数：

1.43＜0.85×2

注：应建设方的要求，电动机的容量还考虑了调节钢丝绳悬垂长度时，做短时单侧提升所产生的特殊力。调绳时罐笼侧的静张力为417.3kN，电动机2.3倍过载时最大出力为454.55kN。

提升系统防滑校验

由于本副井提升系统提升的负荷质量变化较大

（大至

30000kg，小至几人），且

运行方向改变频繁

，为安全起见，选用恒减速液压站。

该站在安全制动过程中制

动力矩是自动调节的

，在不同工况下，制动力矩不同，但可保证安全制动减速度基

本相同，设计取各工况安全制动减速度为

2

同时，为了安全设计还给

1.5～1.6m/s。

出在采用恒力矩制动

（一旦恒减速控制失效，可自动转为恒力矩控制）时的防滑计

算结果。以下系按最不利情况下的恒力制动时的

一级制动进行校验的。

重载侧钢丝绳静张力 ：

轻载侧钢丝绳静张力 ：

下放重载极限减速度 ：

提升重载极限减速度 ：

下放平衡锤、 提升空容器极限减速度 ：

提升平衡锤、 下放空容器极限减速度 ：

最小安全制动力：

最大安全制动力：

安全制动力：

安全制动力矩倍数 ：

下放重载安全制动减速度 ：

提升重载安全制动减速度 ：

下放平衡锤、提升空容器安全制动减速度提升平衡锤、下放空容器安全制动减速度

711.89KN

559.57KN

2

2.4m/s

2

4.18m/s

2

2.03m/s

2

4.3m/s

404.85KN

428.07KN

404.9KN

2.66

2

1.5m/s

2

3.31m/s

：

2

1.86m/s

：

2

3.99m/s

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 174

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

最大班作业时间

最大班作业时间见表6.1-2。

表6.1-2

最大班作业时间表

项

目

单位

每班

每次

每班

每次提升

每班提升

提升量

提升量

提升次数

时间(s)

时间(min)

矸石

t

106

5.3

20

196.43

65.47

坑木

车

4

1

4

246.42

16.43

喷射材料

车

10

1

10

246.42

41.07

风墙砌筑材料

车

2

1

2

246.42

8.21

铺底材料

车

2

1

2

246.42

8.21

钢材

车

15

1

15

246.42

61.61

设

备

车

10

1

10

246.42

41.07

保健车

次

1

1

1

246.42

4.11

其

它

次

5

1

5

246.42

20.54

共

计

4.45h＜5h

其它

提升机房设于提升副立井的北侧，为地面楼层式钢筋混凝土框架结构，单独基础，半地下楼层式布置带后侧双层电控间，长×宽×高＝18m×21m×18.8m+6m×21m×4.5m，大厅层标高+2m。箱型钢结构井架，上天轮中心标高

35.25m。 为便于设备安装和检修 ，在提升机房内设 32/5t电动双梁桥式起重机 1

台。

提升机电控装置选用交 -直-交变频电控成套装置 。 由风井场地35/10kV变电所引

入两回电源电缆。

6.2通风设备

本矿为高瓦斯矿井，开采的3号煤层有煤尘爆炸危险性，局部地段有发生自燃的可能，煤层自燃倾向为三类，属不宜自燃煤层。

矿井原采用中央并列式通风系统，通风方法为抽出式，由工业场地主、副立井进风，中央回风立井回风。在工业场地中央回风立井安装2台引进德国的

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 175

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

GVI-4.0-2000/10型轴流式通风机，1台工作，1台备用，配套电机额定功率 2000kW。

3

，通风阻力

，目前该风机运行情况良好。

该风机设计最大风量580m

/s

1700Pa

随着矿井生产的扩大

，全矿井瓦斯涌出量不断增大，南翼采区距离中央回风立井

较远，2005年底在距工业场地以南约

5km的西坡村新建一风井场地，场地内布置

进、回风立井，主要服务于

S3、

S4采区后期部分工作面及S5、S6采区。

该

风井安装有Howden公司生产的

ANN-2884/1400N轴流式矿井通风机

2台，1台工作，1

台备用，随主机配三相异步电机

（1800kW，6kV，990rpm）。风机工况点参数为

：

3

，通风阻力

，通风困难时期风量

3

，通风阻力

通风容易时期风量224m

/s

2200Pa

289m/s

3800Pa。目前该风机运行情况良好

。

该风井安装后矿井通风系统由原来的中央并

列式改为分区式通风系统

。原中央回风立井主要服务于北翼采区和

S1、S2采区

及S3、 S4采区初期部分工作面 。

常村煤矿原有通风系统保持不变。为满足此次扩建工程通风的要求，设计在王村副井工业场地回风立井安装2台通风机，通风方法为抽出式。整个矿井仍为分区式通风系统。由常村煤矿工业场地主、副立井以及新增主斜井和王村副井工业场地副立井进风，王村回风立井回风，服务年限约为20年。

