06第六章提升通风排水压风和制氮设备

【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-166-第六章提升、通风、排水、压风和制氮设备本矿井为改扩建矿井，设计年生产能力1.8Mt/a，采用斜井—竖井混合开拓方式，阶段石门片盘式开采工艺，全矿井设四条井筒，主井为皮带斜井，担负矿井原煤提升任务；副井为材料井，担负除人员外全部辅助提升任务；第三条斜井为行人井，内设架空乘人器，专门升降井上、下人员；竖井为风井，担负矿井通风任务。三条斜井设在工业广场内，风井设在山坡上。主井井口标高：+1558.6；行人副井井口标高：+1556.5；材料副井井口标高：+1557.5m；风井井口标高：+1568.22；井下设二个主开采水平，初期水平标高+1200m；后期水平标高+900m。矿井工作制度为年330d，16h，四班作业。第一节提升设备本矿井设计年生产能力1.8Mt/a，主井井口标高＋1558.6m。主井为皮带斜井，担负全矿井原煤提升任务。一、主井提升设备矿井开拓方式为斜—立混合方式，主井为斜井，倾角为23°，提升方位角为71°29′19″，主井井口标高为+1558.6m。【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-167-主井提升设备经过多方案比选，并参考目前国内大型煤矿主井提升方式，确定主斜井采用大倾角钢绳芯带式输送机。初期煤流系统为采区所开采原煤先由+1266m运输顺槽胶带输送机（两条）分别转载至1266m区段运输石门胶带输送机，再由1266m石门胶带输送机转载至1260m运输中巷胶带输送机上，最终通过1266m采区运输石门胶带输送机将原煤运往采区溜煤眼，采区溜煤眼下口设有甲带式给料机将原煤给至主井大倾角胶带输送机上，由主井大倾角胶带输送机将原煤提升至地面。为了提高矿井的现代化管理水平，在井口驱动机房内的胶带输送机上，设置了一台电子皮带秤，可以实现分班定产，分班计量，实现矿井的数据化管理。（一）主井提升设备的选型矿井设计年产量为180万吨，年工作制为330天，日产量为5455吨，每天净提升时间为16小时。其主要技术参数确定如下：1、输送机倾角及长度：主井井筒斜长约为1020m，倾角为23°，主井井口位置以上胶带机变坡为16°，输送机总长约为1067.44m，提升高度约为413m。2、输送能力的确定；因主井井底设有较大的煤仓，可缓解采区工作面的峰值煤量，按照《煤炭工业矿井设计规范》第8.1.9条相关规定，主斜井胶带输送机提煤的不均衡系数确定为1.2，工作制度为年工作330天，【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-168-每天提升16小时，主井大倾角胶带输送机的生产能力应为：Q=1633010000180×1.2=409t/h≈410t/h但考虑井下采区工作面的峰值煤量及石门胶带输送机的输送能力，再综合考虑主井胶带机的胶带选型，确定主井胶带输送机的输送能力为：Q=600t/h。3、带宽和带速：目前，随着大型矿井的建设和发展，要求带式输送机的输送能力和运距随之增长，方法之一就是提高带宽或带速来满足输送能力的要求。在输送能力一定时，带宽与带速成反比，即带速越高，要求的带宽越小，所以提高带速，可减小胶带机断面及井巷工程量；带速越高，物料单位长度质量愈小，所需胶带强度愈低，减速器减速比越小，设备费用及投资随之减少。所以本次设计根据设计比选及考虑本次设计中的主井胶带输送机运量的提高、国产胶带强度的限制等因素，确定胶带机带速为：V=3.15m/s。根据下表可以看出，B=1000mm，虽然井筒断面可减小，但胶带强度（ST4500）太高，国产胶带质量目前难以保证，且胶带安全系数偏大，造成投资浪费；B=1200mm，胶带强度（ST3150）适中，而且带宽为1.0m与1.2m的胶带投资相差不大，即胶带机的投资亦差别不大，且ST3150规格的胶带，目前国产胶带的质量基本就能满足要求，不需选用进口胶带，无需增加设备投资，而且胶带的安【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-169-全系数也适中，且满足规范要求，经计算比较，主井输送机确定选用带宽B=1200mm，带速为V=3.15m/s。