寧夏棗泉煤礦初步設計第六章提升通風排水及壓縮空氣和制氮設備

1、第六章 提升、通風、排水及壓縮空氣和制氮設備第一節(jié) 提升設備一、提升方式本礦井設計生產(chǎn)能力為 5.0Mt/a ，采用斜井開拓方式， 移交及達到 設計生產(chǎn)能力時東井生產(chǎn)，主要開采水平為 +950.0m。東井的主、副井 井口標高均為 1353.0 ，井底標高均為 950.0 。主井采用帶式輸 送機提升，副井采用單繩纏繞式提升機提升。主井擔負全礦井的煤炭 提升任務，副井擔負全礦井人員、矸石、設備及材料等升降任務，并 滿足整體升降大型綜采設備、液壓支架等任務。二、主斜井提升設備主斜井井筒斜長 1378.4m，傾角 17°。經(jīng)過多方案的比較，在主 斜井中布置一條強力膠帶帶式輸送機，輸送機的斜長

2、為1395m。具體設備選型如下：（一）基本參數(shù)的確定帶式輸送機的布置形式見圖 6-1-1。由于本礦開拓方式為斜井開拓，主斜井兼作投產(chǎn)采區(qū)上山，為了實現(xiàn)提前出煤，主斜井帶式輸送 機先安裝一部分，滿足投產(chǎn)工作面的要求，然后隨采區(qū)的遞增，延長 帶式輸送機的長度，因此帶式輸送機的拉緊裝置布置在井口房內(nèi)，有 利于帶式輸送機的延長。 帶式輸送機的最終長度為 1360m，傾角 17°。1、輸送能力的確定礦井布置兩個高產(chǎn)高效綜采工作面，工作面來煤通過溜煤眼進入主斜井帶式輸送機。根據(jù)高產(chǎn)高效礦井工作面生產(chǎn)能力大的特點，綜 合考慮各種生產(chǎn)因素和工作面的峰值煤量，主斜井帶式輸送機輸送能 力確定為 2500

3、t/h。2、初定設計參數(shù) 根據(jù)寧夏煤業(yè)集團有限責任公司棗泉煤礦可行性研究中對主 斜井帶式輸送機的方案比較結(jié)果，本帶式輸送機帶寬B=1600m，m 帶速V=4.9m/s。上托輥間距 ao=1.2m，下托輥間距 au=3.0m，上下托輥輥徑 159mm，軸承型號為 308，輥徑 d=40mm。3、由帶速、帶寬驗算輸送能力Q 3.6Svk式中： k傾斜系數(shù)， k 0.89 0.85 0.89 17 16 0.87 ；18 16S輸送帶上物料的最大橫截面， S=0.3942 ；v 輸送機的帶速，帶速不變， v=4.9m/s； 物料松散密度， =900kg/m3；Q 3.6 0.3942 4.9 0.8

4、7 900 5445t / h >2500t/h，滿足要求。按照煤的最大粒度校核膠帶寬度B 2dmax 200 2 300 200 800mm式中： dmax煤的最大粒度， mm。由此可以看出， 帶式輸送機的帶速、 帶寬能滿足輸送能力的要求。4、驅(qū)動力和所需傳動功率計算驅(qū)動圓周力： Fu=F1+F2+F3+F'式中： F1=(qRO+qG+qB)fLg ；上分支運行阻力；F2=(qRU +qB)fLg ；下分支運行阻力；F3= qGHg；物料提升阻力；F'特種阻力，根據(jù)計算 F'=13.1kN；qRO= n qRO 3 14.44 36.1kg/m，承載分支托輥每

5、米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì) ao1.2量；qRU= n qRU 1 34.96 11.65kg/ m ，回程分支托輥每米長旋轉(zhuǎn)部分質(zhì) aU3量；暫定膠帶為 ST5000 阻燃型鋼絲繩芯，其中 qB=92.80kg/m，每米長輸送帶的質(zhì)量； qG= Q 2500 141.72kg / m ，每米長輸送物料的質(zhì)量；3.6 v 3.6 4.9g重力加速度， g=9.81m/s2；f 模擬摩擦系數(shù)， f=0.03；L輸送機水平長度， L=1300.6m；H物料提升高度， H=397.63m。經(jīng)計算： F1=103.6kN，F(xiàn)2=40.0kN， F3=552.8kN。 驅(qū)動圓周力： FU=103.6+40.0+55

6、2.8+13.1=709.5kN。 傳動功率計算：傳動滾筒軸功率 PA=Fu v 3477kW 。 4、輸送機膠帶張力的計算 在進行膠帶張力計算時，暫不考慮特種和附加阻力，即繞入繞出 改向滾筒的張力相同。為了限制輸送帶在兩組承載托輥間的下垂度，作用在輸送帶上任 意一點的張力必須大于最小張力 Fmin承載分支：ao qB qG g8h/a max1.2 92.8 141.72 9.8 34474N 34.47kN8 0.01回程分支：auqBg8h/a max3 92.8 9.8 34104N8 0.0134.1kN（h/a） max輸送帶許用的最大垂度， （ h/a）max=0.01；其它符號

7、同前。采用雙滾筒驅(qū)動， 功率配比 2:1，P1、P2 分別為驅(qū)動滾筒的圓周力，P1 = 2xFu =473kN；P2= Fu =236.5kN；1、2分別為驅(qū)動滾筒的圍包角，331=180°， 2=210°；為輸送帶與傳動滾筒的摩擦系數(shù)， =0.3S3=S4>Fmin=34.47kN，取 S3=S4=37.5kN。S1=S4+F1+F3+qBHgS1-2=S1-P1=1056-473=583kNS2=S1-2-P2=583-236.5=346.5kNS1 1056S1 2 5831.81 e 1 2.56S1 583 1.68 e 2 3.00S1 2 346.5上式

