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I 90萬噸 年立井開采煤礦固定機械及運輸設備選型計算 摘 要 本次選型設計包含了立井煤礦的三部分內容 礦山運輸設備 礦井提升設備和流體 機械 針對它們的類型 基本結構 工作原理 工作性能以及是否滿足條件進行了選型 計算 礦山運輸設備重點介紹了刮板輸送機 帶式輸送機 電機車以及礦井輔助運輸設 備 礦井提升設備是對主井提升一系列的選型計算 而流體機械重點介紹了給排水系統(tǒng) 通風系統(tǒng)和空氣壓縮設備 此外本設計還包含一些設備的工作原理圖 總裝圖和機房布 置圖等 關鍵詞 運輸設備 提升設備 流體機械 固定機械 II II 900000 tons year fixed shaft coal mining machinery and transport equipment selection calculation Abstract The design includes three parts shaft coal mine transportation equipment mine hoist equipment and fluid machinery according to their types basic structure working principle performance and meets the conditions for the selection and calculation Key equipment in mine transportation introduces scraper conveyor belt conveyor motor vehicles and mine auxiliary transportation equipment mine hoists are computed on a series of main shaft hoist type fluid machinery and introduced to the drainage system ventilation system and air compression equipment In addition this design also includes some equipment working principle diagram assembly drawing and room layout etc Key word Transport equipment Lifting equipment Fluid machinery Fixed machinery III 緒論 本次設計可能是我學習生涯的最后一次學習機會 在此首先感謝學院和指導老師郭 曉娥教授的支持和幫助 為我以后得工作打下了一個有益的基礎 本設計是針對某煤礦 固定機械及運輸設備的選型設計 本次設計時間較長 內容較廣 這是一個學習的過程 更是一個轉折的起點 通過以前的一些實習了解和老師的幫助 我收集了較為詳細的資 料 其中包括井底運輸機械 主井提升設備和流體機械的了解 為本次設計打下了一個 良好的基礎 煤炭是我國主要的能源和重要的化工原料 在我國能源消耗比例中 煤炭 占一次能源的 67 左右 由于我國正處于經濟快速發(fā)展時期 能源的需求量必將出現持續(xù) 增長勢頭 所以 在今后相當長的時期 煤炭作為我國主要能源的地位不會變 所以煤炭 是國家 社會 與經濟發(fā)展的基礎 與人民生活水平有緊密的聯(lián)系 礦井運輸系統(tǒng)是煤炭生產過程中必不可少的重要生產環(huán)節(jié) 從井下采煤工作面采出 的煤炭 只有通過運輸到地面 才能加以利用 礦山運輸在礦山生產中占有重要低位 由于礦山運輸有多個環(huán)節(jié)和各種設備配套而成 如果某個環(huán)節(jié)中斷 就會使工作面 和其他工作地點的作業(yè)陷于停頓 甚至會導致全礦停產 因此 礦山系統(tǒng)運行的正常與 否直接關系到礦山生產能否正常運行 所以把礦山運輸比作礦山生產的動脈 從安全生產的角度看 礦山運輸事故被占很大比例 據統(tǒng)計 有許多安全事故發(fā)生在運 輸環(huán)節(jié) 僅次于頂板事故而屈居第二位 輕者 