矿山机械安全评价

4.3矿山机械4.3.1提升系统设备选型及主要参数(1）主井：提升全部一期矿石量120万t/a，并留有发展到200万t/a的能力。选择JKM3.5×6（Ⅲ）E多绳摩擦提升机。配用直流电机，功率2400kW，电压1000V，转速65.5r/min，提升系统运行速度为12m/s。采用14m3的底卸式箕斗（DJD2/3-14/30），单箕斗配平衡锤提升系统，6根首绳，3根尾绳。箕斗自重18t，含首尾绳悬挂装置共重23.123t，提升矿石有效载重26.5t，经计算：每班纯提升时间6.5小时，主井可完成矿石最大提升量为238.74万t/a，可满足年提升量扩能200首绳选用进口高强度钢丝绳（达高），6×36WS+FC-1770线接触钢丝绳，直径d=35mm，钢绳重P=4.53kg/m,单根最小钢丝破断力总和F=878kN；尾绳选择17×7+IWS-1570圆股钢丝绳，直径d=46mm，钢绳重P=9.10kg/m。选用钢绳罐道，罐道绳采用二层Z型钢丝绳，公称强度1370MPa，直径45mm，罐道绳重P=11.3kg选用36.4t多绳平衡锤（含张力自动平衡首尾绳悬挂装置），外形尺寸：2300×665×10000mm（长×宽×高）。为保证设备的可靠性，达到国内领先，世界先进的要求，设计推荐整套提升设备全部引进。井筒尺寸及安全间隙按照有关规定进行设计，箕斗尺寸：1790×2236×12214(长×宽×高mm)，箕斗中心线至平衡锤中心线的间距2300mm，设备最大外形间距845mm≥450mm，容器至井壁间距4经计算：钢丝绳安全系数：m=7.384＞7符合安全规程要求。系统防滑验算：提升钢丝绳对衬垫的单位压力：q0=1.766＜1.98；钢丝绳两端静张力比值：提升矿石时S1/S2=1.22＜1.4；下放空箕斗时S1/S2=1.2844＜1.4；最大提升速度12m/s。均符合冶金矿山安全规程防滑要求。箕斗装矿采用通过装矿皮带，经30t的计量箕斗装矿，井塔采用活动直轨卸矿，井塔各层井口周围设置高度不小于1.5m的栅栏或金属网，防止人员坠落。井塔及井底分别设置14米长的木质楔形罐道，上下分别设置防撞梁，木质楔形罐道长度大于10米，符合冶金矿山安全规程过卷装置要求。楔形罐道设置电气限位开关，以防止发生过卷事故。采用电气连锁，PLC控制。采用盘形制动器闸瓦，性能可靠。(2)副井：副井为罐笼井提升，承担基建阶段废石，年提升量5.4万吨、人员、材料、支护材料、运输炸药及爆破材料、设备等的提升任务。以及供、排水管道、电缆敷设等。选择JKM3.5×6多绳摩擦提升机，配用ZD型低速直流电机功率900kW，电压660V。转速转速n=45r/min，电动机与提升机采用直联方式，提升系统运行速度为8.25m/s。采用多绳双层罐笼，底板面积：5080×3000mm（长×宽），自重20000kg（含张力自动平衡首尾绳悬挂装置），每次乘人数80人。采用200×200方钢轨道。开拓废石提升采用900轨距的0.7m3固定式矿车，一次4车0.7m首绳钢丝绳选用6V×37S+FC-1770异形股钢丝绳，6根，直径d=34mm，钢绳重P=4.83kg/m,单根钢丝绳破断力尾绳选择34×7-1570型钢丝绳，3根，直径d=50mm，钢绳重P=9.75kg/m选用25.4t（含张力自动平衡首尾绳悬挂装置）多绳平衡锤，外形尺寸：2040×420×10000mm（长×宽×高）。采用200×200方钢轨道。经计算：副井可以完成人员、岩石、支护材料、材料、设备的任务。井筒尺寸及安全间隙按照有关规定进行设计，罐笼中心线至平衡锤中心线的间距2300mm，设备最大外形间距590mm≥450mm，容器至井壁间距300罐笼设活动顶盖，防止断电时人员被困罐笼中。经计算：提升钢丝绳安全系数：下放设备大件：钢丝绳安全系数m=7.978＞7.5；提升废石、支护材料：钢丝绳安全系数m=9.084＞7.5；提升人员：钢丝绳安全系数m=9.5158＞8；满足GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》6.3.5.8的要求。