8、中： e尤拉系數(shù)。 根據(jù)以上計算可知滿足不打滑要求。因此輸送機膠帶的最大張力Smax=1056kN。膠帶的安全系數(shù) n=7.58，所以選用 ST5000 型阻燃型鋼 絲繩芯膠帶滿足設計要求。5、電機功率的計算及驅(qū)動裝置選型N=KPA=1.3x3477=4520kW式中： N電動機總功率：K電動機功率系數(shù)， K=1.251.4，取 K=1.3 ；其它符號同前。根據(jù)驅(qū)動裝置的布置，選用 3 臺 1600kW 的電動機，功率配比為 2:1 的雙滾筒驅(qū)動。電動機型號為 Y630-4，功率 1600kW，電壓等級為 10kV ，共三臺；根據(jù)可行性研究報告的方案比較， 減速器裝置選用 CST 系統(tǒng)，型號

9、CST1950K，速比為 28.6，共三臺。具體布置見地面生產(chǎn)系 統(tǒng) -剖面圖( C1379-430-01)。(二)主斜井帶式輸送機電控設備根據(jù)設備選型情況，東主斜井帶式輸送機，由 3臺 1600kW交流電 機 配 帶 CST 軟 啟 動 裝 置 拖 動 。 為 滿 足 礦 山 電 力 設 計 規(guī) 范 (GB50070-94) 、煤礦安全規(guī)程 (2001) 和礦井自動化調(diào)度網(wǎng)絡系統(tǒng) 要求，東主斜井驅(qū)動機房的電控設備 , 采用 PLC控制 CST系統(tǒng) , 并設 置上位監(jiān)控計算機。1、系統(tǒng)主要設備：高壓配電設備，由具有雙回路電纜下進線兼 PT、電動機出線和 聯(lián)絡的 KYN28-12型中置式成套開關(guān)

10、柜組成，具有電壓、電流測量，失 壓、過流、進線聯(lián)鎖以及電動操作機構(gòu)。低壓配電設備，由具有雙回路電纜下進線、配電及MCC出線和聯(lián)絡的 GCY型抽屜式成套開關(guān)柜組成，為 CST控制電源、給煤機、機房檢修和照明等提供電源。為保證東主斜井帶式輸送機長期安全運行，減少故障率，電控 系統(tǒng)采用 PLC控制方式?？刂撇糠郑翰捎?S7系列可編程控制器 (PLC) ， 保證控制的可靠性；保護部分：采用 KJ2002A 系統(tǒng)，對東主斜井帶 式輸送機、給煤機等設置的傳感器的狀態(tài)進行采樣和監(jiān)測，通過系統(tǒng) 控制功能， 將故障信號傳輸給 PLC，實現(xiàn)對東主斜井帶式輸送機、 給煤 機等的起?？刂萍熬o急閉鎖、二級跑偏、膠帶打滑

11、、縱向撕裂、溫度、 煙霧、電機故障等信號的顯示、分析和報警功能；監(jiān)控部分：采用 P4 系列工控計算機作為上位監(jiān)控計算機，具有東主斜井帶式輸送機信 號顯示、系統(tǒng)保護、故障自診斷、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高低壓電源回路等 實時顯示以及報表打印功能，便于事故的預測和分析處理，保證輸送 機安全可靠的運行。 監(jiān)控計算機還具有直通礦井調(diào)度網(wǎng)絡的 TCP/IP 以 態(tài)網(wǎng)通信接口，能與礦井調(diào)度中心計算機聯(lián)網(wǎng)，把輸送機運轉(zhuǎn)情況及 有關(guān)參數(shù)及時傳遞給中央調(diào)度室 , 通過礦井調(diào)度網(wǎng)絡， 相關(guān)人員能及時 了解新主斜井帶式輸送機情況。東主斜井帶式輸送機控制系統(tǒng)，有手動 / 集中兩種操作方式，手動 方式在就地操作箱上進行；集中方式

12、，通過監(jiān)控計算機實現(xiàn)。2、電源主斜井驅(qū)動機房的高、 低壓電源均直接引自變電所， 均以雙回路電 纜供電。三、副斜井提升設備(一)設計依據(jù)礦井年產(chǎn)量： 5.0 Mt/a ； 井口標高： 1353.0 m ； 井底標高： +950.0 m ； 井筒傾角： 19°； 井筒斜長： 1238 m； 矸石量： 200t/d ； 最大班下井人數(shù)： 95 人； 錨桿、網(wǎng)、鋼帶： 11t/d ； 坑木：13 m/d； 水泥、砂石： 40t/d/ 班； 運送設備： 1 次/ 班； 其它：2 次/ 班； 最大件質(zhì)量： 30000 kg ； 平板車質(zhì)量： 2500 kg。(二)設備選型計算1、提升容器選擇 本

13、礦副斜井采用串車提升方式，提升矸石、下放材料等采用 MGC1.79 型、 1.5t 、900mm軌距固定式礦車，礦車質(zhì)量 980kg，載重 1.5t ，載矸石 2.7t 。升降人員時采用 XRB20S-9/6型，帶離心式限速器 的 20 人座斜巷人車，每節(jié)車廂載人 20 位，頭車自重 2500kg，掛車自 重 1500kg。每次提升 4輛礦車或 4輛人車( 2頭車，2 掛車)。 2、鋼絲繩選擇及校核a. 提升系統(tǒng)見圖 6-1-2 。b. 提升距離：提人車： Ht 1=1238(m)提礦車： Ht 2=1278(m)c. 繩端荷重：提人： Q d 人=4621(kg) 提礦車： Qd 車=500