影響煤炭產量 重者 則會危及人身安 全 因此 煤礦安全生產離不開運輸與提升的安全 從經濟角度看 礦山運輸費用在生產成本中占很大的比重 因為地面及井下運輸設 備很多 從事運輸和裝載的工人數幾乎占全礦工人的一半 因此正確配置運輸與提升設 備及合理組織運輸工作 對提高煤炭的產量 降低生產成本和提高工人勞動生產率有著 重要的作用 在設計由于涉及的參考文獻較多 而且版本較舊 總得來說 錯誤不可避 免 還望大家可以見諒 根據設計要求 本設計主要分為三大部分 井底運輸機械 流 體機械和主井提升系統(tǒng) 整個設計內容可靠 數據可信 若存在一些錯誤 請各位老師 幫忙指正 IV 目錄 摘 要 I Abstract II 緒論 III 第一章 礦山運輸設備 1 第一節(jié) 刮板輸送機的選型計算 1 一 概述 1 二 計算條件 2 三 采煤機的選型 3 四 刮板輸送機選型計算 3 第二節(jié) 帶式輸送機的選型計算 6 一 概述 6 二 帶式輸送機的選型 6 三 校核輸送帶寬度 7 四 運行阻力計算 7 五 輸送帶張力計算 8 六 輸送帶懸垂度與強度的校驗 9 七 計算牽引力與電動機功率 10 第三節(jié) 電機車的選型計算 10 一 概述 10 二 按電機車的粘著條件計算車組重力 11zhQ 三 根據牽引電動機的發(fā)熱條件對上述結果進行驗算 12 四 全礦電機車臺數的確定 14 第四節(jié) 輔助設備轉載機的選型 14 一 概述 14 二 順槽用轉載機的選型 15 第二章 礦井提升設備 16 第一節(jié) 立主井提升設備選型計算 16 一 概述 16 二 計算條件 17 三 選擇提升容器 17 四 選擇提升鋼絲繩 18 五 選擇提升機和天輪 19 六 計算提升機與井筒的相對位置 21 七 提升電動機的選擇 23 八 計算提升系統(tǒng)的變位質量 23 九 提升運動學與動力學計算 24 十 電動機功率驗算 28 十一 電耗及效率計算 29 第三章 流體機械設備 31 第一節(jié) 排水設備的選型計算 31 一 概述 31 二 計算條件 31 V 三 預選水泵的型號和臺數 32 V 四 管路系統(tǒng) 32 五 計算管路特性 33 第二節(jié) 通風設備的選型計算 37 一 概述 37 二 計算條件 38 三 風機選型 38 第三節(jié) 空壓設備的選型計算 40 一 概述 40 二 計算礦井所需的供氣量 41三 估算空壓機必需的出口壓力 42 四 選擇空壓機的型號和臺數 42 結束語 44 參考文獻 45 附錄 46 外文文獻 1 47 中文譯文 1 54 外文文獻 2 59 中文譯文 2 67 致 謝 71 1 第一章 礦山運輸設備 礦山運輸是煤炭生產過程中必不可少的重要環(huán)節(jié) 礦山運輸部分包含的主要設備有 刮板輸送機 帶式輸送機 礦用機車和軌道 礦車 礦井輔助運輸設備 井下采煤已經 形成了一套完整的作業(yè) 井下工作面由采煤機采煤 通過刮板輸送機完成卸載運轉 隨 之起關鍵作用的是帶式輸送機 帶式輸送機是以輸送帶兼做牽引機構和承載機構的一種 連續(xù)動作式運輸設備 它在井下運輸中得到了極其廣泛的應用 運輸中起同樣重要作用 的還有礦用機車 它是長距離水平巷道的主要運輸工具 除此之外 加上必要的輔助設 備 這就是我所設計的第一篇內容 在設備的選型計算上 它們也是相配套的關系 礦 井運輸與提升系統(tǒng)如圖 1 所示 第一節(jié) 刮板輸送機的選型計算 一 概述 刮板輸送機是目前國內外緩傾斜長臂式采煤工作面唯一的煤炭運輸設備 刮板機的 主要組成部分有 機頭部 機尾部 中間部 附屬裝置以及供移動運輸機用的移溜裝置 在綜采工作面選擇刮板輸送機時 應注意與其采煤機和液壓支架配套要求 采煤機與工 作面刮板輸送機配套的要求是 刮板輸送機的運輸能力必須與采煤機或刨煤機的運輸能 圖 1 礦井運輸與提升系統(tǒng)示意圖 2 力相匹配 即刮板輸送機的運輸能力應略大于采煤機或刨煤機的生產能力 刮板輸送機 的結構形式和附屬組件必須與采煤機相配套 國內外生產和使用的刮板輸送機類型有很 多 按牽引鏈的結構分為片式套筒鏈 可拆模鍛和焊接圓環(huán)鏈刮板輸送機 按鏈條數目 及其布置方式分為單鏈 雙邊鏈 雙中心鏈以及三鏈刮板輸送機 按溜槽的布置方式和 結構可分為并列式 重疊式 敞底溜槽式和封底溜槽式刮板輸送機等多種 