1、张子山1 2Mt a矿井设备选型设计 汇报人 李志军指导教师 李元星日期 2015 4 大沟子煤矿1 2Mt a矿井设备选型设计 汇报人 李志军指导教师 李元星日期 2015 4 摘要 随着科学技术的迅猛发展 现代化的综采设备大大解放了煤炭开采的生产力 极大提高了煤炭开采的效率 在实际采掘过程中 合理的综采设备配套选型是影响采掘工作面生产系统的主要因素 本文结合实际 对大沟子煤业有限公司的煤层的实际情况进行分析 根据煤层赋存情况 开采技术条件和管理水平 对相关设备进行了选型计算 设计任务书 1 矿井设计年产量 1 20Mt a2 矿井服务年限 10年3 煤矿主立井煤炭提升方式 多绳摩擦提升机配
2、合固定底卸式箕斗提升4 矿井投产后所需的供风量为 213m3 s5 矿井的瓦斯涌出量 最大绝对CH4涌出量31 99m3 min 最大相对CH4涌出量为12 67m3 t6 煤层自然倾向 不易自燃7 矿井涌水量 正常涌水量为120m3 h最大涌水量为174m3 h 主要内容 概述 采煤方法及工作面设备选型 提升设备 排水设备 通风设备 煤层概况 概述 4号煤层 煤层厚度0 2 37m 平均1 19m 该煤层层位较稳定 煤层厚度变化不大 根据4号煤层剩余资源的钻孔来看 41采区和42采区的煤层厚度基本都在1 5m左右 故本次设计4号煤层厚按1 5m计算 概述 矿井的设计生产能力 矿井的设计生产能
3、力为1 2Mt a 设计服务年限为10年矿井达产时 为保证产量达到设计要求 4号煤层配有2个综采工作面 4个掘进工作面 矿井采掘比为1 2 本次设计主要开采四号煤层 四号煤层的产量既整个煤矿的产量 采煤方法的选择 4号煤层可以采用的采煤方法有单一长壁采煤法和倾斜长壁采煤法 经比较确定采用走向 倾斜 长壁采煤法 综采一次采全高回采工艺 全部垮落法管理顶板 采煤方法 工作面设备选型 三机配套原则 采煤机和刮板输送机的生产能力应满足工作面产量要求 采煤机和液压支架调高范围要适应煤层厚度及变化范围 液压支架移架速度要跟得上采煤机的牵引速度 采煤机要依靠刮板输送机导向并在其上移动 刮板输送机依靠液压支架
4、推移 液压支架又靠刮板输送机支承而移动 采煤机 采煤机平均割煤速度 采煤机生产能力 采煤机总装机功率 Q 60HBV C 工作面设备选型 采煤方法 L工作面长度L1采煤机斜切进刀长度t每个循环作业时间t1辅助作业时间 H工作面平均采高B滚筒截深V平均割煤速度 煤的容重 1 41 Q生产能力Hw吨煤耗煤系数 煤层赋存条件 1 4号煤层厚0 2 37m 平均1 5m 属全井田大部分稳定可采煤层 2 煤层倾角一般为4 属近水平煤层 3 顶板为砂质泥岩 属软弱岩层 采用全部垮落法管理顶板 4 煤层瓦斯含量高 为高瓦斯矿井 5 井田内水文地质条件比较简单 设计原则 1 适合特定的煤层地质条件 并且采煤机
5、采高 截深 牵引速度等参数选取合理 有较大的适用范围 2 满足工作面开采生产能力要求 采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10 20 3 与液压支架和刮板输送机相匹配 影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性 厚度和倾角 工作面生产能力 4号煤层采煤机 4号煤层采煤机 工作面设备选型 刮板输送机 QG Q 1 2Q采煤机理论生产能力工作面刮板输送机的能力应与采煤机设计生产能力相适应 考虑各种因素影响 刮板输送机的运输能力按采煤机理论生产能力的1 2倍考虑 采煤方法 设计原则 一 是工作面刮板输送机能力要保证将采煤机采落的煤全部运出 并留有一定的富裕 刮板输送机能力应不低于工作面最大能力