14、1(kg) 提大件： Qdw=11042(kg)d. 鋼絲繩允許最小安全系數(shù)： 提人： m人=9 提礦車： m車 =7.5 提大件： m大件 =7.5e. 提升鋼絲繩選擇：提升鋼絲繩選用 40NAT6V×37S+FC1670ZS型鋼絲繩，主要技術(shù)參 數(shù)：繩徑： d=40mm鋼, 絲繩單位長度質(zhì)量為 Pk=6.8kg/m ，最小鋼絲破斷 拉力總和為 Q=1010×1.177kN。f. 鋼絲繩安全系數(shù)校核： 鋼絲繩安全系數(shù)：提人 m 人 = 13 > 9提礦車 m 車 = 12.5 > 7.5 提大件 m 物大件 = 7.7 > 7.5 所選鋼絲繩滿足煤礦安全

15、規(guī)程要求。3、提升機選型及校核a. 按鋼絲繩直徑計算 D80×40=3200(mm)b. 提升機選擇提升機選用 JK-3.5/30E 型單繩纏繞式提升機 1 臺(非標設計)， 其主要技術(shù)參數(shù)如下：滾筒直徑 D=3500 mm 滾筒寬度 B=2650 mm 最大靜張力 Fj max=170 kN 提升機旋轉(zhuǎn)部分變位質(zhì)量 Gj=30000kg 減速比 i=30提升速度 V=3.97 m/s (升降大件時減速運行， V=2.5 m/s)c. 天輪選擇天輪選用 TSG3000/20 型井上固定式天輪，其主要技術(shù)參數(shù)如下：天輪直徑 Dt=3000 mm天輪變位質(zhì)量 Gt=781 kgd. 提升

16、機校核實際最大靜張力提人時 F j 人=91.333 kN <170 kN提礦車時 Fj 車=95.059 kN <170 kN提大件時 Fj 大件=154.319 kN <170 kN直徑比D/d 87.5 > 80Dt/d 75 >60提升機纏繩寬度B 2619 mm > 2650 mm所選提升機滿足要求。4、電動機選型電動機選用 ZDU-172-1B型直流電動機 1 臺，主要技術(shù)參數(shù)如下：額定功率 N=550 kW額定電壓 V=440660 V額定轉(zhuǎn)速 n=400 700 r/min過載系數(shù) =2.0效率=91.8 電動機轉(zhuǎn)動慣量 GD225、提升系統(tǒng)

17、計算提升系統(tǒng)見圖 6-1-2 。a. 提升距離：提人車： Ht1=1238(m)提礦車： Ht2=1278(m)b. 井架（天輪中心）高度Hj=6 （m）c. 鋼絲繩內(nèi)、外偏角 內(nèi)= 外 =1°12 46、提升運動學計算a. 提升速度：正常提升時： V=3.97（m/s）（電機轉(zhuǎn)速 n=650 r/min ） 升降大件時： V=2.5（ m/s） （電機轉(zhuǎn)速 n=410 r/min ）b. 提人員時的提升速度圖見圖 6-1-3 。c. 提矸石時的提升速度圖見圖 6-1-4 。d. 提升最大件時的速度圖見圖 6-1-5 。e. 一次提升循環(huán)時間提人時： T 人 =699.6 （s） 提

18、礦車時： T 車=769.2 （s）7、最大班作業(yè)時間計算 最大班工人下井時間為 23.3min 。最大班作業(yè)時間為 4.912h 。 最大班作業(yè)時間平衡表見表 6-1-1 。8、提升動力學計算 提升人員時提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量 M 人=67261kg；提矸石時提升系 統(tǒng)總變位質(zhì)量 M矸 =68379kg；提升最大件時提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量 M大 =86159kg。提升人員力圖見圖 6-1-3 。提升矸石力圖見圖 6-1-4 。 提升最大件力圖見圖 6-1-5 。9、電動機校核 電動機校核以提升系統(tǒng)所需電動機最大功率的運行狀態(tài)進行，本系統(tǒng)以提升最大件時進行電動機校核F2t=1.383 ×10

19、13(N2s)等效時間：Td=524(s)等效力：Fd= F 2t/Td =162455(N)等效功率：Nd= 477.8(kW)<550kW過負荷校驗= Fmax /Fe =1.16 < 1.6所選電動機符合要求。10、輔助設備提升機房設置 QD型、起重量 20/5t ，跨度 14m的手動雙梁橋式起 重機 1 臺，以便提升設備的安裝檢修使用。(三)電控設備根據(jù)提升設備選型情況、礦山電力設計規(guī)范 (GB50070-94)和煤 礦安全規(guī)程 (2001 版)要求及可研報告批準的電氣傳動方案，副斜井 提升機的電氣傳動設備，采用電樞換向 12 脈動順序控制 SCR-D 供電 系統(tǒng)，實現(xiàn)無級

20、調(diào)速、高效運行。1、系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) 按直流電機 550kW，440660V ，過載倍數(shù) >2，提供全數(shù)字礦 井提升機直流電控設備。 采用電樞可逆 12 脈動順序控制晶閘管供電系統(tǒng)。 裝置的過載能力與電機的過載能力相當。 負載變化為 -120%0 +120%額定負載時，裝置滿足四象限運 行要求。 裝置的功率因數(shù)不低于 0.80。 裝置產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的影響 ,在國家電力行業(yè)和當?shù)仉娏Σ块T的允許范圍內(nèi)。 具有直通礦井調(diào)度網(wǎng)絡的 TCP/IP 以態(tài)網(wǎng)通信接口。2、系統(tǒng)主要設備 高壓配電設備，由具有雙回路電纜下進線、變壓器出線、聯(lián)絡 的成套開關(guān)柜組成，具有電壓、電流測量，失壓、過流、進線聯(lián)鎖以