设计依据

初期风量：

3

Q1′＝365m/s

后期风量：

3

Q2′＝365m/s

初期负压：

H1′＝1336Pa

后期负压：

H2′＝2434Pa

6.2.2通风机风量及负压计算

考虑通风设施漏风、

风道局部阻力损失及通风机阻力损失

(包括进口风门、

出口消声器、

连接件、

出口风道、出口弯头和卡诺损失等

)后王村回风立井的

风量、全压升为：

初期风量：

Q1＝

1

′＝

×＝

3

KQ

1.05365

384m/s

后期风量：

Q2＝

2′＝

×＝

3

KQ

1.05365

384m/s

初期全压升：H1＝

1′△

1＝

＝

H

+H

1336+5031839Pa

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 176

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

后期全压升：H2＝H2′△+H2＝2434+499＝2933Pa

式中：K——通风设备漏风系数 ，取1.05；

H——通风设施漏风、风道局部阻力及通风机阻力损失之和，经厂家详细计算，△H1＝503Pa，△H2＝499Pa。

通风网路特性曲线方程 ：

初期：

HRQ

21839

Q2

0.0125Q2

384

2

后期：

HRQ

22933

Q2

0.0199Q2

384

2

设备选型

根据计算的风量 、 全压升，对该风井通风设备的选型进行了方案比较 ，详见

表6.2-1。

表6.2-1

王村回风立井通风设备选型方案比较

表

内

容

方案一（推荐）

方案二

型

号

ANN-3584/1600N

GAF37.5-21.1-1

台

数

2

2

风

量(m3/s)

384

384

通

初期

负

压(Pa)

1839(全压升)

1536(静压)

工况点

效

率(%)

78

67

风

参数

叶片角度

43°

-3°

轴功率(kW)

900

880

机

风

量(m3/s)

384

384

后期

负

压(Pa)

2933(全压升)

2634(静压)

工况点

效

率(%)

86.9

84.5

参数

叶片角度

47°

2°

轴功率(kW)

1282.7

1197

型

号

异步电动机

异步电动机

电动机

台

数

2

2

功

率(kW)

1500

1600

电

压(kV)

6

6

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 177

常村煤矿扩建工程初步设计

第六章提升、通风、排水和压缩空气设备

转

速(r/min)

745

590

SSQ-3型手动双梁

机房起重机

SSQ-3型手动双梁起重机

起重机2台，

1台，16t/16.5m

16t/16.5m、

10t/13.5m

投

设备+电控费用(万元)

650

470.8

土建费(万元)

254

334.1

资

合

计(万元)

904

804.9

年运行费用

初期

384.4

375.8

(万元)

