矿井提升、通风、排水及压风组织设计

PAGE2PAGE3第一节提升设备一、主井提升设备矿井年生产能力1.20Mt/a，主井选用胶带输送机运输煤，主井胶带输送机和地面生产系统同步运行，工作制度为330d/a，16h/d（三班作业）。预留矿井扩建能力，主井胶带输送机最大提升能力按1000t/h计算。主斜井巷道，倾角为13°，本矿主井提升设备已安装DTL120-150/2×400S型胶带输送机，本设计只进行设计校核。已安装的DTL120-150/2×400S型，胶带输送机性能参数见表7-1-1。已安装带式输送机参数表表7-1-1序号项目单位参数1输送量t/h10002带宽mm12003带速m/s3.154带强N/mm30005计算轴功率kW544.626计算电机功率kW762.477功率配比1：18输送带安全系数10.829驱动装置/数量双驱动双电机10电动机2台YB2400M11减速机2台DCY50025，i=2012液力偶合器2台YCTCK750二、主井提升设备选型（一）设计依据主井井筒为斜井，井筒倾角α=13°，主井口至一水平煤仓下口斜长Lj1=314m；主井口至二水平煤仓下口斜长Lj2=630m；主井口至三水平煤仓下口斜长Lj3=840m；主井口至卸载滚筒中心线水平距离为10m，由于一水平服务年限为7.10年，主井提升设备按二水平计算。设计主井提升设备为强力胶带输送机。矿井年生产能力1.20Mt/a，主井胶带输送机运量按1000t/h计算，工作制度330d/a，16h/d（三班作业）。（二）设计方案本矿井田开拓方案已确定,主斜井井筒倾角13°，设计主斜井提升设备选择DTL型钢丝绳芯强力皮带输送机是最佳选择，不再作提升设备方案比选。（三）设备选型计算1、胶带输送机设计选型原始参数主井胶带输送机井下长645.00m，井上长10.00m，故L=655.00m，输送机运量1000t/h，松散密度γ＝0.85t/m3。2、初定设计参数设计选用DX型钢绳芯强力胶带输送机，选用B=1200mm的U形带，带速V=3.15m/s，胶带强度Gx=3000N/mm，上托辊间距1.2m，下托辊间距3m，上托辊槽角λ=35°，下托辊槽角0°，导料槽长4.5m。3、胶带输送机带宽选择计算B=（1）式中：输送量Q=1000t/h；煤的松散容重r=0.85t/m3；速度系数φ=0.90；倾角系数C=0.96；断面系数K=400;带速V=3.15m/s将以上数据代入公式（1）得出：B=按煤的最大粒度对带宽进行校核：dmax≥2×300+200=800（mm）dmax——煤的最大粒度（300mm）确定主井胶带输送机带宽B=1200mm4、驱动力及所需传动功率计算FU=F1+F2+F3+Fr①式中：FU－总圆周力F1－上分支运行阻力F2－下分支运动阻力F3－物料提升阻力其中：F1=（q＋q0＋q'）WLgcosβ②F2=（q0＋q"）WLgcosβ③F3=qLsinβg④式中：q－每米物料质量，kg/m。q=Q/3.6V=88.18kgq0－每米输送带质量，kg/m。取值49.80kgq'－每米机长上托辊转动部分质量，kg/m。取值20.80kgq"－每米机长下托辊转动部分质量，kg/m。取值6.70kg/mW－托辊阻力系数，取值0.03β－输送机倾角，β=13ºL－输送机长度，L1=645.00m，L2=结合①、②、③、④公式得：FU=F1+F2+F3+Fr=172893.79N其中Fr为附加阻力：5000.00N传动滚筒功率：PA=FUV/1000=544.62kW5、胶带输送机张力计算选用双滚筒双电机传动方式，取Φ1=170°，Φ2=200°μ=0.3，功率配比1：1，查表得eμφ1=2.44，eμφ2=2.85FU1=FU2=FU/2=86446.90NS1-2-S2=Fu2=86446.90NS1-2=Fu2k2=246373.67NS2=S1-2-Fu2=159926.77NS1=S2+FU=332820.56（N）（Gx=3000N/mm）S3=S4=S2+F2=170539.17N6、校核（1）不打滑条件运行时≤eμφ1=2.44，运行时≤eμφ2=2.85，通过起动时，采用液压自动拉紧且拉紧力可调，通过。