21、 及電動操作機構(gòu)。電動機電樞回路的整流變壓器，采用干式變壓器 （帶測溫裝置 ）， 初級和次級繞組間加一層靜電屏蔽層，且該屏蔽層應接地，高壓側(cè)± 2 × 2.5%，五檔，無載調(diào)壓。選用 500kVA, -12/-12 和 500kVA, -12/Y-11 的干式整流變壓器各 1 臺。變流設備的功率組件，采用進口或國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)可控硅。 為保證提升機長期安全運行，減少故障率，電控系統(tǒng)采用全數(shù) 字控制方式?？刂撇糠郑翰捎秒p PLC 熱備用冗余控制， 其中主控 PLC 采用 S7-400 可編程控制器，保證提升控制的可靠性；調(diào)節(jié)部分：采 用西門子 SIMOREG 計算機直流調(diào)節(jié)裝置為核心

22、的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可靠性 高，調(diào)整方便；監(jiān)控部分：采用 P4 系列工控計算機作為上位監(jiān)控計 算機，具有提升信號顯示系統(tǒng)、提升保護、綜合后備保護、故障自診 斷、行程、速度圖、開車準備狀態(tài)，控制系統(tǒng)狀態(tài)、高低壓電源回路、 直流主回路、安全回路等實時顯示以及報表打印功能，便于事故的預 測和分析處理，保證提升機安全可靠的運行。監(jiān)控計算機能與礦井調(diào) 度中心計算機聯(lián)網(wǎng)，把提升機運轉(zhuǎn)情況及有關(guān)參數(shù)及時傳遞給中央調(diào) 度室,通過礦井調(diào)度網(wǎng)絡，相關(guān)人員能及時了解提升情況。提升機控制系統(tǒng)有手動 /半自動 / 低速檢查井筒及鋼絲繩 / 低速下放 大型設備或長材料等四種操作方式。低速檢查井筒及鋼絲繩 /低速下放 大型設備或長

23、材料兩種操作方式，為手動低速運行控制。為保證礦井安全生產(chǎn)的可靠性，因種種原因主控 PLC 退出時，經(jīng) 操作轉(zhuǎn)換開關(guān)，提升機可由輔控 PLC 控制滿載減速運行。考慮煤礦實 際，在雙 PLC 事故狀態(tài)下，系統(tǒng)能轉(zhuǎn)入繼電器方式臨時應急開車。此外，當整流柜或整流變壓器一組事故時，通過方式轉(zhuǎn)換柜，可 將其脫離系統(tǒng)，提升機可在降低功率下滿載半速運行，以保證礦井生 產(chǎn)。在主電機冷卻風機回路，設置有變頻調(diào)速裝置，現(xiàn)場可根據(jù)主電 動機發(fā)熱情況、環(huán)境溫度、季節(jié)變化等因素，自動或手動調(diào)節(jié)冷卻風 量，避免機械調(diào)風方式對風機設備的沖擊，提高風機設備壽命，同時 節(jié)能能源。3、電源 提升機房的高、低壓電源均引自礦井變電所，

24、均以雙回路電纜供 電。第二節(jié) 通風設備本礦井為低瓦斯礦井，各開采煤層均屬容易自燃煤層，根據(jù)礦井 開拓布置，通風系統(tǒng)采用中央并列抽出式通風，主、副斜井進風，專 用斜風井回風。一、設計依據(jù)1、礦井所需風量通風容易時期和困難時期均為 110/s。2、礦井所需負壓通風容易時期為 555.7Pa；通風困難時期為 1236.5Pa。3、通風設備設置 本礦井采用機械通風，在地面工業(yè)廣場內(nèi)設有回風井，其出口處 設置通風機。本礦進 風主、副井和回風井井口標高均為 +1353.0m，井底 車場標高為 +950.0m。二、通風設備方案 根據(jù)礦井通風要求，設計對離心式和軸流式通風設備進行了分析 比較，離心式通風機雖然

25、具有全壓效率高，噪音小，設備投資少的優(yōu) 點，但存在占地面積大，土建工程量大，需建返風道，反風繁瑣，系 統(tǒng)總投資高，動壓損失大，運行電耗高，綜合運營費用多等缺點，因 此設計不予推薦。對于軸流式通風設備，根據(jù)礦井所需的風量和負壓，通風機的計 算風量和負壓分別為：1.1 × 110=121（ 3/s ）易555.7+100+150=805.7（Pa）難 1236.5+100+150=1486.5 （Pa） 考慮通風設施漏風和各種阻力損失后，設計對適宜本礦井的多種 風機進行了方案比較，詳見表 6-2-1 礦井通風設備方案比較表。方案一選用的 BDK型風機為高效、節(jié)能、低噪音煤礦專用防爆軸 流

26、式通風機，是行業(yè)節(jié)能站推廣產(chǎn)品。目前該風機已在國內(nèi)礦井得到 大量應用，其兩級葉輪既是工作輪又互為導葉，減少了能量損失，提 高了風機運行效率（最高靜壓效率可達 90%），且高效區(qū)域?qū)拸V，任何 阻力下均可穩(wěn)定運行；設有穩(wěn)流裝置使性能曲線無駝峰，有效地消除 了喘振；可用一臺電機帶單級葉輪運行，以適應礦井不同時期的通風 要求，避免大馬拉小車現(xiàn)象；該風機配帶風門、消音器、擴散筒，安 裝簡單、施工周期短，維護工作量?。伙L機能反轉(zhuǎn)反風，不需設返風東風井通風設備方案比較表表 6-2-1項目單位方案 一方案二方案三通風機型號BDK-8- 242臺2K56-1302臺ANN-2250/900N2臺電動機 型號及規(guī)

27、格YBFe系列電 機 2×132kWY系列電機160kW/250kWY系列電機185kW/280kW通風機調(diào)節(jié)方式葉片角葉片角葉片角通風系統(tǒng)運行工況通 風 容 易 期風量3/s121121121負壓Pa805.7801821效率837477轉(zhuǎn)速r/min625500990葉片角（前導葉）度383343軸功率kW117.46130.97129.01年電耗kWh/a117.73×104131.27 ×104129.30 ×104通 風 困 難 期風量3/121121121負壓Pa1486.514831503效率838287轉(zhuǎn)速r/min740500990葉片