提升系统防滑验算：提升钢丝绳对衬垫的单位压力提升最大装载量时：q0==1.373＜1.98；钢丝绳两端静张力比值：提升废石时：S1/S2=1.0472＜1.4；下放空罐笼时：S1/S2=1.1195＜1.4；符合冶金矿山安全规程防滑要求。设计根据GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》的要求在提升井处设置防过卷、防过速、安全制动、防误操作装置，各种信号、安全门、摇台闭锁等装置，在竖井与各中段的连接处，设置高度不小于1.5m的栅栏或金属网，进出口设栅栏门。井筒与水平巷道连接处，设绕道，井筒与中段之间设置阻车器，各中段设置液压摇台，满足设计规范要求。井塔及井底分别设置12米长的木质楔形罐道，上下分别设置防撞梁，木质楔形罐道长度大于10米，符合冶金矿山安全规程过卷装置要求。楔形罐道设置电气限位开关，以防止发生过卷事故。采用电气连锁，PLC控制。采用盘形制动器闸瓦，性能可靠。(3)北风井：为减轻副井提升工作压力，在北风井设置一套罐笼配平衡锤提升系统，多绳落地式摩擦提升机提升，专门提升生产阶段废石，年提升量17.4万t/a，并承担零星人员、材料、设备的提升，风井提升最低中段标高-425m。提升-425m以上的废石，废石运输采用900mm轨距的1.2m3选择3#多绳双层罐笼，底板面积：2200×1350（长×宽，单位mm），自重6528kg（含张力自动平衡首尾绳悬挂装置），最大载重8400kg，每次乘人数30人。采用900轨距的0.7m3翻转式式矿车，一次2车，0.7m3翻转式矿车自重选择JKMD2.25×4（Ⅰ）E/11.5型多绳摩擦落地式提升机，卷筒直径2.25m，天轮直径2.25m，最大静张力215kN，最大静张力差65kN。选用方钢罐道，选用直流电动机，功率N=320kW，电压U=440V，转速n=800r/min，减速机减速比10.5，提升系统运行速度为提升钢丝绳选用6V×30+FC-1770异形股钢丝绳4根，直径d=22mm，钢绳重P=1.96kg/m,钢丝绳最小破断拉力尾绳:选择34×7+FC-1570型钢丝绳2根，直径d=32mm，钢绳重P=3.99kg/m平衡锤选择：选用9.25t（含张力自动平衡首尾绳悬挂装置）多绳平衡锤，外形尺寸:1000mm×400mm×9495mm（长×宽经计算：提升首绳安全系数：提升废石：钢丝绳安全系数m=7.783＞7.5；提升人员：钢丝绳安全系数m=8.926＞8；系统防滑验算：提升钢丝绳对衬垫的单位压力提升最大装载量时时：q0==1.373＜1.98钢丝绳两端静张力比值：提升废石时：S1/S2=1.0682＜1.4下放空罐笼时：S1/S2=1.248＜1.4符合冶金矿山安全规程防滑要求。井筒尺寸及安全间隙按照有关规定进行设计，罐笼底板尺寸：：2200×1350mm，罐笼中心线至平衡锤中心线的间距1600mm，设备最大外形间距775mm≥450mm，容器至井壁间距360mm≥200mm设计根据GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》的要求在提升井处设置防过卷、防过速、安全制动、防误操作装置，各种信号、安全门、摇台闭锁等装置，在竖井与各中段的连接处，设置高度不小于1.5m的栅栏或金属网，进出口设栅栏门。井筒与水平巷道连接处，设绕道，井筒与中段之间设置阻车器，各中段设置液压摇台，满足设计规范要求。井架及井底分别设置12米长的木质楔形罐道，上下分别设置防撞梁，木质楔形罐道长度大于10米，符合冶金矿山安全规程过卷装置要求。楔形罐道设置电气限位开关，以防止发生过卷事故。采用电气连锁，PLC控制。采用盘形制动器闸瓦，性能可靠。(4)盲竖井：-425m～-625m的废石采用盲竖井辅助提升，盲竖井井口标高为-425m，设置一套提升系统，专门提升废石，并承担零星人员、材料、设备的提升，盲竖井提升最低中段标高-625m。提升至-425m阶段，再通过风井提至地面，废石运输采用900mm轨距的0.7m3翻转式矿车，矿车自重720kg选择2JK-2.5/11.2E单绳缠绕式提升机，卷筒直径2.5m，宽度1.2m，天轮直径2.5m。最大静张力90kN，最大静张力差55kN,选用方钢罐道。选交流电动机，功率350kW，电压U=380V，转速n=570r/min，提升机减速比为11.2。