焦煤集团赵固二矿初步设计第六章提升、通风、排水及压缩空气设备 焦煤集团赵固二矿初步设计 第六章 提升、通风、排水及压缩空气设备 中煤国际工程集团武汉设计争辩院6- PAGE 中煤国际工程集团武汉设计争辩院 6- PAGE 10 第六章 提升、通风、排水及压缩空气设备 第一节 提升设备 一、概述 本矿井设计生产力气为 1.8Mt/a，承受一对立井开拓方式。井底车场水平标高为 -626.0m，主井井口标高为＋81.5m，副井井口标高为＋81.5m。主井井筒净直径为 D5000mm, 装备一对立井四绳 20t 箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务。副井井筒净直径为D6900mm, 装备一对 1.5t 矿车单层二车四绳罐笼(非标一宽一窄), 担负全矿井提人、矸石、设备及升降材料等任务，宽罐除满足上述提升任务外,还可以满足整体升降大型设备、综采支架等任务。 对于主、副井提升设备的选型，设计依据矿井提上升度和提升量承受多绳摩擦轮提升方式。对多绳摩擦轮提升机从安装方式上进展了塔式与落地式两种布置方式的比较。从比较结果看，塔式多绳摩擦轮提升机具有占地面积小，钢丝绳在井塔内运行条件好， 在同样摩擦系数状况下防滑性能好等优点，但也存在抗震力气差，安装不便利，关心设施多，建井期占用井口时间长，总投资较高等缺点；而落地式多绳摩擦轮提升机那么具有抗震力气强，建井期占用井口时间短，关心设施少，投资省等优点，但占地面积稍大。通过与总平面布置相结合，落地式多绳摩擦轮提升机机房占地对整个工业广场的占地影响不大，因此，从投资、工期等角度动身，设计主、副井提升设备均选用落地式多绳摩擦轮提升机。 主、副井提升机的传动方式可承受直联或非直联〔带减速器〕两种传动方式。直联 传动方式与非直联传动方式相比，具有传动效率高，电能损耗小，对于大功率电动机节能效果明显，机房略小等优点，缺乏之处是设备投资较高。经综合技术经济比较确定， 主、副井提升机均承受直联传动方式。 依据主、副井提升机的拖动电机功率，主井提升机的电气传动方式，本设计比较了 沟通同步电机交直交变频供电系统和直流电机全数字挨次把握 SCR-D 供电系统两种方案。对于主井 2500kW 电机而言，相对后一种方案，前者设备技术先进、尺寸小、质量轻、运行费用低、运行牢靠、维护量小。本设计推举主井提升机承受沟通同步电机交直交变频拖动方式。本设计依据技术牢靠、经济合理原那么，按交直交变频系统主要传动把握设备进口，高压柜、整流变压器等国内生产，进展主井提升电控系统设计。 副井提升机的电气传动方式，就提升主电机 1000kW 容量而言，承受直流电机 SCR-D 供电系统较为适宜。承受直流电动机的拖动方式，具有运行稳定牢靠、使用便利、适应负载多变的特点，但系统投资高，综合营运费高。本设计推举副井提升机承受直流电动机拖动方式。 二、主井提升设备 1、设计依据 年产量：1.80Mt/a； 主井井口标高：＋81.5 ｍ； 主井井底标高：－626.0 ｍ； 工作制度： 330d/a，16h/d； 装载位置箕斗底标高： -604.0 m(水平上装)； 卸载位置箕斗底标高： +97.5 m。2、提升设备选型 〔1〕提升容器选择 本矿主井选用一对 JD-20/4 型 20t、4 绳箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务,其主要参数为：载重G＝20t，质量 Gz＝26.370t〔含悬挂装置〕，箕斗本体高度14.934m, 箕斗全高 18.672m。依据防滑计算，箕斗不需加配重。 (2)提升钢丝绳选择及校核a.绳端荷重： Q＝46370 kg 钢丝绳悬垂长度： HC＝750.3m 钢丝绳允许最小平安系数： ma＝7.2－0.0005×750.3＝6.82485 提升主绳选择： 提升主绳选用 44ZAB6V×37S＋FC1770ZZ(SS)型钢丝绳 4 根，左、右捻向各 2 根，主要技术参数：绳径：dk＝44mm,丝径 δ＝3mm，钢丝绳单位长度质量为Pk＝8.08kg/m，钢丝绳最小破断拉力为 Q＝1270kN。 