工业场地总体布置及地面生产系统类型.doc

第六章 矿井其它生产系统 矿井生产系统包括地面生产系统和井下生产系统两部分。 地面生产系统通常包括地面提升系统、运输系统、排矸系统、选煤系统和管道线路系统。此外，还有变电所、压风机房、锅炉房、机修厂、坑木加工场、矿灯房、浴室及行政福利大楼等专用建筑物。对于水采矿井，地面还需设置高压泵房、脱水楼和煤泥沉淀池等。这些生产系统和设备、建筑物所占用的地面场地，称为地面工业场地。地面生产系统的主要任务是煤炭经过运输提升到地面后的加工和外运，还要完成矸石排放、动力供给、材料设备供应等工作。 井下生产系统有掘进、采煤和运输提升等三个主要过程，还有通风、排水、材料和动力供应等辅助生产系统。而掘进和采煤是最主要的两项工作。井下生产系统的主要任务是保证井下采煤、掘进、运输、提升、排水和通风等工作正常进行，把采掘出来的煤炭和矸石输送到地面，再和地面生产系统相衔接。同时，将动力、材料和设备，送至所需地点。 第一节 工业场地总体布置及地面生产系统类型 一、工业场地总体布置 工业场地是围绕井口布置的，其场址选定后，根据地面生产系统的特点，将各种建筑物、构筑物布置在工业场地范围内，并绘制工业场地布置平面图，以便按照设计进行施工，这项工作叫做地面工业场地的总平面布置。工业场地的总体布置通常有以下两种方式。 （一）分散式 这种布置方式的特点是工业场地内各建筑物与构筑物基本上单独修建和分散布置，建筑物的体积比较小，而数目较多。目前，多数矿井属这种布置方式。分散式布置方式适合于地形复杂、机械化程度不高的中小型矿井。 （二）综合式 综合式布置的特点是把工业场地内的建筑物组合成大型综合建筑物，即所谓的同体建筑物。采用综合式布置时，各建筑物与构筑物的组合，要最大限度地适合生产工艺过程的要求，缩短运输距离，并使建筑结构尽量简单 主井同体建筑物中各单元都是与主井生产有联系的车间。如主井提升机房、主井井口房、锅炉房、变电所等。副井同体建筑布置都是为副井生产系统服务的车间与设备，如副井提升机房、副井井口房、空气加热室、机修厂、材料仓库等。行政办公和福利设施联合建筑是由办公室、会议室、浴室及灯房组成。 采用综合式布置，能使建筑物与构筑物高度集中，工业场地的面积大为缩小，节约用地面积。新建大型矿井应考虑采用这种布置方式。 除以上两种布置方式外，还有介于上述两者之间的半综合式布置。其特点是将一部分生产上联系密切的建筑物布置在一起，形成大型综合性的厂房，使建筑物的数目和占地面积有所缩小。 二、矿井地面生产系统 （一）矿井地面生产系统的类型 1．无加工设备的地面生产系统。这种生产系统适用于原煤不需要进行加工，或拟送往中央选煤厂去加工的煤矿。原煤提升到地面以后，经由煤仓或贮煤场直接装车外运。 2．设有选矸设备的地面生产系统。这种生产系统适用于对原煤只要选去大块矸石的煤矿，或者在生产煤炭的煤矿中，由于大块矸石较多，而洗选厂又离矿较远，为了避免矸石运输的浪费和减轻洗选厂的负担，在矿井地面设置选矸设备。 3．设有筛分厂的地面生产系统。这种生产系统适用于生产动力煤和民用煤的煤矿。原煤提升到地面后，需要按照用户对煤质与粒度的要求进行选矸和筛分，不同粒度的煤分别装车外运。 4．设有洗选厂的地面生产系统。这种生产系统适用于产量较大、煤质符合洗选要求的矿井。 （二）排矸与运料系统 矿井在建设和生产期间，由于掘进和采煤，都要使用或补充大量的材料、更换和维修各种机电设备，同时还有大量的矸石运出矿井，特别是开采薄煤层时，矸石的排出量有时可达矿井年产量的20以上。因此，正确地设计排矸系统，合理确定材料运输线路，也是一个重要问题。 1．矸石场的选址及类型。由于矸石易散发灰尘，有的还有自燃发火危险，所以在选择矸石场地时，一般设置于工业场地、居住区的下风方向，且地形上有利于堆存矸石，并尽量不占或少占良田。 矸石不得堆在供水水源上游的河床上。能自燃的矸石，不得堆放在煤层露头和表土下10m以内埋藏有煤层的地面上，或采空区可能塌陷而影响到井下的范围内。 矸石场按照矸石的堆积形式可以分为平堆矸石场和高堆矸石场两种。目前采用较广泛的是高堆矸石场，这种矸石场堆积矸石的高度，一般为25～30m，矸石堆积的自然坡度角为40～45。高堆矸石场的布置紧凑，设备简单，但矸石场的占地面积大，且矸石堆附近灰尘较多。 