6、二 是外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配 三 是运输机长度与工作面长度相一致 4号煤层刮板输送机 液压支架 支架支撑高度 支架的支护强度 支架的工作阻力 P 1000 N M 9 8 10 6 工作面设备选型 煤层地质条件 4号煤层赋存于太原组下部 上距11号煤45 45m左右 煤层厚0 2 37m 平均1 5m 煤层结构简单 较简单 含1层夹矸 单层夹矸最大厚度0 35m 为全区稳定可采煤层 顶板为石灰岩 K2 大部分有泥岩伪顶 伪顶厚0 60m左右 底板为砂质泥岩 4号煤层液压支架 提升设备 多绳提煤箕斗 本次设计矿井采用多绳摩擦提升机配合固定底卸式箕斗提升全矿原煤 提升容器为主立井提升多绳
7、箕斗 井下与井底煤仓相接 矿井深度238m 提升高度273m 其中卸载高度15m 装载高度20m 1 确定合理的经济速度Vj 箕斗选型计算步骤 Vj 0 3 0 5 式中H为提升高度 mH 为装载高度确定为20m 18 25m 为矿井深度 238m 为卸载高度 m 15 25m代入具体数字 得H 20 238 15 273m 所以 合理经济速度为 Vj 0 3 4 9m s 2 估算一次提升循环时间 u 式中 a为提升加速度 一般为a 0 8m s2U为箕斗低速爬行时间 一般取u 10s 为箕斗装卸载休止时间 一般取 10s所以 81 84s 3 计算小时提升量 式中 C为不均衡系数 箕斗提升
8、C 1 15 为矿井设计年产量 t a 1200000 为提升富裕系数 主井提升设备对第一水平留有1 2的富裕系数为提升设备每天工作小时数 一般为 16h为提升设备每年工作日数 一般为 330d所以 394 3t h 5 计算小时提升次数n 次 计算得 43 98 取44 6 计算一次合理提升量 计算得 8 96t根据下表选择合适的箕斗规格为 JDS9 110X4 箕斗规格表 钢丝绳的选择计算 1 提升钢丝绳的选择原则1 当供应的条件允许时 应优先采用三角股钢丝绳2 在三角股钢丝绳的货源无法解决时 应选用线接触 品种结构为W 瓦林吞式 T 填充式 的同向捻圆股钢丝绳 3 在只有普通圆股点接触钢
9、丝绳时 则应选用同向捻的钢丝绳 2 提升钢丝绳的绳端荷重Qd 箕斗提升时 Qz 提升容器 箕斗或罐笼 的质量 kg 多绳Q 一次提升量 kg g 重力加速度 m s2 所以 计算得 8960 10700 9 8 192668N 3 钢丝绳最大悬垂长度Hc 式中HH 尾绳环的高度 m S 提升钢丝绳的中心距 即提升容器在井筒中的中心距 m 2 2mHg 过卷高度 m 煤矿安全规程 及 煤炭工业设计规范 规定 当提升速度小于10m s时 过卷高度不小于速度值 且不小于6m 当提升速度不小于10m s时 不小于10m 6 1 5 2 2 9 3m Ht 提升高度 m Hz 装载水平至井下运输水平的高
10、度 m Hs 井筒深度 m Hx 卸载水平至井口的高度 m 20 238 15 273mHk 提升容器在卸载位置时 容器底部至主导轮轴线的高度 Hr 容器全高 m Hf 防撞梁底部至导向轮层层面的高度 m Hl 导向轮轴中心距楼板层面的高度 m Hzx 主导轮中心至导向轮中心的高度 m 7m综上所述 9 3 273 7 289 3m4 确定提升钢丝绳每米质量p提升钢丝绳每米质量p的计算公式 箕斗提升式中 B 钢丝绳公称杭拉强度 Pa 我国多用1550和1700 此处用1550n mm2n 钢丝绳数目 4g 重力加速度 m s2 9 8ma 提升钢丝绳的安全系数 ma 提升钢丝绳的安全系数 煤矿