平衡尾绳选择： 平衡尾绳选用扁 P8×4×19－187×29－1370 型扁钢丝绳 2 根，主要技术参数：宽×厚＝ 187×29〔mm2〕, 钢丝绳单位长度质量为 Pw＝15.6kg/m。f.钢丝绳平安系数校核： 钢丝绳平安系数 m＝7.3688 ＞ 6.82485 所选钢丝绳满足《煤矿平安规程》要求。 提升机选型及校核 按钢丝绳直径计算 D≥90×44＝3960〔mm〕 按钢丝绳丝径计算 D≥1200×3＝3600〔mm〕 提升机选择 提升机选用 JKMD-4×4〔Z〕型落地式多绳摩擦轮提升机1 台，其主要技术参数如下： 摩擦轮直径 D＝4000 mm 天轮直径 Dt＝4000 mm 最大静张力 Fjmax＝770 kN 最大静张力差 Fcmax＝270 kN 提升机旋转局部变位质量 Gj＝24400 kg 天轮变位质量 Gt＝2×7800 kg 减速比 I＝1 衬垫摩擦系数 μ＝0.25 衬垫允许比压 P＝2.0 MPa d.提升机校验 实际最大静张力： Fj＝692.6〔kN〕＜ 770 kN 实际最大静张力差： Fc＝203.8〔kN〕＜ 270 kN 实际衬垫比压： P＝1.68 (MPa) ＜ 2.0 MPa 所选提升机满足要求。 电动机选型 电动机选用TBP2500-20/3150 型三相沟通调速同步电动机1 台，主要技术参数如下： 额定功率 N＝2500 kW 额定转速 n＝45 r/min 过载系数 λ＝2.0 电动机转动惯量 GD2＝37500 kg.m2 提升系统 提升系统见图 6-1-1。a.提上升度 Ht＝697.3 (m) 井架〔上天轮中心〕高度Hj＝52 (m) 尾绳环高度Hh＝15 (m) 围包角 α＝180°+62.1007°- 58.8174°＝183.2833° 提升运动学计算 a.提升速度 V＝9.42 〔m/s〕 b.提升速度图见图 6-1-2. c.一次提升循环时间 Tg＝114.2 (s) 提升力气 AN=330×16×3600×20/(1.1×114.2) ×10-6=3.02627 (Mt/a) 提升动力学计算 提升系统总变位质量 ΣM 为 174746.7kg。提升力图见图 6-1-2。 电动机校核： ∑F2t＝5.21×1012(N2s) 等效时间： Td＝114.2s) 等效力： Fd＝ F 2 F 2t /Td 等效功率： Nd＝2055 (kW) 2500 kW 过负荷校验： λ＝Fmax /Fe＝1.37 ＜ 1.7 所选电动机符合要求。 防滑计算 防滑计算详见表 6-1-1。3、电控设备 电气传动方案 主井提升机的电气传动方式，本设计比较了沟通同步电机交直交变频供电系统和直流电机全数字挨次把握磁场换向 SCR-D 供电系统两种方案。 主井双容器摩擦提升防滑设计计算 项提升机型号电动机箕斗型号主绳型号 项 提升机型号电动机 箕斗型号主绳型号 尾绳型号 目 单 位 设计计算参数 JKMD-4×4(Z) TBP2500-20/3150 3150V 2500kW 45r/min JD-20/4 44ZAB6V×37S+FC1770ZZ(SS) P8×4×19-187×29-1370 重载时 提升系统运动变位质量 kg 174746.7 注：不考虑矿井阻力，衬垫摩擦系数μ＝0.25 围包角 度 空载时 183.283 154746.7 制动力 kN 430 防滑配重 kg 0 下放重载运行减速度 m/s2 1.5282 下放重载允许减速度 m/s2 1.8841 上提重载运行减速度 m/s2 3.8673 上提重载允许减速度 m/s2 4.4542 空载制动减速度 m/s2 3.0427 空载允许减速度 m/s2 3.1572 正常运行防滑允许加速度 m/s2 0.746389 正常运行防滑允许减速度 m/s2 0.746389 承受直流电机拖动的调速系统运行平稳，调速性能好，其调速技术在国内已经成熟，对于 2500kW 以下直流电机拖动系统实际使用状况也较好，因此整个传动系统可承受全国内生产设备，初始投资包括电机电控约 700 万元；但直流电机构造简洁，其换向器力气限制了电动机的容量，造成大型机械使用的大容量直流电机设计制造困难，本钱高，故障多，对其整流子保养要求高，维护工作量大。