（2）S4=180.00kN，大于倾斜胶带最小张力（3）N=，根据计算取GX=3000N/mm带强的胶带满足使用要求。（3）电动机计算功率：Pm=k1PA=1.4×544.62=762.47kW根据计算结果选用DTL型胶带输送机双滚筒双电机驱动，电机功率2×400kW（YB2400M-4型电机，660V），输送带强度选用Gx=3000N/mm，带速3.15m/s。胶带型号为DX型强力胶带ST3000。7、主井强力胶带输送机布置简图见图7-1-18、输送机的安全保护措施为确保胶带输送机安全运行，尽可能避免不安全因素存在，本胶带输送机配置了防打滑保护，烟雾保护、断带保护、纵向防裂保护等保护装置，配置了逆止器，制动器等制动设备，选择了阻燃型胶带，通过上述一系列的措施即可达到到胶带输送机安全运行目的。三、副斜井提升设备副斜井主要担负井下人员、材料、设备和矸石等提升任务，本矿井设计生产能力为1.2Mt/a，矿井机械化程度高，本矿参照神华集团神东矿区的实践经验，副斜井提升运输已选择防爆无轨胶轮车，防爆无轨胶轮车配备见表5-2第二节通风设备一、通风系统1、矿井的瓦斯等级矿井瓦斯等级为低瓦斯。2、通风形式矿井通风分容易期和困难期，采用中央并列式通风方式、机械抽出式通风方法，主、副斜井进风，专用回风立井回风。3、通风机位置通风设备设置在回风立井地面工业场地，回风立井风硐出口处。二、通风设备选型1、设计依据进出风井井口标高：主斜井+1295.00m；副斜井+1295.00m；回风立井+1301.50m。矿井风量：90.00m3/s矿井负压：容易时期：346.62Pa困难时期：1023.27Pa2、通风设备选型针对矿井通风要求并根据目前通风机的性能参数和现场实际运行情况，经多方案比较筛选后可供选择的两种方案见表7-2-1。通风机选型比较表表7-2方案内容方案一（推荐方案）本矿已安装使用方案二初期后期初期后期矿井风量90.0090.0090.0090.00矿井负压340.181023.27340.181023.27风机型号FBCDZNo23/132×2型FBCZ-6-No21A型电动机功率2×132kW110kW，380V转数（r/min）740740工况点Qi(m3/s)93.0090.0089.0089.00Hi(Pa)600.001300.00657.00975η(%)75.0080.007580计算电机轴功率(kW)99.20195.0080.13108.51方案特点1、设备投资高，2、风机自带蝶式风门，不需建风机房，占地面积小，安装简单，土建费用低。3、需设变频装置提高运行效率。1、设备投资较低，2、需建风机房，风道上建垂直风门，占地面积大，土建费用高。3、风机不带风门推荐方案推荐（本矿已安装使用）不推荐方案一选用FBCDZNo23/132×2型对旋防爆轴流式通风机，具有高效、节能、低噪声、运行平稳以及结构简单、安装、维修方便等特点，已在国内矿井得到大量的应用，其两级叶轮按相反的方向旋转，既是工作轮又互为导叶，反转反风，从而省去反风系统，反风量较大，反风时间较短，配带风门、消音器、扩散筒，安装简单、施工周期短，维护工作量小；不需建风机房、可露天布置，占地减少。但由于通风机电动机安装在风机轮毂内，需要装设防爆电动机，电动机散热需专门设计。其采用两级风机对旋结构，叶轮与电机直接连接，可根据通风网络所需工况，调整叶片安装角，因而具有高效、节能、高校区域宽广、运行平稳等特点。方案二选用FBCZ-6-No21A型矿井轴流式通风机，该风机具有效率高，性能好，高效区宽广等特点，达到国内同类产品的先进水平。