选择单绳2#双层罐笼，底板面积：1800×1150（长×宽，单位mm），高7600mm，自重4000kg，最大载量4400kg，每次乘人数20人。一次提升2车提升钢丝绳选用6V×37S+FC—1770型三角股钢丝绳1根，直径d=32mm，钢绳重P=4.15kg/m,单根钢丝绳破断力选用6.7t单绳平衡锤，外形尺寸:1000mm×300mm×7000mm（长×宽井筒尺寸及安全间隙按照有关规定进行设计，罐笼底板尺寸：：1800×1150mm，罐笼中心线至平衡锤中心线的间距1400mm，设备最大外形间距672mm≥450mm钢丝绳安全系数：提升矿石：m=7.753>7.5提升人员：m=10.767>9符合安全规程要求。最大静张力为：Fc=86.84kN最大静张力差：Fj=34.63kN设计根据GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》的要求在提升井处设置防过卷、防过速、安全制动、防误操作装置，各种信号、安全门、摇台闭锁等装置，在竖井与各中段的连接处，设置高度不小于1.5m的栅栏或金属网，进出口设栅栏门。井筒与水平巷道连接处，设绕道，井筒与中段之间设置阻车器，各中段设置液压摇台，满足设计规范要求。井上设置10米长的木质楔形罐道，设置防撞梁，木质楔形罐道长度等于10米，楔形罐道设置电气限位开关，以防止发生过卷事故。采用电气连锁，PLC控制。采用盘形制动器闸瓦，性能可靠。符合冶金矿山安全规程过卷装置要求。（5）其它设施：在采区各中段布置一条采区电梯井，分别安装一台3.0t井下客货两用电梯。速度为1.6m/s，变频调速系统，电机功率N=75kW。主井底的粉矿回收设一条粉清理电梯井，安装一台载重3.0t的井下客货两用电梯，速度为1.6m/s，变频调速系统，电机功率N=75kW。泥水经沉淀后溢流至清水池，MD85-45×4多级离心泵两台，流量85m3/h,扬程H=180m；配电动机功率N=75kW，电压U=380kV，一用一备。用于排出井底水窝的清水，水排至-625m阶段，井底水窝矿山生产大件由副井罐笼进入，利用副井提升机，提升和下放井下大件设备。设计对钢丝绳安全系数、提升系统最大静张力和最大静张力差、系统防滑等均进行了验算，符合冶金矿山安全规程要求，可以满足井筒年提升能力的要求。4.3.2井口机械化设备、安全门、防过卷、防断绳保险、防误操作装置的可靠性分析矿井提升是全矿运输系统的重要环节，主要设备和装置包括提升机、提升电机提升电控系统、井塔、钢丝绳、连接装置、提升容器、井筒导向装置、井口和井底承接装置、阻车器、安全门以及信号装置等。提升系统危险因素分析井口安全设施不全、提升机安全装置失灵、罐笼管理不严、钢丝绳损坏和信号系统有问题等。系统安全措施分析设计根据GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》的要求在提升井处设置防过卷、防过速、安全制动、防误操作装置，各种信号、安全门、摇台闭锁等装置，在竖井与各中段的连接处，设置高度不小于1.5m的栅栏或金属网，进出口设栅栏门。井筒与水平巷道连接处，设绕道，井筒与中段之间设置阻车器，满足设计规范要求。同时设计要求在生产中做到：(1）天井、溜井和漏斗口处必须设置标志，照明、护栏或格筛、盖板，以防人员坠井；对不用的溜井及时封堵；(2)在竖井、天井、溜井和漏斗口上方作业，必须系安全带；(3)对提升设备处设置的防过卷、防过速、安全制动、防断绳保险、防误操作装置，各种信号、安全门、摇台闭锁等装置，竖井与各中段的连接处设置的阻车器、栅栏门等设施要经常检修，使其处于完好的状态；(4)经常检查防坠器、防过卷装置、罐道、装卸矿设施和信号控制装置等，使其处于完好的状态；禁止使用有断股、接头或其它易造成事故的有缺陷的钢丝绳；(5)各转动机械处设安全保护罩以防伤身，并设通道、扶梯、安全栏杆和安全标志等措施。从而保证井口设施的安全可靠。(6)要加强对有关人员的安全教育，提高安全意识，所有升降人员的井口及提升机室，均须悬挂标志，并禁止人与物料同罐提升。(7)主提升装置每年应组织进行一次检查和试验，并成书面报告。提升钢丝绳和平衡钢丝绳，使用前必须进行试验，试验后的贮存期不得超过六个月，且自钢丝绳悬挂时起，每隔六个月要试验一次，确保钢丝绳的安全系数。