2．材料、设备的运输。矿井正常生产期间，需要及时供应各种材料、设备，维修各种机电设备。这些物料是经由副井上下，因此，材料、设备的运输系统布置必须以副井为中心。一般由副井井口至木材加工场、机修厂和材料库等，都铺有窄轨铁路。需要供应的材料和设备，装在矿车上用电机车牵引到井口，井下需要维修的机电设备也由副井提升到地面，由电机车牵引送往机修厂。 （三）地面管线系统 为了保证矿井生产、生活的需要，地面工业场地内还需敷设上下水道、热力管道、压缩空气管道、地下电缆等。在进行上述管线具体布置时应在满足使用要求的前提下，紧凑合理，线路短捷，相互协调，整齐美观。 第二节 矿井运输与提升系统 矿井运输与提升的任务是把煤炭和矸石从采、掘工作面运到地面，运送材料、设备和人员。 一、运输与提升方式 （一）采煤工作面运输方式 （二）区段平巷运输方式 （三）采区上（下）山运输方式 （四）大巷运输方式 （五）井筒提升方式 二、运输与提升设备类型 （一）运输设备类型 1. 输送机 根据构造不同，输送机可分为刮板输送机和带式输送机两类。 1）刮板输送机 刮板输送机按结构分为刚性和可弯曲两种型式。 2）带式输送机 带式输送机主要有以下几种类型 （1）可伸缩带式输送机。 （2）钢绳牵引带式输送机。 （3）水平弯曲带式输送机。 （4）大倾角带式输送机。 （5）管状带式输送机。 （6）气垫式带式输送机。 2．轨道运输 1）轨道 井下的轨道结构和地面铁路轨道相同，由道床、轨枕和钢轨等组成 2）矿车 煤矿使用的矿车类型很多，按卸载方式分有以下几种 固定车箱式矿车，依靠专用卸载设备卸载，常用的容积为1.1～3.3m3；V型翻斗车，车箱能侧向翻倾卸车，其容积为0.6～1.7 m3；底卸式矿车，车底开启卸车，在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸。常用的容积有3.3～5.5m3。此外，还有侧卸式矿车、仓式列车、梭形矿车及材料车、平板车、人车。 3）钢丝绳运输 钢丝绳运输是绞车通过钢丝绳牵引单个或数个矿车在倾斜或水平的轨道上运行。分为有极绳运输和无极绳运输两种。 （1）有极绳运输。即钢丝绳的一端固定在绞车上，另一端钩挂在矿车上运行，适用于6～25倾斜井巷。常用的有极绳运输分单绳运输和双绳运输。 （2）无极绳运输。该运输方式是钢丝绳绕过无极绳绞车的主动轮和尾轮、绳头、绳尾连接在一起，电动机带动主动轮转动，使钢丝绳不停的转动，连续运行。 4）电机车运输 电机车是以电力为动力，用牵引电动机驱动车轮的机车。 5）新型的辅助运输 （1）单轨吊车运输。单轨吊车是用一根悬挂在巷道上方的钢轨作为导向装置。 单轨吊车适用于运送材料、人员和设备，可以在水平巷道，也可在倾斜（≤30）巷道中使用。拐弯灵活，可以在两条相互垂直的巷道内连续运输，操作方便。但安装技术较为复杂。 （2）卡轨车运输。卡轨车是利用列车轮组卡在槽型钢轨上运行的一种运输方式。是窄轨运输的一种发展。 卡轨车有钢丝绳和柴油机两种牵引方式。钢丝绳牵引时爬坡能力可达45，适用于复杂断面内的物料和人员运输，以及生产能力大的采区。 （3）齿轨车运输。齿轨车是在普通窄轨中间装齿条作齿轨，使用时机车上也要增设与齿轨啮合的传动齿轮，驱动机构带动传动齿轮啮合运行，可行驶在不平的轨道上，爬坡可达14，可使运输连续化。 （4）无轨胶轮运输车和轨道胶套轮机车。无轨胶轮车又称自行矿车，使用灵活不需轨道，可以直接在较硬的巷道底板上运行，适合开采近水平煤层工作面搬家运输，以及与连续采煤机配合使用。矿车爬坡能力重载时可达12，空载时可达30，一般用柴油机或蓄电池作为动力。无轨运输车被普遍认为是解决辅助运输问题较有希望的技术途径。 有轨胶套轮机车是在普通轨道运输的基础上，将机车的钢轮套上一个胶质套圈作轮缘面，同时加装新型制动闸，以便有效地加大机车牵引力和制动能力，可以在5～7以下的倾斜巷道上行驶。牵引动力一般为蓄电池提供，可以机动灵活地使用在沿煤层起伏不平的巷道中，是比较理想的掘进运输设备之一。 （二）提升设备类型 矿井提升设备是联系地面和井下的重要工具。通常有提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架、天轮等组成 1．立井提升 1）立井箕斗提升 煤矿主井提升煤炭，立井多用箕斗。 