提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备.doc

鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司高家梁矿井及选煤厂初步设计说明书 第六章 提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备 第六章 提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备 第一节 提升设备 一、主提升设备 高家梁矿井生产能力为6.0Mt/a，矿井主、副井采用斜井开拓，装备一套综采设备、两套连采设备和一套连掘设备。井下煤炭运输系统为带式输送机直接搭接方式。主斜井装备一台带式输送机。工作面生产的原煤通过工作面运输巷带式输送机、大巷带式输送机、一水平集中溜煤眼、转载至主斜井带式输送机上，经主斜井带式输送机提升至地面，进入地面生产系统。 主斜井带式输送机设计主要参数确定 1. 设计条件及参数 主斜井带式输送机是保证矿井正常生产的关键设备，带式输送机的设计必须满足矿井6.0Mt/a生产能力的运输要求，并结合矿井井下工作面设备配套情况、生产能力等来确定主要技术参数。 1 运输量 高家梁矿井设计生产能力6.0Mt/a，井下只设溜煤眼转载，不设煤仓缓冲，主斜井带式输送机的运输能力按照井下工作面来煤的峰值量来确定。根据矿井的开拓部署和工作面装备情况，设计确定主斜井带式输送机运量为Q2750t/h。 2 带速和带宽 当运输能力确定后，确定合理的带速、带宽是十分重要的。带速提高，可以减小带宽，进而减小井筒断面，降低井巷投资；带速提高，还可以降低胶带承受的最大张力，降低胶带强度。对于长运距的大型带式输送机，降低带强，可以显著地降低设备总投资。但是，带速若大于V5.0m/s，托辊直径必须相应加大，同时带速过高，胶带磨损加剧，物料对托辊的冲击增大，从而使托辊、轴承等部件寿命降低，托辊和轴承等部件为带式输送机的易损件，其寿命的降低，使带式输送机运行成本相应提高。带速太高，容易在巷道扬起煤尘，对矿井安全生产带来一定的隐患。 结合国内外井下带式输送机的现状，同时综合考虑本矿井带式输送机的长度、运量、倾角等因素，确定主斜井带式输送机带速不大于4.5m/s。 综上所述考虑本矿井主斜井带式输送机的特点及生产能力的要求等因素，确定本矿井主斜井带式输送机带速为 V4.5/s，带宽B1600mm，运量Q2750h/t，满足矿井6.0Mt/a生产能力提升要求。 2. 主斜井带式输送机设计计算 1 圆周驱动力FU的计算 FUCfLg [qROqRU2qBqGcosδ]Fs1Fs2qGHg 式中C附加阻力系数，取1.06 f模拟摩擦系数，取0.030； L输送机长度，L610m； qRO承载分支托辊每米长旋转部分质量，qRO33.4KG /m； qRU回程分支托辊每米长旋转部分质量，qRU12.33KGN/m； qB每米长输送带的质量（阻燃带ST2500），qB68.8KG/m； qG每米长输送物料质量（qGQ/3.6v），qG169.8KG/m； Fs1主要特种阻力，Fs113000N； Fs2附加特种阻力，Fs26345N； H物料提升高度，H161m； δ输送机倾角，δ14o。 经计算FU35299 N； 2 驱动功率计算 利用下式计算出单台电机的功率 式中N电机功率，kW； n电机台数，n2； K考虑到传动效率、电压降、功率不平衡的备用系数，K1.4。 计算得单台电机功率为N1097kW，取每台电机功率为N1150kW，总功率为21150kW。 带式输送机设计计算结果见表6-1-1。 3 胶带安全系数 胶带安全系数m的取值大小不仅与制造质量有关，而且与接头质量与数量及机械设计是否合理有关，另外使用维护也是一个因素。因此m是个综合值，结合目前带式输送机的制造水平和已投入使用的带式输送机的运行情况，确定带式输送机的安全系数m7～9。经计算胶带安全系数初期为7.8。 3. 