按傳動方式 可分為電力傳動和液壓傳動輸送機 本次設計采用的是中單鏈型刮板式輸送機 二 計算條件 礦井年產量 90 萬噸 年 煤層傾角 3 6 可采高度 4 18m 原封煤容重 1 37 3 mt 散煤容重 0 95 工作面長度 150m 年工作日 300 天 本礦采用 四六 工作制 三班出煤 一班檢修 每班割煤兩刀 礦井以兩個盤區(qū) 圖 2 刮板輸送機簡圖 1 電動機 2 液力耦合器 3 減速器 4 鏈條 5 刮板 6 溜槽 7 機尾 3 保證質量 三 采煤機的選型 本礦工作面采用 MXA3 300 4 5 型采煤機 基本參數如表 1 表 1 MXA3 300 4 5 型采煤機參數表 電機功率 kW 300 適用采高 m 4 5 牽引速度 m min 2 5 截深 B m 0 6 該采煤機符合礦井要求 四 刮板輸送機選型計算 一 設計生產率 設計生產率是運輸地點在單位時間內需要運出的貨載的質量 它是礦井生產任務要 求運輸設備所具有的運輸能力 用 A 來表示 單位是 t h 而運輸設備本身所具有的 運輸能力 稱為設備生產率 用 m 來表示 單位是 t h 為了保證完成礦井運輸生產 任務 在選擇運輸設備時 應使設備生產率大于或等于設計生產率 二 設計生產率計算及刮板輸送機的選型 khbvA60 60 4 18 0 6 2 5 1 37 515 39 t h 式中 煤層厚度 m h 采煤機截深 m b 采煤機牽引速度 kvin 煤的實體密度 3t 根據 A 515 39t h 選用 SGD 630 180 型輸送機 該刮板輸送機的有關技術特征見表 2 表 2 SGD 630 180型輸送機參數表 運輸能力 t h 550 破斷能力 kN 850 刮板鏈速度 m s 0 92 出廠長度 m 150 三 運行阻力 牽引力和功率計算 由上可知 重段運行阻力 4 60 3kvAq m s87 14 5 29 gLqLqwWzh sincos00 N874 8 95sin108 514 5 式中 刮板輸送機長度 m L 刮板鏈單位長度質量 kg m 0q 貨載單位長度質量 kg m 傾斜角度 分別為刮板鏈及煤與溜槽間的阻力系數 其取值見表 1 選取 0 表 3 刮板鏈及煤與溜槽間的阻力系數 類型 阻力系數 煤在溜槽中的移動阻力系數 w刮板鏈在溜槽中的移動阻 力系數 0w 單鏈刮板輸送機 0 4 0 6 0 25 0 4 雙鏈刮板輸送機 0 6 0 8 0 2 0 35 空段運行阻力 sinco0 wgLqWk 5i4 158 9 13241 N 考慮曲線段阻力及彎曲段的附加阻力 則總牽引力為 kzh 21 0 1 21 87408 13241 121785 N 對于各特殊點張力 按兩端布置傳動裝置分析 首先確定最小張力點的位置 然后 5 根據 逐點計算法 進行計算 設共 2 臺 因1 An 078513400 WnKAK 故最小張力點在3點 N6032min S Wzh93488734 5 21129401 NSk 47635 2 電動機軸上的總功率 kWvWN1285 019270max 式中 傳動裝置的效率 一般為 85 0 空載的電動機功率 413cos0minvgLwqN kW 8 2miniax2ma60NNd k9 3 131 考慮 20 的備用功率 取電機功率備用系數 則2 1 k WkNd1508902 1 由計算知 用兩端布置傳動裝置時電動機功率足夠 圖 3 雙機頭驅動刮板輸送機計算圖 6 四 鏈子強度驗算 N93408max S 鏈子強度系數 2 1934085max Skp 式中 kN 850 取 一 條 刮 板 鏈 的 破 斷 能 力 p 鏈子強度足夠 選型設計完成 第二節(jié) 帶式輸送機的選型計算 一 概述 帶式輸送機的應用已經有 100 多年的歷史了 帶式輸送機由于具有長距離連續(xù)運輸 運行可靠與易于實現自動化等特點 在各行各業(yè)的到了極其廣泛的應用 尤其在礦山開 采方面 已成為地面和井下原煤的主要運輸設備 而且許多煤礦正向 運煤膠帶化 方 向發(fā)展 它主要由膠帶 驅動滾筒 機尾改向滾筒 托輥 拉緊裝置 固定機架這幾部 分組成 帶式輸送機主要用于運輸散狀物料 可水平 傾斜鋪設 通常情況下 沿傾斜 向上運輸原煤時 傾角不超過 18 傾斜向下運輸時 傾角不大于 15 運送附著性和 黏著性大的物料時 