系列风机采用两轴三支座，调心联轴器与普通弹性联轴器联接传动型式，转动平稳，便于运输及现场安装和维修。风机结构为卧式，轴向组合有主体风筒，收敛式圆弧型集流器、整流罩，整流体等组件，需建风机扩散塔，塔的作用时将风机出口的气流的部分动压转变为静压，提高风机的静压效率，有利于井下通风，其结构可用钢筋混凝土制成并需预埋拉板，以便固定整流体。风机的轴承采用滚动轴承，每隔轴承座上安装一块测温仪表，在机房内遥测风机每个轴承座的温度。从电动机一端看叶轮的旋转方向为逆时针，反转反风，反风量较大，反风时间较短。由于电机不防爆，需要建风机房与配电室并将电机与风机隔离安装，并在风道上设垂直风门，占地面积大，土建费用高。经技术经济综合比较以及本矿实际应用情况，本矿已安装使用FBCDZNo23/132×2型矿用防爆对旋轴流式通风机，FBCDZ№23/132×2型矿用防爆对旋轴流式通风机具有初期投资低，占地面积小，土建费用低，安装、维护简单等优点，因此设计推荐方案一，即选用2台FBCDZNo23/132×2型矿用防爆对旋轴流式通风机，其主要参数为风量55.00-110.00m3/s，负压550～2200Pa，配用电机功率2×通风机选用在线监测系统一套，可随时监测通风机的风量、负压，同时通过矿井安全监测系统或计算机系统向调度室及有关单位传输运行数据，以利安全和运行管理。通风机房噪声控制应符合国家工业卫生有关标准。三、推荐方案的选型计算1、通风机需要产生的风量Q=KL•QK=94.50m32、通风机需要产生的负压H1=HK1+h1+Σh1=546.62PaH2=HK2+h2+Σh2=1223.27Pa根据管网特性曲线方程及风机特性曲线见图7-2-1、图7-2-2得风机运行工况点的参数，见表7-2-2。风机运行工况点的参数表7-2-2风量(m3/s)负压(Pa)叶片安装角度效率η轴功率(kW)容易期M193.00600.000˚75.00％74.40困难期M290.001300.000˚80.00％146.254、电动机选型电动机功率：N1=KQ1H1/（1000η1ηC）=99.20kWN2=KQ2H2/（1000η2ηC）=195.00kW满足要求5、选型结果经上述计算本矿已安装FBCDZNo23/132×2型轴流风机2台，每台风机配2台YBFe系列电机，功率132kW，容易时期由一台132kW电机驱动运行，困难时期由两台132kW电机驱动运行，采用变频控制满足通风要求。配蝶式电动风门2台，电机功率为3.0kW，电压为380V6、反风计算风机同过电机反转反风，本设计采用已有风机能在10分钟内完成反风操作，反风风量能达到正常风量的40％以上。7、能耗指标（1）平均年电耗由于通风网路阻力系数随着开拓的推移而变化，工况点和电耗也随之而变，因此难以精确计算年电耗，一般按下式估算：E=T（N1+N2）/（ηdηW）=4380（99.20+195）/(0.95×0.95)=142.78×104(kWh/a)（2）节能指标W1=N1/QM1/HM1/3600=74.40/93/600/3600=0.37(kWh/106W2=N2/QM2/HM2/3600=146.25/90/1300/3600=0.35(kWh/106符合国家发改委和国家环保总局在《煤炭工业节能减排水工作意见》中关于“主通风机电耗，轴流式应低于0.44千瓦/·百万立方米帕”的要求。8、供电及控制方式10kV双回路电源引自地面10kV变电所不同母线段，通风机由变配电室10/0.66kV变压器供电，当一回电源停止供电时，另一回路能够保证通风机运行。通风机电压为660V采用变频控制。