因此直流调速系统较适用于2000kW 以下直流电机拖动系统。 沟通同步电机交直交变频供电系统，是近年国外进展的一种最新提升机电气传动方式。它与传统的直流调速系统及交交变频调速系统相比，具有低谐波、低电压降、变压器数量少、功率因数高、把握更快更准确等优点，因此在国外已有确定应用，目前 在我国有少数矿井主提升机引进使用。高压开关柜及变压器由国产配套，电机在国内哈尔滨电机厂等配套，传动把握主要设备需全套引进，价格约 1700 万元。 经过以上分析与比较，直流SCR-D 传动方式，电机维护工作量大，但投资低，国产系统已经成熟，实际运行牢靠性较高。交直交变频传动方式，牢靠性高，系统简洁，设备少，维护工作量小。 依据方案比较，结合建立单位意见，主井提升机的电气传动方案，承受国产直联式沟通变频同步提升电机+进口 DTC 直接转矩把握交直交变频供电系统的方案，实现无级调速、高效运行。设计依据技术牢靠、经济合理原那么，考虑高压柜、变压器等国内生产， 进展主井提升电控系统设计。 系统主要技术参数 按沟通同步电机 2500kW,过载倍数2，供给全数字矿井提升机交直交变频电控设备。 承受 DTC 直接转矩把握 ACS6000SD 交直交变频供电系统。 装置的过载力气与电机的过载力气相当。 负载变化为-120%～0～+120%额定负载时，装置满足四象限运行要求。 把握 PLC 配置有以态网通信模板，通过 Ethernet/IP 协议，RJ45 以态网接口与上位监控计算机和矿井调度网络连接。 系统主要设备 高压配电设备，由具有双回路电缆下进线 型中置式成套开关柜组成，具有电压、电流测量，失压、过流、进线联锁以及电动操作机构。 定子整流变压器，承受干式变压器(带测温装置)，初级和次级绕组间加一层静电屏蔽层，且该屏蔽层应接地，高压侧±2×2.5%，五档，无载调压。选用2500kVA 干式整流变压器 1 台。 励磁整流变压器，承受干式变压器(带测温装置)，初级和次级绕组间加一层静电屏蔽层，且该屏蔽层应接地，高压侧±2×2.5%，五档，无载调压。选用 500kVA 干式整流变压器 1 台。 提升电机，承受 ABB 的 ACS6000 系列直接转矩把握交直交变频器供电，配用 ABB 公司的全数字把握设备。①把握局部：承受双 PLC 热备用冗余把握，其中主控 PLC 承受AC800M S800 I/O 可编程把握器，保证提升把握的牢靠性；②调整局部：承受 DTC 直接转矩把握计算机调整装置为核心的调整系统，牢靠性高，调整便利；③监控局部：承受P4 系列工控计算机作为上位监控计算机，具有提升信号显示系统、提升保护、综合后备保护、故障自诊断、行程、速度图、开车预备状态，把握系统状态、凹凸压电源回路、主回路、平安回路等实时显示以及报表打印功能，便于事故的推想和分析处理，保证提升机平安牢靠的运行。监控计算机能与矿井调度中心计算机联网，把提升机运转状况及有关参数准时传递给中心调度室,通过矿井调度网络，相关人员能准时了解提升状况。 提升机把握系统有手动/半自动/自动/紧急操作等多种工作方式。 在主电机冷却风机回路，设置有变频调速装置，现场可依据主电动机发热状况、环境温度、季节变化等因素，自动或手动调整冷却风量，避开机械调风方式对风机设备的冲击，提高风机设备寿命，同季节能能源。 4、电源 提升机房的高压电源两回、低压电源一回，均直接引自矿井变电所。 