28、角（前導葉）度37.536.548.5軸功率kW216.71218.83209.04年電耗kWh/a4217.21×1044219.33 ×1044209.52 ×104投資（設備費+ 土建費）萬元170223488綜合營運費（易期/難期）萬元 /a68.66/118.478.48/122.5193.11/132.87注：電費取 0.5元/ kWh。道，土建工程量?。辉O備振動小，不需設風機基礎(chǔ)，風機和擴散器均 安裝在軌道上，即可長期運行，系統(tǒng)總投資少，年電耗省，運行費用 低。方案二選用的 2K56型軸流式通風機， 是沈陽鼓風機廠專門為煤礦 設計制造的軸流式通風機，

29、可直接反轉(zhuǎn)返風，不需要調(diào)整風機任何裝 置，為了跟蹤監(jiān)測風機的振動情況，軸承座上配有測振用底座，還可 以配套供應測振儀，但該方案需建風機房、風機基礎(chǔ)和擴散塔等，風 道較長，占地面積較大，安裝調(diào)試復雜，中間軸太長易變形，施工周 期長，配套設備多，維護量較大；總投資較高，綜合營運費也高，故 設計不予推薦。方案三選用的 ANN 型軸流式礦井通風機是引進 Howden 公司的新 產(chǎn)品，代表著世界通風設備的先進技術(shù)，其性能曲線準確，結(jié)構(gòu)設計 合理，靜壓效率高，制造質(zhì)量好，所有葉片都單獨進行了精確平衡， 葉片互換性好；設有防喘振環(huán)，有效地防止了風機喘振；該風機維護 量小，噪音低，風機、風門采用微機自動控制，

30、風機可在葉片零角度 下起動，起動平穩(wěn)，動態(tài)下能根據(jù)礦井通風需要自動調(diào)整葉片角度， 并配帶消音器、轉(zhuǎn)換風門及成套電氣控制檢測設備等，自動化程度高， 可倒轉(zhuǎn)反風，反風風量大，時間短，但該設備投資大，土建費用較高， 總投資多，目前國內(nèi)煤礦使用還較少，故本設計也不予推薦。此外，還考慮了 GAF 型風機方案，該風機為停車動葉可調(diào)軸流式 通風機，調(diào)節(jié)葉片角度方便，其靜壓效率也較高，但該風機初期投資 較大，結(jié)構(gòu)復雜，需建通風機房，土建費用多，占地面積較大，配套 設備多，總投資較高，安裝調(diào)試復雜，施工周期長，維護量較大，高 效區(qū)較窄，適應范圍小，年運營費用高，且在實際使用中，時有喘振 現(xiàn)象發(fā)生，因此設計不予推

31、薦。經(jīng)以上多方案比較可以看出， 方案三選用的通風設備技術(shù)最先進， 自動化水平最高，年電耗?。环桨敢凰x用的通風設備投資最少，綜 合運營費用最低。經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，設計推薦靜壓效率較高，高 效區(qū)域?qū)拸V，土建費用省、系統(tǒng)總投資最少，綜合運營費用最低的方 案一作為本礦東井通風設備方案。為了提高自動化程度，設計增加了 變頻調(diào)速和自動監(jiān)測系統(tǒng)。三、通風設備選型 根據(jù)通風設備選型方案和通風機的計算風量和負壓，本礦井通風 設備選用 BDK-8-24 型對旋式軸流通風機臺，其中臺工作，臺 備用。每臺通風機配用 YBFe-8 型專用防爆電動機臺，電機容量為 2 × 132kW，電壓為 380。通風系

32、統(tǒng)運行工況見表 6-2-1 。通風系統(tǒng)運行特性曲線見圖 6-2-1 和圖 6-2-2 。通風機起動時電動機容量校驗 : 由于本礦井通風設備離變壓器較近，所配電動機容量較小，又采 用變頻調(diào)速控制，實現(xiàn)軟起動，電動機容量能夠滿足風機正常起動要 求。四、通風機供配電與控制根據(jù)通風機設備選型情況、礦山電力設計規(guī)范 (GB50070-94) 和煤礦安全規(guī)程 (2001)要求，東風井通風機房的低壓電源，均以雙 回路電纜供電，其中一回工作，一回備用。電源直接引自礦井變電所。在風機主電機回路，設置有變頻調(diào)速裝置?，F(xiàn)場可根據(jù)礦井所需 風量、負壓等情況，自動或手動調(diào)節(jié)風量，避免機械調(diào)風方式對風機設備的沖擊，提高風

33、機設備壽命，同時可以節(jié)能能源，一年內(nèi)即可收 回變頻調(diào)速裝置的投資。通風機房的低壓配電設備，選用 GCY型抽屜式成套開關(guān)柜。通風 機電機采用變頻調(diào)速起動，并能通過反轉(zhuǎn)運行實現(xiàn)反風。系統(tǒng)設置有 P4系列工控計算機作為上位監(jiān)控計算機，具有故障自 診斷、流量、負壓、通風機運行工況、風門狀態(tài)等通風參數(shù)、控制系 統(tǒng)狀態(tài)、低壓電源回路等的連續(xù)實時顯示以及報表打印功能，便于通 風系統(tǒng)的測示和通風事故的預測及分析處理，保證通風機運行的安全 可靠性，同時，為礦井的通風調(diào)度提供了條件。監(jiān)控計算機與礦井調(diào) 度中心計算機聯(lián)網(wǎng)后，通過礦井調(diào)度網(wǎng)絡，相關(guān)人員能及時了解通風 機房情況。通風機控制系統(tǒng)有手動 / 集中兩種操作方