第三节排水设备一、主排水设备（一）设计依据（1）矿井正常排水量：75.00m（2）矿井最大排水量：100.00（3）排水高度：Hp=69.00（4）主斜井倾角：13°，斜长：314.00m（5）主斜井井口标高+1295m，主排水设备设在一水平，泵房底板标高+1226m。（二）排水设备和排水系统的选择根据本矿井涌水量情况，经方案比较筛选后，较适合于本矿井使用条件的二种方案见表7-3-1。从表中可知，方案一运行费用低，电机容量小，有利井下供电。因此推荐方案一，即选用MD155-30×4型矿用耐磨多级离心泵3台，每台泵配YB2280M-4隔爆型电动机（90kW，1140V，1480r/min）。正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修排水管路选用D219×8无缝钢管两趟，沿主斜井井筒一侧敷设，见图7-3-1。

矿井水泵选型比较表表7-3-1水泵比较项目方案一（推荐方案）方案二MD155-30×4MD200-50×4矿井涌水量正常75m75m3最大100m100m3排水高度7485m台数3台（正常涌水1台工作1台备用、1台检修）3台（正常涌水1台工作1台备用、1台检修）轴功率45.00kW59.85（kW）电机YB2280M-4，90k1140V，1480r/minYB2315L1-4，160k660V，1480r/min况点参数新管Q1=155，H1=78.32η1=75%，hs=5.3Q1=200，H1=81.20η1=72%，hs=7.4旧管Q2=150，H2=80.89Η2=75%，hs=5.0Q2=190，H2=85.05Η2=72%，hs=7.1排水管、吸水管D219×8(2趟)，D245×8D219×8(2趟)，,D245×8排水时间正常12.00(1台)9.47（1台)最大8.00(2台)6.32(2台)方案比较电机容量小，运行费用低。运行费用高备注本矿已安方案一安装3台MD155-30×4矿用耐磨多级离心泵（三）推荐方案的选型计算1、排水能力估算（1）正常涌水时排水泵必须的排水能力:Q1=1.2Q=90.00m（2）水泵扬程估算:Hg=K（Hp+H）=93.98式中：K—扬程损失系数，取K=1.27；H—吸水高度，取5m3、根据Q1和Hg估值，选用三台MD155-30×4型水泵，该水泵流量为155.00m3/h，扬程为120.00m4、校验排水管（1）确定排水管直径:deq\o(\s\up10(′),\s\do4(p))=155.0/[900π×2.0]=0.165mVp—排水管中的水流速度，取2m/s。（2）计算排水管壁厚度：计算厚度δ′＝P×Dp/[2.3×(σ×ψ-6.4)+P]=3.2×16.5/[2.3×(85×1-6.4)+3.2]=0.29附加厚度C=0.15(δ′+1)=0.15(0.33+1)=0.19排水管厚度(σ)=计算厚度+附加厚度=0.48cm，取8式中：P—计算管段的最大工作压力，取3.2MPaσ—管材许用应力，取85MPaψ—管子焊缝系数，取1根据以上计算，选用排水管φ219mm，壁厚8（3）排水管中实际水流速度:Vp=4×155/3600π（0.203）2=1.33mVp―排水管中的水流速度（4）吸水管直径计算：Dx=Dp+0.025=0.16m吸水管选用φ245mm，壁厚8mm（5）吸水管中实际水流速度:Vx＝4×155/3600π（0.229）2=1.05m5、管道特性曲线及工况的确定（1）阻力损失计算：新管：H总损=H吸损+H排损=λ·=0.03××=4.32m旧管：H总损=H吸损+H排损=1.7（λ·）=1.7（0.03××）=7.34m（2）求管道阻力系数：新管：R===1.80×10-4旧管：R===3.06×10-4（3）管道特性曲线方程：新管：H＝74+R1Q2旧管：H＝74+R2Q2根据管路特性曲线和水泵性能曲线求得工况点参数见表7-3-2，管路特性曲线和水泵性能曲线见图7-3-2。