三、副井提升设备 1、设计依据 矿井年产量： 1.8 Mt/a； (2)副井井口标高：＋81.5 ｍ； (3)副井井底标高：－626.0 ｍ； (4)矸石量：按年产煤量的 3%计； (5)坑木消耗：1.5 m３/kt； 支护材料：6 车/班； 运送设备：1 次/班； 最大班下井人数：137 人； 其它：5 次/班； 最大件质量：26000 kg；平板车质量：2500 kg； 2、设备选型计算(1)提升容器选择 提升容器选用 1.5t 矿车单层双车非标四绳罐笼，一宽罐，一窄罐。宽罐质量为 19300kg, 载人 50 人；窄罐增加配重后质量为 19300kg，载人 22 人。罐笼全高为 9633mm,本体高为4000mm。正常运输时，小于 3t 的矸石材料，承受 3t 无轨胶轮车直接进罐运输；大于 3t 的材料承受平板车运输；下放最大件时，承受特别平板车。 在升降最大件时需加临时配重 22000kg。装罐笼时，应先装临时配重 14000kg，然后装最大件，最终将临时配重装到 22000kg。出罐笼时，应先将临时配重减到 14000kg，然后下最大件，最终下剩下的临时配重。 钢丝绳选择及校核a.提升系统见图 6-1-3。b.绳端荷重： 提人：Qdr＝20950kg 提物(最大件)：Qdw＝47800 kg c.钢丝绳悬垂长度： Hc＝749.5(m) 钢丝绳允许最小平安系数： 提人：m1＝9.2-0.0005×749.5＝8.82525 提物：m2＝8.2-0.0005×749.5＝7.82525 提升主绳选择： 提升钢丝绳主绳选用 48ZBB6V×37S+FC1770ZZ(SS) 1510 961 型钢丝绳，四根。主要技术参数：绳径：dk＝48mm,钢丝绳单位长度质量为 Pk＝9.61kg/m，钢丝绳最小破断拉力为Q＝1510kN。 平衡尾绳选择 平衡尾绳选用扁 P8×4×19--206×33 1370 2880 1950 型钢丝绳，两根。主要技术参数：宽 ×厚＝206×33 (mm2), 钢丝绳单位长度质量为 Pw＝19.5kg/m。 钢丝绳平安系数校核： 钢丝绳平安系数：提人 m 人＝12.273 ＞ 8.82325 提物〔最大件〕 m 物＝7.994 ＞ 7.82325 所选钢丝绳满足《煤矿平安规程》要求。 提升机选型及校核 按钢丝绳直径计算 D≥90×48＝4320〔mm〕 按钢丝绳丝径计算 D≥1200×2.9＝3480〔mm〕 提升机选择 提升机选用 JKMD-4.5×4(Z)型落地式多绳摩擦轮提升机 1 台，其主要技术参数如下： 摩擦轮直径 D＝4500 mm 天轮直径 Dt＝4500 mm 最大静张力 Fjmax＝960 kN 最大静张力差 Fcmax＝340 kN 提升机旋转局部变位质量 Gj＝32000 kg 天轮变位质量 Gt＝2×9250 kg 减速比 i＝1 衬垫摩擦系数 μ＝0.25 衬垫允许比压 P＝2 MPa d.提升机校核 实际最大静张力(最大件) Fj＝755.3〔kN〕＜960 kN 实际最大静张力差(最大件) Fc＝71.4〔kN〕＜340 kN〔3t 车满载进罐笼〕 Fc 瞬＝146.1〔kN〕＜340 kN〔装载大件过程中消灭〕 实际衬垫比压〔按提升最大件〕： P＝1.67〔MPa〕＜ 2 MPa 所选提升机满足要求。 电动机选型 电动机选用 ZKJ2150 型直流电动机 1 台，主要技术参数如下： 额定功率 N＝1000 kW 额定电压 V＝660 V 额定转速 n＝39r/min 过载系数 λ＝2.0 电动机转动惯量 GD2＝62400 kg.m2 提升系统计算提升系统见图 6-1-3。a.提上升度 Ht＝707.5 (m) b.井架〔上天轮中心〕高度Hj＝27 (m) c.尾绳环高度 Hh＝15 (m). d.围包角 α＝180°＋55.9859°－51.4875°＝184.4985° 提升运动学计算 提升速度： V＝9.19 〔m/s〕 ，提大件时降速到 6.6 〔m/s〕 提矸石时的提升速度图见图 6-1-4。c.提人员时的提升速度图见图 6-1-5。d.提升最大件时的速度图见图 6-1-6。e.一
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