对提升钢丝绳，要每日、每周、每月进行检查，并做好检查记录。4.5井下排水及排泥系统矿山采用集中排水系统，接力排水。分别在-425m，-625m设置水仓、泵房。-425m以上水平采场来水，沿阶段巷道到达副井井底车场，汇集到水仓附近的水仓沉淀池，由水泵经副井排水管道排到地表。开采-425m以下阶段时，各水平采场来水通过泄水井汇入-625m水仓，用水泵经副井水管排至矿坑总涌水量：-425m以上为2500m3/d，-625m至-425m，为-425m阶段水泵房选择MD100-80×7型水泵，流量102m3/h,扬程H=590m-625m阶段水泵房选择MD50-50×5型水泵，流量50.4m3/h,扬程H=259.5m；配电动机功率N=水仓清理：沉淀在水仓底部的矿粉或淤泥需要进行定期人工清理。利用JD－11.4型调度绞车下放11/2/1B－AH型渣浆泵（固定在0.7m3用人工将水仓底部的矿粉或淤泥装入900mm轨距0.7m3翻转式矿车，并由调度绞车将0.7m井下排水系统水泵有两种起动方式：底阀引水和喷射泵射流引水。运行时，水仓吸水井内设水位控制计，分别设有开泵、停泵、报警等声光信号。以满足坑内水泵启动、运转的可靠。同时设计要求在生产过程中对上述设备进行经常检查，使其处于完好状态，确保排水设施的可靠。5.4压气自救系统5.4.1生产压气系统：压气系统为井口附近地面设置集中压气站，通过主压风管路沿副井，将压缩空气送至井下各用气点，井口标高+52.5m。在地表压气站内安装风冷式螺杆式空压机HSD-315A五台，排气量53m3/min，排气压力0.7MPa，功率N=315kW，电压U=10kV，其中三台工作，二台备用检修。压气管为一根无缝钢管D3255.4.2压风自救系统设计原则根据《金属非金属地下矿山压风自救系统建设规范》要求，压风自救系统主要考虑以下几个方面。1、压风自救系统与生产压风系统共用。以减少投资，及简化矿井管路。2、压风管道应接入紧急避险硐室内，并设置供气阀门，接入的矿井压风管路应设减压、消音、过滤装置和控制阀，压风出口压力应为0.1～0.3MPa，供风量每人不低于0.3m33、空压机站设置在地面，并能在10分钟内启动。4、压风管道需具有一定的强度，能够在发生灾害是不易被破坏，需要采用钢质材料或其它有同强度的阻燃材料。5、压风管道敷设应牢固平直，并延伸到井下采掘、作业现场、紧急避险设施、爆破时撤离人员集中地点等主要地点。6、各主要生产中段和分段进风巷道及主要运输巷每隔200～300m应安设一组三通及阀门。7、独头掘进巷道距掘进工作面不大于100m出安设一组三通及阀门，向外每隔200～300m应安设一组三通及阀门。8、主要硐室（井下炸药库、变电所、泵房等），爆破时撤离人员集中地点的压风管道上应安设一组三通及阀门。9、在主送风管道上要安装油水分离器。在压风管路进入与自救装置连接处，要加装阀门，后面接着安装油水分离器。根据以上要求及生产压风系统设计，万庄井下压风自救系统可与生产压风系统共用主管道，自救系统在分支管上进线延伸及补充，使压风系统覆盖主要工作区域及避灾线路。5.4.3需风量计算1、全矿最大需风Qman=KN1q1=457200L/min=45.72m3式中：K——漏风系数，矿井管道长大于2km，取1.2N1——单班最大下井人数127人q1——井下紧急状态下每人需要的新鲜风量，取300L/min；矿井下共有2个规格为70人的避灾硐室，设置在-425m中段。每个避灾硐室需风量为：Qman=KN2q2=25200L/min=25.2m3式中：N2——井下避灾硐室（1个）内人数，70人；q2——井下紧急状态下避灾硐室内每人需要的新鲜风量，取300L/min；各主要生产中段（-325m、-425m、-525m、625m）最大工作人数80人，所需风量为28.8m在地表压气站内安装风冷式螺杆式空压机HSD-315A五台，排气量53m35.4.4压风自救系统管路计算压风自救系统所需压风管管径（内径，下同）可按下式计算：d=146(Q1/v0)1/2式中：d——压气管内径，mm；v0——压气管内压缩空气流速，一般为5～10m/s；Q1——平均压力P1状态下，压缩空气流量m3/min。