工况点参数表表7-3-2流量Q(m3/h)扬程H1(m)效率η(%)理论最大吸水高度Hs(m)轴功率N（kW)新管M1155.0078.32755.344.96旧管M2150.0080.89755.044.946、电动机容量计算电动机功率新管：N1=1.15×[（155.00×78.32×1020）/（3600×102×0.75）]=51.71kW旧管：N2=1.15×[（150.00×80.89×1020）/（3600×102×0.75）]=51.68kW满足要求。7、水泵和配套电机校验（1）水泵工作稳定性由水泵的特性曲线查得，当水泵流量为零时的扬程H0=140mH排高=93.98m93.98m＜140×0.9=126.00（2）排水能力校验正常涌水时一台泵工作，按旧管计算每天排水时间为：12.00h最大涌水时两台泵工作，按旧管计算每天排水时间为：8.00h水泵满足要求。8、电耗计算：年电耗：按每年正常涌水300天，最大涌水65天计算=23.09×104kW·h/a吨水百米电耗(按旧管算)×100=0.425kWh/100mt符合国家发展改革委、国家环保总局《关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知》发改能源[2007]1456号文件中关于“矿井中央水泵房排水要采用自动控制技术，使吨水百米排水电耗低于0.5千瓦时”的要求。9、选型结果综上所述，本矿已安装三台MD155-30×4型水泵，该水泵额定流量为155.00m3/h，额定扬程为120.00m，每台泵配YB2280M-4隔爆型电动机，电压1140V，功率90kW，转速1480r/min。正常涌水时排水泵1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水量时2台工作，1台备用。排水管选用φ219×8型无缝钢管，吸水管选用φ245×8（四）管路及附件排水管：选用φ219×8的无缝钢管。吸水管：选用φ245×8的无缝钢管，无底阀运行。采用ZPBZ型喷射泵组自动引水，配水阀为PZI-300型。排水管在水泵房、管子道内除与水泵及各种闸阀之间用法兰连，井筒和地面以焊接为主，局部用挠性接头连接。泵房及井筒内以管支架固定。泵房内设起重梁并配备手拉葫芦和手拉单轨行车，以便设备安装检修，并铺设轨道与车场巷道相通。（五）配电及控制水泵房与井下中央变电所相邻，采用660V电压直接起动，选用隔爆真空启动开关作为水泵起动开关，接于井下中央变电所1140V母线的不同段上，放在中央变电所内。水泵房设置三个矿用隔爆型起停按钮，用于就地操作水泵起停。水泵电源引自井下中央变电所，泵房内在机旁设就地控制箱，并显示电流、电压等电机参数。第四节空气压缩设备按矿井井下的用风量并结合“三条线”文件《国家安全监管总局国家煤矿安监局关于所有煤矿必须立即安装和完善井下通讯、压风、防尘供水系统的紧急通知》要求装备空压机，并敷设压风管路至井下用风地点，为用风设备提供压缩空气。一、设计依据1、主斜井口标高：+1295.00m，副斜井口标高：+2、井下用气设备见表7-4-1。井下设备用气量表表7-4-1序号名称型号单位数量用气量（m3/min）用气压力（MPa）小计(m3/min)备注1混凝土喷射机RB2-152M2-6台15.0-8.00.58.00合计8.0003、供气管路沿主斜井敷设至井下大巷掘进工作面，管路初期长790m二、压缩空气需要量计算1、按井下掘进用风动工具设备的耗风量计算：＝1.05×1.1×1.1×1.12×1.01×（1×8.0×0.75）＝8.60m式中α1——管网全长L的漏气系数，取1.1。α2——考虑风动机械磨损，耗气量增加的系数，取1.1。a3生产能力下降的系数1.01。γ——海拔高度修正系数，取1.12。mi——同型号风动机械在一个班内使用的台数。qi——风动机械的额定耗气量。K气动工具同时工作系数0.75。2、按井下人员自救的需风量计算：压风自救系统供风量按矿井采煤工作面、掘进工作面等主要人员