驱动方式选择 对长距离、大运量带式输送机的驱动系统选择，直接关系到设备技术性能的优劣，使用寿命的长短，投资及运营费用的高低，也影响设备使用的安全可靠性，尤其是作为大型矿井的主要生产环节，合理配置带式输送机的驱动系统是非常重要的。 矿井主斜井带式输送机宜采用头部多机驱动系统，驱动系统相对集中，有利设备安装、检修和集中控制。主斜井带式输送机的驱动系统布置在地面井口驱动机房内，机电设备及其控制设备不需采用防爆设备，降低了设备造价。根据本矿井生产长期规划、主斜井带式输送机的实际情况，确定驱动型式采用头部双滚筒多电机驱动型式。 现在大功率带式输送机较先进、成熟的驱动型式主要有以下四种中 煤炭工业西安设计研究院 65 表6-1-1 主斜井胶带输送机计算表6.0Mt/a 鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司高家梁矿井及选煤厂初步设计说明书 第六章 提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备 压变频电机减速器、直流电机系统、电机调速型偶合器减速器、 电动机CST软起动系统。 设计对驱动系统组合形式优、缺点分析如下 1 交交变频电机减速器该系统技术含量高，启动性能好。可实现无级调速和低速验带要求，但投资大，需要高素质维检人员。 2 直流电机系统该系统启动性能好，可实现无级调速和低速验带要求，但投资较高，维护量大。 3 电机调速型偶合器减速器该系统组合启动性能较好，可实现低速验带要求，投资较低，维护量较小，设备外型尺寸大，效率较低。 4 电动机CST软起动系统该系统启动性能好，可实现低速验带，维护量小，运行可靠，但投资较高。 经过研究分析综合比选，结合国内外近年来几种驱动系统的应用情况及本带式输送机的具体情况，特别是中压变频电机减速器这种无级调速软起动方式具有更大的优越性，在神东矿区、平朔矿区等大型矿区已经全面推广起来。因此，设计推荐中压变频电机减速器驱动方式为本矿井主斜井带式输送机的驱动方式。该驱动系统可靠解决带式输送机的启动、停车、功率平衡等问题，在驱动功率满足的前提下可以根据生产需要改变输送机速度运行，具有很大的灵活性。 中压变频电机减速器驱动系统可以很好地解决胶带输送机的软起动、软制动工况，同时很好地解决了多机驱动的功率平衡问题。该系统虽然一次性投资较大，但近年来在国内大型矿井中已开始采用，其良好的使用效果已经证明了其优越的性能价格比，并已取得了良好的社会和经济效益，它的使用将为矿井整个主运输系统的可靠运行提供了保证。同时，它很好地保证了主斜井带式输送机安全可靠地运行，进而确保矿井生产提升要求。 倾斜运输的带式输送机，运行停止时产生很大的下滑力，设计在头部卸载滚筒和传动滚筒装设有逆止器和制动器。逆止器型号DSN530，用作防逆转；制动器选用KZP-φ1600/4100型制动器，用于保证输送机的安全制动需要，防治输送机逆转造成危险与危害。 主斜井带式输送机采用头部多机驱动，该驱动方式设备相对集中，有利安装、检修和集中控制。主斜井带式输送机的驱动系统布置在地面井口驱动机房内，机电设备及其控制设备不需采用防爆设备，降低了设备造价。主斜井带式输送机驱动，设计采用头部双滚筒两电机驱动单元，功率配比11。拉紧方式采用头部液压自动拉紧装置型号ZYL-02-250，功率N4kW防爆，位于头部，1套。 本设计主运输系统流畅、简单，管理环节少。输送机的驱动装置设在地面井口驱动机房，机电设备及其控制不需要采用防爆设备，设备检修、更换方便，投资省。 4. 结论 高家梁矿井设计生产能力为6.0Mt/a，考虑本矿井后期生产发展需要及井筒延伸和设备的充分利用，兼顾主斜井带式输送机驱动系统增加的可能性，故主斜井带式输送机运输确定为能力Q2760t/h，B1600mm，驱动总功率为21150kW，带强为ST2500N/mm，输送机速度V4.5m/s。主斜井驱动机房面积为3621m2。 主斜井带式输送机主要技术参数详见表6-1-2。 5. 主斜井带式输送机的检修 主斜井带式输送机检修设备选用架空检修缆车一部，作为巡视带式输送机的运行情况和检修、更换托辊用。架空检修缆车机长L620m，倾角α14，电机功率N37kW，V1.2m/s。 