Q1=(Q0P0)/P1式中：Q0——常温（20℃）、常压（0.1MPa）状态下管道计算流量，m3P0——吸气状态的大气压，MPa；P1——压气管道内空气的平均压力，一般为0.3~0.9MPa根据设备情况，取v0=7m/s，P1=0.7MPa，则主管管径为：d=146[(45.72×0.1)/(0.7×7)]1/2=128.7mm生产主管道为无缝钢管D325×9，满足自救系统要求。各中段所需压风管管径（80人，不含-425m水平）：d=146[(28.8×0.1)/(0.7×7)]1/2=102.2mm各中段生产主管道为无缝钢管D273×9，满足自救系统要求。-425m水平设2个避灾硐室，每个避灾硐室所需风量为：25.2m3/min，该水平所需d=146[(50.4×0.1)/(0.7×7)]1/2=148.1mm生产中段主管道为无缝钢管D273×9，分层主管道为无缝钢管D203×7，满足自救系统要求。每个避灾硐室（70人）所需压风管管径：d=146[(25.2×0.1)/(0.7×7)]1/2=104.7mm进入避灾硐室为D114×4.5。5.4.5阻力计算自空压机站至最远供气点的压力损失，不得超过0.1MPa；若超过时，应调整预定的管网管径。各管段的阻力按下式计算：

ΔPi=10-6×(1.15×Li)/di5×Qi1.85式中：ΔPi——第i段压气管的阻力损失，Pa；Li——第i段压气管的长度，m；di——第i段压气管的内径，m；Qi——第i段压气管的计算流量（自由状态），m3/min注：式中系数1.15，是考虑第i段压气管上管件的局部阻力系数。根据压风管网布置系统图，压风管网的最长路径为：地表空压机站（+52.5m）→副井井口→-625m水平马头门→-625m水平运输水平中（200m）→南、北两头（800m管网最长路径阻力计算表序号管道名称长度（m）管径（mm）最大流量（m3/min）阻力（Pa）1地表空压机站副井井口50D325×95332.652副井井口-625m水平马头门677.5D325×953442.413-625m水平马头门-625m200D273×953330.324-625m南、北两头800D273×9531321.295总阻力2126.67最终阻力为0.002127MPa，小于0.1MPa，因此不需对管径进行调整。5.4.6油水分离器根据万庄铁矿的实际情况，油水分离器的布置设计如下：1、空压机和储气罐内自带油水分离器。2、在压风管路自副井井口进入-325m、-425m、-525和-625m水平时应设置油水分离器。3、在-325m、-425m、-525和-625m水平分层时设置油水分离器。5.4.7系统布置考虑到万庄铁矿的实际情况，压风系统设计如下：1、地面空压机压气站建设在副井井口附近，并经副井向各个中段及工作面压风。2、在副井内主压风管路在抵达-325m、-425m、-525m、-625m中段时设置三通、阀门及油水分离器。中段的管网每隔300m设置三通和阀门。3、在各中段向各分层时设置三通、阀门及油水分离器。分层的管网每隔300m设置三通和阀门。4、各个中段内的管道主要布设在避灾通道中，从中段的管道上用D114×4.5无缝钢管进入避灾硐室。5、管路出气端设置的阀门为DN25。5.4.8安装及调试1、系统布置（1）安装位置应尽可能接近工作场地，保证井下工作人员在发生灾害时有足够的时间进入并开启自救装置，真正起到救灾防护的作用。（2）阀门开关灵活、畅通，阀门扳手要在同一方向。（3）压风管路尽量水平、安装牢固。（4）对容易受机械冲击地段，应设置防护挡板，避免冲击。（5）供风系统的风管涂成蓝色以便辨识。（6）阀门开口应朝下或朝内，不能朝人员行走方向。（7）压风管道应接入紧急避险设施内，并设置供气阀门，接入的矿井压风管路应设减压、消音、过滤装置和控制阀，压风出口压力应为0.1～0.3MPa，供风量每人不低于0.3m37.4空压机的安全分析在地表压气站内安装风冷螺杆式空压机HSD-315A五台，排气量53m3/min，排气压力0.7MPa，功率N=315kW，电压空压机采用全封闭的螺杆式空压机，设有压力调整器、安全阀，同时要求现场必须经常调整，使之保持完好状态，维护检修时，应按照检修质量标准，执行安全操作规