34、式， 手動方式在配電柜上 直接操作；集中方式，通過監(jiān)控計算機實現(xiàn)。五、通風機系統(tǒng)反風1、反風設施 通風系統(tǒng)的反風是通過通風設備斷電制動停機后，電機反轉(zhuǎn)再配 合風門進行反風。2、反風校驗 根據(jù)風機的反風特性曲線和通風網(wǎng)絡阻力曲線，可得知風機反風 時的工況，見圖 6-2-3。反風時電動機容量校驗：通風容易時期：通風網(wǎng)絡阻力方程為 H1=0.055Q12，在東井 BDK-8- 24 風機的反風特性曲線上作阻力曲線，可知反風時風量 Q 反1=106 s， 負壓 H 反 1=624Pa， 效率反1=40， 軸功率N 反 1=165.25（kW ）2×132kW。通風困難時期：通風網(wǎng)絡阻力方程為

35、H2=0.1015Q22 ，在東井BDK-6- 24 風機的反風特性曲線上作阻力曲線，可知反風時風量 Q 反 2=83 s， 負壓 H 反 2=711.6 Pa， 效率反 2=40， 軸功率 N 反 2=147.66（kW ）2×132kW。東井各個時期通風系統(tǒng)反風風量均大于 40%的正常風量，反風時 間小于 10min。所選通風機和電動機容量滿足反風要求。第三節(jié) 排水設備一、設計依據(jù)本礦井在東副斜井井下 +950.0m大巷水平設置主排水泵房。 本礦井井下正常涌水量 239m3/h ，最大涌水量 359m3/h 。 排水管路沿東回風斜井敷設，其井口標高為 1353.0 ，井筒傾 角

36、18°向下，見煤后沿煤層布置，長度 1322m左右，經(jīng)管子道至副斜 井井底主排水泵房。井下水需經(jīng)處理后作為礦井生產(chǎn)用水，水處理需增加揚程 8m。 排水總垂高 411m。二、排水方案比選 根據(jù)礦井涌水量和所需總排水高度，采用通過鑒定的礦井排水 設備選型優(yōu)化設計計算程序 ，選出了適合本礦井的排水設備方案四 個，其技術(shù)經(jīng)濟比較見表 6-3-1 。根據(jù)表 6-3-1 可知：方案三 D155-67×7 為清水泵，配套電動機容 量小，但水泵臺數(shù)多，且所配電動機為高速電動機，還需另配潤滑油 站，系統(tǒng)復雜，維修工程量大，高速運行使得水泵磨損快，噪音大，排水設備選型方案表表 6-3-1內(nèi)容單

37、 位技術(shù)參數(shù)方案一方案二方案三方案四設計依據(jù)礦井正常涌水量m3/h239礦井最大涌水量m3/h359排水垂高m411排 水 設 備水泵型號MD280-×658（改）MD280-65×7D155-67 × 7PJ150-65×7水泵臺數(shù)臺3555電機型號YB 型、4 極YB 型、4 極YB 型、2 極YB 型、4 極電機參數(shù)10kV,630kW10kV,560kW10kV,355kW10kV,560kW排水管路2-D273 ×83-D273×83- D219 ×73-D273 × 8正 常 涌 水 期 工 況水泵臺數(shù)

38、臺1222排水管工作趟數(shù)1222流量m3/h300274.9159.56262.16揚程m465.08457.92461.53459效率%75.375.9174.1273.77吸程m6.316.075.347.1軸功率kW504.92460.63275.93453.09日排水時間h/d19.1210.4317.9610.93最 大 涌 水 期 工 況水泵臺數(shù)臺2232排水管工作趟數(shù)2333流量m3/h300304.3159.56310.15揚程m465.08440.44461.53448.21效率%75.375.974.1277.17吸程m6.315.65.346.69軸功率kW504.924

39、90.5275.93500.36日排水時間h/d14.3614.1517.9913.88年電耗kW.h/a4356000430190045714004394800基建投資元1531400239190017826002406100綜合營運指標元/a243300254900025830002595000注：電費按 0.5 元/kW.h 計算 。故設計不予推薦。方案四 PJ150-65×7 為引進英國技術(shù)制造，汽蝕性 能好，但投資和營運費用高，故設計不予推薦。方案一、二均為 MD型 耐磨泵，適宜本礦井水質(zhì)差的具體情況，礦山實際使用多，產(chǎn)品成熟。 方案二雖然水泵級數(shù)少，但水泵臺數(shù)和管路趟數(shù)多

40、，投資和營運費均 高于方案一，因此，通過綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較及計算機優(yōu)化，同時考 慮到井下水礦化度較高，水質(zhì)差的具體情況，設計推薦方案一作為本 礦井的排水方案。三、設備選型經(jīng)計算機優(yōu)化選型設計計算，本礦井主排水設 備選用 3 臺 MD280-65 ×8（改）型礦用耐磨離心式排水泵， 配 YB 型、4 極、10kV、 630kW 礦用隔爆型電動機， 正常涌水期 1臺工作，1 臺備用，1臺檢修。 最大涌水期 2 臺工作，1 臺檢修。由于該水泵揚程富裕太大，因此，水泵的流量大，吸程低，超過 了水泵運行的工業(yè)利用區(qū)，并且所配的電動機也要相應加大，投資和 運行都不經(jīng)濟，所以，設計要求水泵采用削小

41、葉輪直徑的措施，以滿 足本設計的流量要求。排水設備技術(shù)參數(shù)見表 6-3-2 。排水設備運行特性曲線見圖 6-3-1 。排水系統(tǒng)布置見圖 6-3-2 。 為了節(jié)約能源，排水系統(tǒng)設計選用 ZPB-G 型高壓氣、水兩用射流 裝置，使水泵實現(xiàn)無底閥運行。四、排水管路排水管路選用 2 趟 D273×8 無縫鋼管，分段選擇壁厚。正常涌水期 1 趟工作，最大涌水期 2 趟工作。排水設備技術(shù)參數(shù)表表 6-3-2內(nèi)容單位技術(shù)參數(shù)新管舊管設計依據(jù)礦井正常涌水量m3/h239礦井最大涌水量m3/h359排水垂高m411排 水 設 備水泵型號MD280-65 × 8（改）水泵臺數(shù)臺3電機型號YB