为便于设备的安装和检修，在井口主斜井驱动机房配备一台20t电动双梁起重机。 表6-1-2 主斜井带式输送机主要技术参数6.0Mt/a 序号 名 称 单 位 数 值 备 注 1 运 量Q t/h 2750 2 带 宽B mm 1600 3 带 速V m/s 4.5 4 机 长L m 610 5 倾 角а 度 0～14 6 钢丝绳芯胶带 N/mm ST2500 阻 燃 7 减速系统CST 套 ML3PSF130 I28.6154 2套 8 变频电动机 台 1LA4502-4 N1150kW 2台 二、副斜井运输设备 由于矿井辅助运输采用井上下无轨胶轮车连续运输系统，故副斜井运输设备亦为井下防爆低污染无轨胶轮车，设备选型见第三章第三节辅助运输设备。 第二节 通风设备 一、设计依据 本矿井为低瓦斯矿井，采用中央并列式通风系统，抽出式通风方式，由主斜井、副斜井进风，回风斜井出风。 矿井总风量 矿井通风各时期均为130m3/s 矿井通风负压投产时1465.0Pa 通风容易时期1170.7Pa 通风困难时期 2512.8Pa 二、通风设备选型 通风机计算需要风量、风压 风量 1301.05136.5m3/s； 风压 投产时1815.0Pa 通风容易时期1520.7Pa 通风困难时期2862.8Pa 通风机的选型，根据国内矿井目前使用较多的通风机类型，分别对防爆对旋轴流通风机和GAF系列轴流式矿井通风机进行比选后确定。 方案一选用两台FBCDZNo26/3552（B）型防爆对旋轴流式通风机，一台工作，一台备用。 方案二选用两台GAF23.7-11.2-1型轴流式矿井通风机，一台工作，一台备用。 两个选型方案的通风机工况参数见表6-2-1通风设备选型方案比较表。 由表6-2-1可见，两个方案所选的通风机效率相差不大，在通风容易时期和困难时期，方案一比方案二年电耗小；在设备初期投资方面，方案一也比方案二少，并且方案一土建工程量小，设备安装较简单，施工周期短，故通风设备选型确定采用方案一,即采用2台FBCDZNo26/3552（B）型防爆对旋轴流通风机，每台通风机选配2台YBF型通风机专用隔爆电动机方案。 由通风机特性曲线和通风网路特性曲线确定通风机工况点，推荐方案的通风系统特性曲线见图6-2-1。 三、通风设施 通风机设置在回风斜井井口附近，在回风斜井风硐出口和通风机机体之间建有风门间，风门间内设置4台操纵倒换通风机的垂直闸门和测定通风机性能的水平进风门的JM（B）－4型电动、手动风门绞车，每台绞车拉 表6-2-1 通风设备选型方案比较表 内 容 方案一 方案二 通 风 机 型 号 FBCDZNo26/3552（B） GAF23.7－12.5－1 台 数 2 2 投产时工况点参数 风量（m3/s） 145.0 141.0 风压（Pa） 2048.1 1936.6 效率（） 76.5 77 轴功率（kW） 388.2 354.6 叶片角度 -3 -5 年电耗（kWh/a） 399.85104 361.40104 通风容易时期工况点参数 风量（m3/s） 138.5 143.0 风压（Pa） 1565.6 1669.0 效率（） 70 73 轴功率（kW） 309.8 326.9 叶片角度 -6 -5 年电耗（kWh/a） 319.10104 333.17104 通风困难时期工况点参数 风量（m3/s） 138.3 139.0 风压（Pa） 2938.8 2968.6 效率（） 85 85 轴功率（kW） 478.2 485.5 叶片角度 0 0 年电耗（kWh/a） 492.55104 494.81104 电 动 机 型 号 YBF型 YR型 功 率 （kW） 3552 7101 电 压 （kV） 10 10 同步转速（r/min） 750 1000 投 资 设备（含主机、电机）（万元） 387.8 313.4 土 建 （万元） 100 220 合 计 （万元） 487.8 533.4 图6-2-1 通风系统特性曲线图 力为40kN，配套电动机YB160L－8型，功率7.5kW，电压380V。在装设通风机的场地附近建有通风机配电间。