两个箕斗分别由两根钢丝绳7吊挂，钢丝绳的另一端绕过天轮2，各以相反的方向缠绕在提升机滚筒上，提升机滚筒旋转时，箕斗一个向上一个向下移动，并同时到达装载和卸载位置，使装、卸载工作同时进行。 我国单绳箕斗系列有3t、4t、6t、8t四种规格，更大的容量可专门设计，近年来提升设备趋向大型化和自动化，最大的箕斗有效载重量在国外已超过50t。 2）立井罐笼提升 立井副井的提升容器普遍采用罐笼，用来提升材料、设备、矸石并供人员上、下。在中、小型矿井中也可以用罐笼提煤。 2．斜井提升 1）斜井箕斗提升 2）斜井串车提升 串车提升就是将一组重车，在井下挂到钢丝绳钩上沿井筒提升到地面，摘下绳钩，再挂上一组空车（或材料车）沿井筒下放到井底。由于直接提升矿车并沿轨道运行，故串车提升只限于用在斜井中。 3）斜井钢丝绳牵引带式输送机提升 斜井钢丝绳牵引带式输送机提升与串车相比，具有提升能力大，容易实现自动化等优点，但投资较多，开拓工程量也较大，因此适用于倾角在18～25的斜井中。 4）提升机 （1）单绳缠绕式提升机。 （2）多绳摩擦式提升机。 第三节 矿井排水系统 矿井在建设与生产过程中，不断有水涌入，为了保证井下人员的安全，设备正常运转和全矿井安全生产，创造良好的工作环境，必须进行排水工作。 一、矿井排水系统 1．采区排水 上山采区，区段巷道低洼处的积水可采用小水泵排出，沿采区上山巷道自流至下部主要运输大巷的水沟内。 下山采区，可在下山底部设置采区水仓，汇集下山各段的涌水，然后用水泵排至上部主要运输大巷的水沟中，再流入井底水仓内，通过中央水泵房把水排到地面。 2．大巷排水 3．井底排水 矿井都设有井底水仓，汇集全矿井涌水。井底水仓通常又经过配水沟和吸水小井与矿井的中央水泵房相通，中央水泵房内设若干台水泵，通过排水管道，把水排到地面，完成排水任务。 二、矿井排水设备 （一）矿井涌水量 通常把单位时间内涌入矿井的水量称为涌水量，一般用单位时间涌水的体积表示，如80m3/h。不同的矿井位置、地形、水文地质、开采方法等，都对涌水量大小有所影响。同一矿井在不同季节，涌水量也有区别,如雨季和溶雪时期涌水较多。矿井开采期间，单位时间内流入矿井的水量称为矿井正常涌水量。矿井开采期间，正常情况下矿井涌水量的高峰值称为矿井最大涌水量。矿井最大涌水量一般是正常涌水量的1.7倍左右。 目前，我国根据每小时涌入矿井的水量Q值大小的不同，把矿井划分为 涌水量小的矿井 Q100m3/h； 涌水量中等的矿井 Q100～500m3/h； 涌水量大的矿井 Q500～1000m3/h； 涌水量很大的矿井 Q ＞1000m3/h。 （二）矿井排水设备 矿井排水设备包括水泵、水管及附件和配电装置。 1．水泵 煤矿最常用的水泵是离心式水泵 水泵每小时的排水能力称为流量（m3/h）；水泵排水的垂直高度称为扬程（m）。水泵的扬程决定于水泵的构造与叶轮数目，一个叶轮叫做一级，级数越多，扬程越高。矿井主水泵都是多级的，即把几个水泵串联在一起，对水流串联加压，这时水泵的总扬程基本等于各个叶轮扬程之和。 2．排水管道及附件 矿井排水用的管道有铸铁管、焊接管和无缝钢管等。直径一般为75～250mm，管道的附件有各种接管（三通、四通、弯头、异径管等）、法兰盘和阀件等。 （三）对排水设备的要求 排水设备是煤矿生产和建设中不可缺少的大型固定设备之一，为确保矿井安全生产，主要排水设备应符合下列要求 1．水泵水泵必需有工作、备用和检修的水泵。工作泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）；备用泵能力不小于工作泵的70％，并且工作泵和备用泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作泵能力的25％。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置 2．水管必须有工作和备用的水管，工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。 3．配电设备应同工作、备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。