42、型、4 極、礦用隔爆型電機參數(shù)10kV 、 630kW排水管路2-D273 ×8正 常 涌 水 期 工 況水泵臺數(shù)臺11排水管工作趟數(shù)11流量3m3/h329.7300揚程m451.04465.08效率%76.575.3吸程m5.756.31軸功率kW529.7504.92日排水時間h/d17.419.12最 大 涌 水 期 工 況水泵臺數(shù)臺22排水管工作趟數(shù)22流量m3/h329.7300揚程m451.04465.08效率%76.575.3吸程m5.756.31軸功率kW529.7504.92日排水時間h/d13.0714.36年電耗kW.h/a4356000注：電費按 0.5 元

43、/kW.h 。五、配電與控制主排水泵的高壓配電設備，設置在井下中央變電所。同時，在主 排水泵房，設有就地操作箱。為了實現(xiàn)礦井井下主排水自動化，設計有自動化排水系統(tǒng)。該系 統(tǒng)采用防爆 PLC 控制，能根據(jù)井下水倉水位自動起停水泵，工作泵故 障時，備用水泵自動投入。系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，并具 有完善的顯示、保護及報警功能。系統(tǒng)控制設備，置于井下中央變電 所。笫四節(jié) 壓縮空氣設備一、設計依據(jù) 本礦井設計機械化水平高，礦井主要用氣地點集中在地面制氮設 備和排矸車間。井下生產(chǎn)和掘進用壓縮空氣地點在各掘進工作面上， 礦井生產(chǎn)后期巖巷掘進工作面最遠用氣點距工業(yè)場地達7km 左右。礦井用氣設備型號、

44、數(shù)量和耗氣量情況見表 6-4-1 。二、礦井總用氣量計算根據(jù)礦井用氣設備布置情況及工作特點，對不同工作地點和工作 性質(zhì)的用氣設備，分別考慮管路漏氣、設備磨損及海拔高度因素后計 算用氣量如下：1、地面制氮設備用氣總量初期 1=12Miqiki=1×1×1.04 ×(2×54×1)=112.32(m3/min)2、地面排矸車間和機修間用氣總量為礦井用氣設備地點及用氣量表表6-4-1序號用氣地點設備耗氣量3 (m3/min 臺 )工作壓 力(MPa)總耗氣量(m3/min)名稱型號臺數(shù)1地面制氮站制氮機KGZD-12002540.81082排矸車間加

45、壓過濾機2600.81203機修 間空氣錘10.850.70.854巖巷普掘工作面 2個風鎬G102×11.20.52×1.2氣腿式鑿巖機ZY-242×22.80.52×5.6混凝土噴射機PS-JP2×1580.52×85煤巷綜掘工作面 3個混凝土噴射機PS-JP3×1580.53×82=12Miqiki=1.1 ×1×1.04 ×(2× 60×1+0.85) =138.25(m3/min)3、礦井地面用氣總量：Qd=Q1+Q2 =112.32+138.25=250

46、.57(m3/min )。4、井下各掘工作面用氣總量考慮到掘進工作面噴射機噴漿時其它風動工具不工作，計算總用 氣量時，只考慮同時工作的最大用氣量，由此計算出礦井井下各掘工 作面用氣總量為：3=12Miqiki=1.1 ×1.15 ×1.04 ×1×8×1=10.52 (m3/min)35、礦井井下總用氣量為： Qj= 5 ×Q3=5×10.52=52.6(m 3/min)6、全礦井總用氣量：Q 初=Qd +Qj=250.57+52.6=303.17(m3/min )。三、壓縮空氣設備方案根據(jù)礦井用氣設備布置及用氣量情況，設計

47、考慮了集中供氣、分 散供氣、集中與分散相結(jié)合供氣等方案。鑒于本礦井用氣設備主要集 中在地面制氮站和排矸車間，其它處用氣量相對較小，在制氮站附近 設置一個地面集中空壓機站供全礦井用氣較為合理，但考慮到本礦井 井下用氣點距較離遠， 后期用氣點距離達 7km，若井下掘進工作面也采 用地面集中供氣，輸氣管路長，使用不便，另一方面，由于制氮設備 是根據(jù)采空區(qū)監(jiān)測結(jié)果進行工作的，工作不一定連續(xù)，而井下掘進工 作面是在較長時間里連續(xù)掘進的，且制氮設備和加壓過濾機用氣量較 大，需配備較大壓氣量的空壓機，當制氮設備不工作而要掘進時，運 轉(zhuǎn)較大的空壓機，勢必造成更大能源浪費，使運行費用增高；而全礦 井用氣地點較多

48、，都采用分散式供氣方案，設備臺數(shù)多，設備和土建 投資較大，不便管理和操控，設計也不宜推薦。經(jīng)上述綜合技術(shù)經(jīng)濟比較(詳見表 6-4-2 )，為了充分發(fā)揮集中供 氣和分散供氣的優(yōu)點， 克服各自弊端， 設計推薦本礦井采用集中與分散式相結(jié)合的供氣方案，將制氮和掘進生產(chǎn)分開供氣，在制氮站建一個地面集中空壓站，供礦井地面所有用氣設備，在礦井井下各掘進工作面附近的進風流中設置井下移動式壓縮空氣設備分散供氣。根據(jù)國內(nèi)新建礦井的調(diào)查情況，考慮到安全可靠，經(jīng)濟實用的原 則，本礦井均選用具有高效率，低噪音，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，運轉(zhuǎn)維 修費用低，安裝方便的螺桿式空氣壓縮機。四、壓縮空氣設備選型根據(jù)礦井地面總用氣量及配置