型号为ST3150型，电机功率为3×450kW。驱动装置选用MST可控起动系统。不同带宽及带速的胶带输送机的技术比较表6-1-1带宽、带速参数B=1000mmB=1200mmV=2.5m/sV=3.15m/sV=2.5m/sV=3.15m/s运量Q=600t/hQ=600t/hQ=600t/hQ=600t/h轴功率822kW846.5kW819kW835.55kW电机功率3×450kW3×450kW3×450kW3×450kW胶带(MT667标准)ST4500阻燃钢绳芯胶带ST4500阻燃钢绳芯胶带ST3150阻燃钢绳芯胶带ST3150阻燃钢绳芯胶带胶带安全系数8.349.387.118.06胶带每米估价1689元/米1689元/米1815元/米1815元/米计算带宽≥1.02≥0.91≥1.02≥0.91滚筒直径D=1600D=1600D=1400D=1400比较胶带强度高安全系数满足胶带强度高安全系数满足胶带强度适中安全系数偏低胶带强度适中安全系数满足验算胶带宽度：B=CVKQ=8.075.090.015.3430600=0.91m＜1200mm满足要求式中：Q——输送时Q=600t/h；V——带速V=3.15m/s；γ——物料容重γ=0.90t/m3;【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-170-C——倾角系数C=0.75K——断面系数K=430ξ——速度系数ξ=0.8验算后带速、带宽满足要求，适应本矿井的原煤提升要求。4、胶带安全系数：胶带安全系数m的取值与产品质量有关，且与接头的质量、数量及驱动装置的选择有关，另外，运行、维护及管理也是一个重要因素，根据目前我国胶带的生产水平和国内已投入使用的带式输送机的运行情况，ST3150的胶带在国内已应用广泛,也较成熟，特别是近年来软起动驱动装置的应用，改善了大型胶带输送机的运行状况，所以确定胶带的安全系数m≥7～9。5、驱动装置的功率计算：采用双滚筒三电机驱动方式：经胶带机计算公式计算，传动滚筒总轴功率为：N0=835.55kW。考虑电机功率备用系数取K=1.3～1.5；取K=1.35故电机功率：N=K·N0=1.35×835.55=1128kW确定选型电机功率：3×450=1350kW6、选择胶带：经计算公式计算：胶带机最大张力点张力为Smax=468948N。确定选用胶带B=1200mm，胶带强度为ST3150N/mm的阻燃型钢绳芯胶带。校核胶带安全系数：NA=ST*B/Smax【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-171-=3150×1200/468948=8.06≥7.4～8.4（静安全系数）符合《煤矿安全规程》第三章、第三节第六百二十五条中关于胶带静安全系数的规定。7、验算提升时间及输送能力：每天提煤的时间为T0，生产不均衡系数为1.15，设计日产量为5455吨。T0=1.15×5455/600=10.46（h）＜16h由以上验算可知，输送机输送能力Q=600t/h，完全满足矿井的生产能力及提升时间的要求。(二)驱动装置的方案比选本带式输送机属长距离、大运量、大倾角、大功率的胶带输送机，是矿井生产的关键设备，对矿井的正常生产和经济效益具有决定性作用。而大型胶带输送机应具有良好的软起动性能，所以驱动装置的选择是关键问题，驱动装置的配置是否合理，对设备的投资及胶带机的安全、可靠运行至关重要。