为降低通风设备的噪音，在通风机扩散塔前侧装设有消音器。 通风机直接反转反风。 第三节 排水设备 一、设计依据 矿井正常涌水量 180m3/h 矿井最大涌水量 300m3/h 回风斜井井口标高 1398.30m 回风斜井井底标高 1281.00m 回风斜井井筒倾角 20 回风斜井斜长 342m 排水垂高 117.3m 二、排水系统 井下主排水泵房及水仓设在2-2中辅助运输大巷左侧，井下涌水汇集于水仓内，经由主排水泵房、管子道和敷设于回风大巷、回风斜井井筒内的排水管路以及地面管路，排至工业场地井下水处理站进行处理。 三、设备选型 1. 工作水泵所必须的排水能力 正常涌水量时 QB1.2180216m3/h 最大涌水量时 QBm1.2300360m3/h 2. 设备选型 排水设备的选型，按下述两个方案进行比较 方案一选用5台MD155-305型矿用耐磨多级离心泵。矿井正常涌水时水泵2台工作，2台备用，1台检修；矿井最大涌水时4台泵同时工作。 方案二选用3台MD280-434型矿用耐磨多级离心泵。矿井正常涌水时水泵1台工作，1台备用，1台检修；矿井最大涌水时2台泵同时工作。 方案一水泵工况按照2台水泵并联工作于1趟管路进行确定。 方案二水泵工况按照1台水泵工作于1趟管路进行确定。 根据主排水系统性能曲线确定水泵工况，两方案的排水设备及水泵工况等参数见表6-3-1主排水设备选型方案比较表。 由表6-3-1可见，两个方案的水泵运行工况都在各自的高效区内，方案一的优点是基建投资较方案二少34.1万元，年电费省约3.5万元，缺点在于水泵台数较多，水泵效率较方案二低；方案二的优点在于水泵台数少，主排水泵房布置较为简单，缺点是基建投资大，年电耗多。经过对两个方案进行经济比较后，本设计设备选型采用方案一，即选用MD155-305型矿用耐磨多级离心泵5台，每台水泵选配YB315S4型隔爆电机1台方案，该方案设2趟φ2737无缝钢管排水管路，水泵工作状况见图6-3-1主排水泵工作状况特性曲线图。 四、排水管路 排水管路选用φ2737无缝钢管，沿回风大巷和回风斜井敷设两趟。矿井正常涌水量时，一趟工作，一趟备用；最大涌水量时，两趟同时工作。 主排水泵房排水系统见图6-3-2。 五、主排水泵昼夜工作时间 矿井正常涌水量时 管路运行初期 13.47 h 管路淤积时 15.62 h 矿井最大涌水量时 管路运行初期 11.22 h 管路淤积时 13.02 h 六、排水电耗 年排水电耗 管路运行初期 112.88104 kWh/a 表6-3-1 主排水设备选型方案比较表 内 容 方案一 方案二 水泵房硐室（长宽高） 32m3.6m2.3m 23m4.5m2.8m 主排水管路 规 格 Ф2737 Ф2457 单趟长度（m） 1300 1300 趟 数 2 2 主 排 水 泵 水泵型号 MD155305 MD280434 水泵台数 5 3 管路运行初期工况点参数 流量（m3/h） 160.4 307.8 扬程（kPa） 1452 1596 效率（） 75.3 77 轴功率（kW） 87.6 182.08 排水管路流速（m/s） 1.69 2.04 年电耗（kWh/a） 112.88104 121.74104 管路淤积后工况点参数 流量（m3/h） 138.3 269.2 扬程（kPa） 1519 1715 效率（） 73 76.8 轴功率（kW） 81.5 170.29 排水管路流速m/s 1.8 2.2 年电耗（kWh/a） 121.8104 130.15104 电 动 机 型 号 YB315S4 YB450S24 功 率（kW） 110 220 电 压（kV） 0.66 10 同步转速（r/min） 1500 1500 基投 建资 设备管路（万元） 82.76 102.74 矿建（万元） 33.15 47.27 合计（万元） 115.91 150.01 年电费（万元） 46.94 50.38 图6-3-1 主排水泵工作状况特性曲线图 煤炭工业西安设计研究院 615 鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司高家梁矿井及选煤厂初步设计说明书 