11、安全规程 及 煤炭工业设计规范 规定 当钢丝绳悬垂长度Hc不大于1200m时 按下列公式计算 专为升降物科时 ma 7 2 0 0005Hcma 7 06专为升降人员时 ma 9 2 0 0005Hc计算得 P 39 58N M 根据计算出的p值 从钢丝绳规格表中选出钢丝绳 选择结果为绳6 30 股 6 12 12 绳芯纤维单位重力40 57N m 绳直径为32 5mm 钢丝绳的拉断力之和为2091500N则此钢丝绳的安全系数为 7 2 7 02所以计算结果符合要求 矿井提升机的选择 根据上面所选箕斗为JDS9 110X4 为多绳箕斗 故初步确定提升机为多绳摩擦塔式提升机 1 选型计算 1 选
12、择提升机卷筒直径选择提升机直径的主要原则 使钢丝绳在卷筒上缠绕时所产生的的弯曲应力不要过大 以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命我国煤矿安全规程规定 对于安装在地面的提升机 其直径与钢丝绳的直径有以下关系 80d 2600mm 1200 2760mm为提升机卷筒直径d为提升钢丝绳直径32 5mm为提升钢丝绳中最粗钢丝直径 2 3mm根据计算结果选择标准卷筒直径2800mm 对应的滚筒宽度为1 5m 提升机JKM 2 8 4 2 卷筒的实际宽度BH为提升高度 mD为提升机卷筒直径 md为提升钢丝绳直径 mm为提升钢丝绳圈的间隙 一般取 2 3mm计算得 1 31m B 3 提升机最大静张
13、力及最大静张力差为提升机工作状态的最大静张力 N为提升机工作状态的最大静张力差 NQ为有益载荷 kg为提升容器质量 kgP为钢丝绳单位长度重力 N MH为提升高度 m计算得 285 330 56 100满足要求 天轮的选型计算 根据 煤矿安全规程 的规定 对于地面设备 当钢丝绳对天轮的围抱角大于90 时 立井 80d 2600 1200 2760为天轮直径d为提升钢丝绳直径32 5mm为提升钢丝绳中最粗钢丝直径 2 3mm由此 选择天轮直径为3000mm 型号为TSG 下表为该天轮的参数 矿井通风方式及通风系统的选择 根据矿井设计生产能力 煤层赋存条件 矿井瓦斯涌出量等条件 本矿选择通风方式为
14、中央并列式 主扇工作方式为抽出式 通风设备 具体设计依据条件 矿井达到1 20Mt a的设计生产能力开采4号煤层时 矿井绝对CH4涌出量为31 99m3 min 相对CH4涌出量为12 67m3 t 绝对C02涌出量为7 92m3 min 相对C02涌出量为6 27m3 t 为高瓦斯矿井 通风机选型 通风设备 通风机 主扇风量 确定主扇的风压 选择电动机 Hmin hmin hHmax hmax h Qe 井下所需风量K 漏风系数 当风井不作提升用时 k 1 1 1 5 兼做箕斗井时 k 1 15 1 2 罐笼时 k 1 25 1 3 全压公式 FBCDZ 10煤矿防爆轴流通风机 590r m
15、in 经计算 矿井需风量为213 排水设备选择条件 1 据地质报告 正常涌水量为80m3 h最大涌水量为114m3 h2 考虑各种水的析出 设计 正常涌水量为120m3 h最大涌水量为174m3 h3 排水高度 238m4 排水管路长度 500m5 矿井水质为中性6 矿井水容重 1050kg m37 年正常涌水天数为300d 最大涌水天数为65d 排水设备 排水设备选型计算 1 水泵的选型 正常涌水量时 QB 1 2Qk最大涌水量时 QBmax 1 2Qmax 2 吸水管路的选择 按经济流速选择排水管 吸水管管径管路壁厚计算 3 工况点的确定 根据求得的管路特性方程绘制管路特性曲线 求出工况点 水泵运行时 实际出水量Q 扬程H 轴功率N 效率n等 把这些值绘在扬程曲线 功率曲线 效率曲线上 就成为一个具体的点 4 确定水泵吸水高度 Pa 安装地点的大气压力 Pv 安装地点实际水温饱和蒸汽压力 矿井水密度 hs 吸水管阻力损失 h 水泵必需汽蚀余量 5 电机的选择 电动机计算功率 初期N1 150kW 后期N2 195kW 选用JR117 4矿用隔爆电动机 200D43 111 3 敬请各位老师批评指正 感谢所有老师和同学给予我的帮助