目前，大型胶带输送机设计可采用的较为先进的驱动方式有以下两种方式：方式一：电动机+减速器+交—交高压变频器驱动系统此种软起动方式的优点为：1、完全可调节起动速率，起动、软制动性能良好；2、电机+减速器的驱动方式，占地少，无漏软油的麻烦；3、节能，无运行功率损耗；【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-172-4、可以实现多机功率平衡；5、响应速度快，调速性能好；6、可以40%～100%的任何速度下长期运行，满足低速验带要求。但其缺点也尤其突出，具体表现为以下几点：1、投资过高；2、变频器的工作原理导致对电网的谐波影响；3、无法实现多台电机分时空载起动；4、电气传动环节多，电控系统复杂，维护工作量较大。变频方案，投资高，电控系统复杂，维护工作量大，但由于通过变频方式调节速度，电机效率高，电机裕量更大，并节约电能，且综合运营费低，但初期投资过高，不能吸收冲击荷载，对设备寿命有一定影响。方式二：机械软起动驱动系统此种软起动方式是目前常用的较为先进的驱动方式，又分为两种方案：方案一：电动机+MST可控软起动装置（简称MST）驱动系统；方案二：电动机+CST可控起动装置（简称CST）驱动系统；以上两种机械软起动方式均具有良好的起动性能，具体性能及优缺点详见表6-1-2。由以上两方案对比可知，MST方案，技术成熟，可靠性高，电控系统简单，维护工作量较小，性价比高，投资较省，综合运营费低，售后保障体系完善，服务及时。【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-173-主井大倾角胶带输送机驱动系统技术经济方案比较表6-1-2方案方案一方案二驱动方式MST驱动系统CST驱动系统驱动系统组成鼠笼电机+MSTN=3×450KW3套电控系统：控制柜、开关柜等鼠笼电机+CSTN=3×450KW3套电控系统：控制柜、开关柜等驱动装置（万元）3×72=2163×110=330土建（电控室）±0±0投资差价（万元）±0+114优点1、完全可调节起动速率，软起动、软制动性能良好，可降低胶带强度，延长胶带的使用寿命；2、体积小、安装方便、故障率低；3、正常运行时，滑差小，传动效率高；4、驱动主电机可实现分时空载起动，对电网冲击小，具有过载保护功能；5、可以实现多驱动电机之间的功率平衡。6、能满足低速验带要求；7、模块化设计，技术成熟；8、初期投资低；9、使用国产油品，综合运营费低；10、设备维护简便。1、完全可调节起动速率，软起动、软制动性能良好，可降低胶带强度，延长胶带的使用寿命；2、体积小、故障率低；3、正常运行时，滑差小，传动效率高；4、驱动主电机可实现分时空载起动，对电网冲击小，具有过载保护功能；5、可以实现多驱动电机之间的功率平衡。6、能满足低速验带要求；7、技术成熟。缺点1、低速验带运行时效率低，易发热，不能低速长期运行；1、低速验带运行时效率低，易发热，不能低速长期运行；2、初期投资高；3、使用专用油品，依赖进口，综合运营费高；4、用户现场维修难；【百灵煤矿180万吨/年矿井初步设计·说明书】【第六章】兰州煤矿设计研究院-174-CST方案，技术成熟，可靠性高，但初期投资高，使用专用油品，完全依赖进口，综合运营费高，用户现场维修难，必须由供应商自己维修。目前，国内煤炭行业长距离、大运量、高速运行的带式输送机驱动系统采用MST系统已很成熟，从运行、维护及取得的经济效益看，用户比较满意。综合以上因素，设计推荐MST可控起动系统为主斜井胶带输送机的驱动系统。经计算选型及方案比选，主斜井带式输送机主要技术参数为：B=1200mm，Q=600t/h，β=16°-23°，L≈1067.44m（斜长），V=3.15m/s，采用ST3150阻燃型钢绳芯胶带（安全系数＞7.4），采用头部双滚筒三电机驱动，驱动滚筒总轴功率为835.55kW。功率配比：2：1。电动机：型号：Y400-50—4，N=450kW（3台）；MST可控起动装置：MST450型i=33.39（3套）；低速轴逆止器：NJD280型逆止力矩：Te=280kN-m（2台）；拉紧装置：液压自动拉紧装置：SYZ1—A—10/5；拉紧力：T=5t拉紧行程：S=10m（布置在机尾）；按照新的《煤矿安全规程》中第373条规定，本胶带机还设置两级跑偏开关，