49、情況，本礦井地面空壓站可選 8 臺 42m3/min 或 5 臺 64m3/min 兩種空壓機方案， 42m3/min/250kW 方案，設 備臺數(shù)太多，不便管理，雖然它比 64m3/min/355kW 方案總投資少 200 萬元，但 64m3/min/355kW 空壓機是引進英格索蘭公司的新產(chǎn)品，代表 著世界空壓設備的領(lǐng)先進技術(shù)，質(zhì)量可靠，維護費用低，采用二級壓 縮，效率高，比功率小，比一級壓縮螺桿空壓機節(jié)約能耗15%， 5 臺64m3/min/355kW 空壓機運行總功率比 8臺 42m3/min/250kW 還少 225kW， 電耗省，運行費用少。因此推薦本礦井地面空壓站采用 64m3/

50、min 空壓 機方案，初期選用 M350-2S型螺桿式空壓機 5 臺，其排氣量為 64m3/min, 排氣壓力為 0.85MPa?？諌簷C配用 10kV,355kW異步電動機，初期 4 臺 工作，臺備用。地面空壓機站設置在工業(yè)場地制氮站旁，空壓機呈單列布置，初 期安裝 5臺設備，考慮礦井后期發(fā)展，預留 1 臺設備安裝位置。地面空壓機采用多臺機組聯(lián)合控制，以根據(jù)用氣量的變化操控相 應數(shù)量的設備，起到節(jié)能降耗作用。根據(jù)礦井井下總用氣量及風動工具配置情況，本礦井井下選用SM-475型井下移動式空氣壓縮機 6 臺，5 臺工作，1 臺備用。每臺空壓 機排氣量 13 m3/min, 排氣壓力 0.7MPa，

51、隨機配用一臺 1140V，75kW， 1480r/min 的防爆電動機。 空壓機采用風冷冷卻方式， 布置在掘進工作 面附近的主要運輸巷的進風流中。五、壓風管路 經(jīng)計算，地面制氮站至排矸車間壓縮空氣主管路選用D219×6mm低壓流體焊接鋼管一趟， 至機修間支管路選用 D48×3.5mm低壓流體焊 接管，管路均采用法蘭或普通管接頭連接，沿地下埋設，并在管路低 凹處設油水分離器。井下空壓機至掘進頭的壓風管路選用 D88.5×4mm低壓流體輸送鋼 管，所有管路均采用快速管接頭聯(lián)接，并在管路低凹處設有油水分離 器。六、附屬設備 地面空壓機的冷卻采用循環(huán)水冷冷卻方式，冷卻水泵

52、采用水位自 動控制。為了方便安裝與檢修，空壓機房內(nèi)配備 SSQ-3型 10t 手動雙梁起 重機一臺。七、供電與控制 地面空壓機的自動控制設備，附帶在機械設備上，成套供貨?？?壓機廠家配套供貨的電控設備，應具有壓縮空氣站設計規(guī)范 (GBJ29-90) 要求的流量檢測、熱工測量儀表，并配備自動保護裝置， 能實現(xiàn)對空壓機的斷水、斷油、超溫、超壓保護，并能實現(xiàn)自動報警和延時停機在操作控制室，設置集中儀控臺一套。集中操作顯示空壓機、冷 卻水泵等的熱工測量參數(shù)、設備運行狀態(tài)，并能集中報警和集中控制。 集中儀控臺內(nèi)設置有 P4系列工控計算機作為監(jiān)控站， 具有故障自診斷、 高低壓電源回路、空壓機參數(shù)等的實時顯

53、示以及報表打印功能，便于 事故的預測和分析處理，保證空壓機安全可靠的運行。該監(jiān)控計算機 能與礦井調(diào)度中心計算機聯(lián)網(wǎng)，把空壓站運轉(zhuǎn)情況及有關(guān)參數(shù)及時傳 遞給中央調(diào)度室，通過礦井調(diào)度網(wǎng)絡，相關(guān)人員能及時了解空壓站情 況?？諌簷C的高壓電源，以一對一供電的方式，直接引自礦井變電所， 低壓配電設備，采用 GFD380型固定式低壓配電柜，低壓電源也引自礦 井變電所，以雙回路電纜供電，其中一回工作，一回備用。井下掘進 用空壓機供電由井下變電所直接供電，電控由主機廠隨機配套。第五節(jié)制氮設備本礦井開采煤層屬容易自燃煤層。 本著預防為主的方針， 根據(jù)煤 礦安全規(guī)程的要求，設計考慮對煤層自然發(fā)火進行綜合防治，將拖

54、管、間歇式注氮系統(tǒng)作為礦井防滅火的一種重要措施，并在井上下建 立相應的防滅火安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)。一、設計依據(jù) 本礦井采用斜井開拓方式，根據(jù)開拓布置，礦井采用中央并列抽出式通風，主、副斜井進風，專用風井回風本礦井裝備兩個綜采工作面，一個生產(chǎn)能力 3.3Mt/a 綜采工作面， 需防滅火注氮量為 1100m3/h；另一個生產(chǎn)能力 1.5Mt/a 綜采面，需防滅 火注氮量為 850m3/h。礦井初期兩個工作面防滅火需要的注氮總量為 1950m3/h，預計后期全礦井需要的防滅火注氮總量達 3000m3/h。二、制氮設備方案根據(jù)設計依據(jù)，經(jīng)計算，全礦井初期制氮設備需產(chǎn)氮量為 2340m3/h。預計后期全礦井制氮設備需產(chǎn)氮量為 3600m3/h。按礦井要 求制氮設備的產(chǎn)氮量，深冷空分式、變壓吸附式和膜分離式制氮設備 均可滿足，但深冷空分制氮，產(chǎn)氮效率較低，能耗大，設備投資大， 需要龐大的廠房，且運行成本較高，設計不