第六章 提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备 图6-3-2 主排水泵房排水系统图 煤炭工业西安设计研究院 617 鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司高家梁矿井及选煤厂初步设计说明书 第六章 提升、通风、排水、制氮和压缩空气设备 管路淤积时 121.8104 kWh/a 排出1m3井下涌水电耗 管路运行初期 0.699 kWh 管路淤积时 0.621 kWh 吨煤排水电耗 管路运行初期 0.19 kWh 管路淤积时 0.20 kWh 七、主排水泵房及附属设备 主排水泵房按5台水泵2趟排水管路布置，硐室长32m，宽3.6m，墙高2.3m。水泵采用喷射泵无底阀抽气引水启动方式，选用ZPBZ型喷射泵（总成）5套，喷射泵动力源为井下洒水管压力水或排水管路存水。 泵房内设置SC2型手动单轨小车和WA2型环链手拉葫芦各1台，起重重量2t，泵房配水井安设PZⅠ500型配水闸阀4个，配水闸阀直径DN500。 第四节 压缩空气设备 一、设计依据 矿井分别在2-2上煤层和2-2中煤层配置一个连续采煤机掘进工作面，两个工作面各配混凝土喷射机一台，每台混凝土喷射机压缩空气消耗量5～8m3/min，工作风压0.15～0.4MPa。 二、空气压缩机选型 由于掘进工作面压缩空气消耗量不大，工作面移动频繁，并距地面距离较远，为节省压缩空气管道管材、地面压缩空气站土建及设备安装费用，降低管道压力损失，设计确定选用矿用移动式压缩空气设备。掘进工作面需要的压缩空气，由设置在工作面附近的移动式空气压缩机提供，空气压缩机放置在井下用气点附近新鲜风流畅通的联络巷内。 设计计算压缩空气需要量为11.5m3/min。 选用MLGF13/7型矿用移动式螺杆空压机3台，分别在2-2上煤层和2-2中煤层连续采煤机掘进工作面设置一台空气压缩机，备用一台。每台技术参数为 排气量13m3/min 额定排气压力0.7MPa 冷却方式风冷 配套隔爆电动机功率75kW 电压660V 转速2970r/min 隔爆风扇电动机功率2.2kW 电压660V 机组外型尺寸（长宽高）295712001555mm 空气压缩机机架配带橡胶轮胎。 三、压缩空气管路 压缩空气管路选用DN65低压流体输送焊接钢管，铺设长度为400m，管道及管件均应做防腐处理。 空气压缩机随掘进工作面的推进适时移动位置。 第五节 制 氮 设 备 一、设计依据 矿井开采煤层属易自燃煤层，为预防工作面采空区自然发火，设计采用注氮方式作为防灭火的一种措施，根据采空区发火征兆适时注氮，以确保矿井安全生产。 综采工作面需要注氮量为2250m3/h。 二、制氮设备选型 由于本矿井井下巷道较长，工作面距地面距离较远,为节省地面制氮站土建及设备安装费用，节省输氮管路费用，减少管路漏气和压力损失，设计确定采用井下移动式PSA碳分子筛变压吸附制氮装置, 并且为不增加矿井井下供水水量，节省制氮机组冷却用水的供给和排出费用，冷却方式选用风冷式。 计入输氮管路漏损和海拔高度对制氮机组空气压缩机排气量的影响等因素后，设计计算综采工作面所需制氮设备氮气产量2808Nm3/h。 选用DMY-1000型井下移动式PSA碳分子筛变压吸附制氮装置，设置3套制氮机同时向工作面注氮。每套制氮装置的主要技术参数为 氮气产量1000Nm3/h 氮气纯度98 输出压力0.6MPa 装机总功率2207kW 额定电压660V 冷却方式风冷 机组外形尺寸 每套机组由6个平板车组成，每个平板车 长3m，宽1.2m，高1.8m， 制氮装置机组车架带橡胶轮胎 制氮设备分别放置于靠近盘区综采工作面运输巷道口的辅助运输大巷和回风大巷的联络巷内，每开采2～3个工作面后移动一次。 三、输氮管路 设计计算氮气输送管路管径为153.95mm。 氮气输送管路选用φ1594.5无缝钢管，长度3700m。沿综采工作面运输巷底板铺设，氮气输送管路及管件均应做防腐处理。 煤炭工业西安设计研究院 619