后期

547.8

511.2

注：投资中不包括供设备安装费

。

方案一中的ANN-3584/1600N型液压动叶可调轴流式矿井通风机是

Howden公司生产

的最新产品，它代表了90年代末期世界通风设备先进技术 ；采用反转反风，反风量

较大，反风时间较短 ；风机性能按国际最高标准衡量 ，无负偏差，曲线准确；结构

设计合理，全压效率较高 ，制造质量好，可靠性高，维护量小；能在现场方便地 更

换叶片，对叶轮进行大中修，能确保备用风机的安全性；主电机安装在进风侧

，传

动轴穿过尺寸较小的进气箱与风机叶轮连接

，长度较短，对设备基础的要求较低

，

便于安装、维护；产品配带百叶窗式电动闸门

、液压站、润滑油站、

消音

器、喘振报警装置、通风测量装置等，成套性强，噪音小，占地面积较少

，易

于场地布置；该公司在山东威海建有独资工厂，备品备件有保证。缺点是由于核心部件(叶轮、液压站、润滑油站等)从国外进口，设备费较高。

方案二选用的 GAF37.5-21.1-1型液压动叶可调轴流式通风机是 80年代引进TLT公

司技术，由上海鼓风机厂生产的 ，制造质量较好；可以在风机运转过程中调节叶片

角度以适应不同时期矿井通风的需要

，最大限度的节约能耗

，可以在最短的时间内

测试风机性能曲线，大大减少了因测试停产带来的经济损失

；产品配带消音器、

箱式风门、轴承润滑站、

喘振报警装置等，成套性强；风机品种规格齐全

，可

根据需要的风量和风压选择效率高的风机

。其缺点是由于主电机安装在出风侧

，

传动轴需穿过扩散塔与风机叶轮连接

，其尺寸较长，安装对中困难，同时扩散塔较

高，为避免基础的不均匀下沉

，基础处理难且工程量大；风道长，占地面积较大，

土建投资较高；安装调试复杂

，施工周期长，维护量稍大；调节叶片反风，反风功

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 178

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

率较大，电机安装功率较大。

根据建设方的要求

，结合西坡村已有风机的实际情况

，设计选用方案一，即选

用ANN-3584/1600N型矿用轴流式通风机

2台。

每台通风机配

1台高压异步电动机

(1500kW、6kV、745r/min)。

工况点参数：

初期：Q＝384m

H＝1839Pa

η＝78%

α＝43°；

/s

后期：Q＝3843

＝

η＝

86.9%

α＝

°。

m/s

H

2933Pa

47

考虑到采用液压动叶调节装置可以在风机运转过程中调节风量

、负压，以适

应不同时期矿井通风的需要

，最大限度的节约能耗

，可以在最短的时间内测试风机

性能曲线，大大减少了因测试停产带来的经济损失

，所以设计采用动叶可调风

机。

该通风设备不设反风道

，采用停机后电机反转的方式进行反风

，经校核，反风

风量大于40%、反风功率小于额定功率，反风时间小于10min，满足有关规程的要求。

王村回风立井通风系统工作及反风特性曲线图见图 6.2-1～2。

通风机采用直接起动方式。通风机配电室2回6kV电源用电缆引自王村副井工业场地35kV/6kV变电所6kV不同母线段，一回工作，一回备用。

其它

通风机设备在室内布置，通风机房＋配电室尺寸(长×宽)为36m×18m＋7.8m×18m，主风道为钢筋混凝土结构，高×宽≈7.3m×4.45m。为便于安装、检修，在通风机房内设16t手动双梁起重机1台。

6.3排水设备

常村煤矿原排水系统为单水平开采直接排水系统 ，在副立井井底+520m水平设主

排水泵房，内设200D-65×8离心式水泵 2台(配6kV、 680kW电动机)及MD200-65×8离

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 179

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

心式水泵

3台(配6kV、

710kW电动机)，沿副立井敷设Φ377×11排水管2趟，排水高

度420m。

正常涌水时

2台水泵并联工作，2台备用，1台检修，每台水泵排水能力

3

3

280m/h，满足全矿井排水的要求。在副立井井底布置有效容量为

4980m的井底水

仓，水仓采用主、副水仓分别布置形式。

本次扩建工程原有排水系统保持不变

。同时为满足+470m水平排水的要求，在

+470m东翼辅助运输大巷与+470m北翼辅助运输大巷交岔处新增

1个主排水泵房，同时

布置相应的主、

副水仓。

该泵房排水设备将整个

+470m水平涌水用排水管路沿

+470m水平北翼辅助运输大巷

、

+470m水平东翼辅助运输大巷

、

主斜井井底联络

巷、主斜井排至工业场地地面水处理站。

6.3.1设计依据

井口标高：

+938.8m

排水水平标高：

+470m

正常涌水量：

3

300m

/h

最大涌水量：

3

500m

/h

排水管路全长：

4500m

排水垂高：

468.8m

地面矿井水处理站与井口的高差

：

0m

地面矿井水处理站与井口的距离

：

350m

6.3.2设备选型

工作泵的排水能力应满足

：

3

Q≥1.2×Q＝1.2300×＝360m/h

正常

Q≥1.2×Q

3

/h

max

最大

＝1.2500×＝600m

水泵扬程为吸水高度、

排水高度及管道阻力损失之和。

根据所需的水泵排水能力的要求，本设计考虑了两个方案

，方案比较见表

6.3-1。

从表中可以看出，两个方案的排水能力都能满足矿井排水的要求

。方案一选

用PJ200B×7型离心泵是上海第一水泵厂引进英国技术制造的耐磨高扬程多级离心

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 180

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

泵，它具有先进合理的结构 ，效率高，抗汽蚀性能好 ，振动小，运行平稳可靠，其

中叶轮、 密封圈、 导叶套以及导叶等零件选用合金铸铁材料 ，耐磨性好，使用

寿命长等特点。 此外，该泵还具有吸水高度高的优点 。 缺点是效率较低 ，年电

耗高，设备初期投资高。 方案二选用 MD450-60×10型矿用耐磨泵，该泵是在原 D型

离心泵的基础 上改进而成，泵的首级叶轮 、 进水段及主要过流部件采用耐磨材

质，抗气蚀性能和耐磨性能得到了较大的提高 ，从而保证泵在较长的 一段时期内保

持高效运行，并有效的延长了泵的使用寿命 ，水泵的运行效率较高 ，吨水百米电耗

及年运行电费较低，设备价格便宜 ，缺点是吸水高度比较低 。 由于水仓断面尺寸

选择得当，并不会因此导致水仓工程量加大较多

，为此经技术经济比较，设计推荐

方案二，即选用3台MD450-60×10型耐磨矿用排水泵，1台工作，1台备用，1台检

修。

每台泵配YB630M2

型

、

、

矿用隔爆电动机。正常涌

-4

(1120kW

6kV

1480r/min)

水时1台水泵工作，最大涌水时2台水泵同时工作。

推荐排水泵的工况点计算

：

管路特性曲线方程：

2

2

新管：H＝Hr+RQ＝

479.9+0.000375Q

1

旧管：H＝Hr+R2

2

2

Q＝

479.9+0.000638Q

式中：Hr—测地高度，Hr＝Hg+Hx+Hz；

Hg—排水垂高，Hg＝468.8m；

Hx—吸水高度，Hx＝4.1m；

Hz—由井口排至矿井水处理站的沿程阻力损失

，Hz＝7m；

Hs—水泵样本允许吸上真空高度；

r—必需汽蚀余量；

R1、R2—管路阻力系数，新管R1＝0.000375，旧管R2＝0.000638。

表6.3-1

排水设备选型方案比较

表

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 181

常村煤矿扩建工程初步设计

第六章提升、通风、排水和压缩空气设备

内

容

方案一

方案二（推荐）

新管

旧管

新管

旧管

型

号

PJ200B×7

MD450-60×10

流

量(m3/h)

465.4

411.5

496.6

433.3

扬

程(m)

560.5

589.1

572.5

602

工

效

率(%)

75.8

75.7

80.9

78.4

水

轴功率(kW)

965.9

898.3

985.4

933.8

况

泵

水泵样本允许吸上

点

6.1

6.6

5.1

5.8

真空高度(m)

水泵允许最大吸水

5.2

5.9

4.1

4.7

高度(m)

台

数(台)

3

3

型

号

YB630M2

2

电

-4

YB630M-4

功

率(kW)

1120

1120

动

电

压(kV)

6

6

机

转

速(r/min)

1480

1480

正常

运行台数(台)

1

1

涌水量

排水时间(h)

15.5

17.5

14.5

16.6

最大

运行台数(台)

2

2

涌水量

排水时间(h)

12.9

14.6

12.1

13.8

排水

规

格(mm)

Ф325×14

Ф325×14

流

速(m/s)

1.9

2

2

2.1

管

总趟数(趟)

2

2

吸水

规

格(mm)

Ф377×10

Ф377×10

管

流

速(m/s)

1.3

1.4

1.4

1.5

吨水百米电耗(kWh/thm)

0.462

0.486

0.443

0.481

年

电

耗(万kwh)

736

774

670

755

水泵房尺寸(长×宽×墙高)(m)

26.7×5×3.3

26.7×5×3.3

设备投资(万元)

142

130

备注：以上比较表中的设备价为公司参考报价

，投资中未包括管路及其安装

费。

排水管路共2趟，1趟工作，1趟备用。 泵房内部分选用 Ф325×14无缝钢管，采

用法兰连接。 井下巷道及主斜井井筒中的排水管路采用快速管接头连接 。 由于

排水高度大，距离长，需分段选择壁厚，地面及主斜井井筒内距井口 150m部分选用

Ф325×8无缝钢管，后1000m段选用Ф325×无10缝钢管，井筒内其它部分及井下巷道选

中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司 182

常村煤矿扩建工程初步设计 第六章 提升、通风、排水和压缩空气设备

用Ф325×14无缝钢管。 为有效地防止水锤冲击对水泵及管道的损害 ，采用微阻缓闭

止回阀。 为便于设备安装和检修 ，在泵房内设有固定起重梁 ，配备单轨小车和手

拉葫芦。

由于排水泵起动运行需要操作的闸阀操作力量较大且频繁 ，为减轻工人劳动强

度，同时为实现水泵自动化 ，设计采用电液动闸阀 。

水泵采用无底阀排水 ，操作简单，便于实现自动化 ，并减少了由于底阀而产生

的各种故障。 开泵前采用 ZPBG型气、 水两用喷射泵抽出吸水管和泵内空气 ，喷

射泵以排水管路中的压力水为能源 ，同时以消防洒水为备用能源 。

+470m水平主排水系统工作特性曲线图见图 6.3-1。

+470m水平主排水系统图见图 6.3-2。

水泵电机由相邻的井底车场主变电所内的BGP50-6矿用隔爆型高压配电装置进行供电，经验算，电机采用直接起动方式。在泵房设就地控制箱。

6.4压缩空气设备

本矿原压风系统主要向S3采区、S4采区、N1采区、

N2采区、S+520大

巷、N+520大巷供应动力风。

主要用风设备为掘进工作面风钻

、

工业场地主井

装载系统、副井提升操车系统

、井下单轨吊道岔及换装站等

。

空气压缩机站

设在工业场地副立井井口附近，设有SA-250W型空压机

5台，2台工作，2台备用，1

3

，排气压力

，水冷型