傾角還可以大一些 由于帶式輸送機運輸能力大 工作阻力小 耗 電量低 約為刮板輸送機的 31 51 貨載與膠帶一起移動 磨損小 鋪設長度長等這些優(yōu) 點 所以應用越來越廣泛 盡管帶式輸送機已具有相當長的歷史 其應用十分廣泛 但就其技術和結構而言 仍處在發(fā)展中 許多新的機型和部件還在不斷地開發(fā)研制中 煤礦中常用的帶式輸送機 類型有 通用帶式輸送機 繩架吊掛式輸送機 可伸縮帶式輸送機 鋼絲繩芯帶式輸送 機和鋼絲繩牽引帶式輸送機 本次設計采用的是可伸縮帶式輸送機 二 帶式輸送機的選型 據刮板輸送機的設備生產率 m 630 t h 運輸能力滿足 初選 SDJ 150 型帶式輸送 機 SDJ 150 型可伸縮帶式輸送機相關技術數據如下表 4 7 表 4 SDJ 150型可伸縮帶式輸送機參數 型號 運輸能力 運輸長度 帶寬 SDJ 150 630t h 1000m 1000mm 帶速 電機功率 機頭外形尺寸 1 9m s kW752 1652475 帆布層數 總圍包角 60 Z480 輸送帶拉斷強度 N cm 層 9P 上托輥間距 m5 1lg 下托輥間距 3 三 校核輸送帶寬度 輸送能力 Q 630 t h 大于設計運輸生產率 500 t h 滿足要求 選定帶速 smv 9 1 對帶寬進行塊度校核 maB60220 x 故輸送帶寬度能滿足要求 四 運行阻力計算 承載段運行阻力計算 N13572 sin5103 92105cos3 01 3 9 6 0 incs LqgwLqgWttdzh 其中 物料單位質量 kg m 取q mkgvQq 6 輸送帶每米長度質量 kg m 查普通橡膠標準規(guī)格取 d mkg 59 16 承載 回空托輥轉動部分的單位質量 kg m tq t kglGgt 3 15 7 8 mkglGqgt 531 式中 分別為承載 回空托輥轉動部分質量 kg 分別采用沖壓座槽型和平行 托輥 分別為槽形 平行托輥阻力系數 見表 5 上托輥間距 一般取 1 1 5m gl 下托輥間距 一般取 2 3m 均見表 6 空段運行阻力 NLqLwqgWdtdk4 6931 5sin1059 6cos03 5 0ins 表 5 托輥阻力系數表 工作條件 滾動軸承 含油軸承 滾動軸承 含油軸承 清潔 干燥 0 02 0 04 0 018 0 034 少量塵埃 正常濕 度 0 03 0 05 0 025 0 040 大量塵埃 濕度大 0 04 0 06 0 035 0 056 表 6 托輥轉動部分質量表 帶寬 B mm 500 650 800 1000 1200 托輥型式 kg G 鑄鐵座 11 12 14 22 25槽形托輥 沖壓座 8 9 11 17 20 鑄鐵座 8 10 12 17 20平形托輥 沖壓座 7 9 11 15 18 五 輸送帶張力計算 一 用逐點計算法求輸送帶各點的張力 9 12S 2304 13 S 45 1S 1560 kkWS4 47 S 11 578 zhkzh 0 9 9104 S zh04 1 216 二 列平衡方程 按摩擦傳動條件考慮摩擦力備用系數方程 得 1101 7 45 3SSCeS 式中 取摩 擦 力 備 用 系 數 一 般 2 00 C 2 02 選 取 取 與 提 升 設 備 中 表擦 系 數 見 礦 山 運 輸輸 送 帶 與 滾 筒 之 間 的 摩 三 聯(lián)立解方程 NS3861 NS38602 40 4179 5 56 S3827S38 圖 4 SDJ 150 型帶式輸送機的計算示 意圖 10 NS173269 NS178001 六 輸送帶懸垂度與強度的校驗 一 懸垂度的校驗 承載段最小張力點張力 NS3758 按懸垂度要求 承載段允許的最小張力為 8 min SN1305cos 19 62cos5 glqSgd 故輸送帶懸垂度滿足要求 二 輸送帶強度校驗 輸送帶允許承受的最大張力為 8034096SNmZPBSe 故輸送帶強度滿足要求 此處采用硫化接頭 安全系數 9 使用強力型帆布輸送帶 0m 七 計算牽引力與電動機功率 輸送機主軸牽引力為 NSSF1479386017204 386091 電動機功率為 KWv5 0 考慮到 15 的備用功率 電動機的容量為 381 通過以上計算證明 在所給條件下使用 SPD 150 型帶式輸送機可以滿足要求 第三節(jié) 電機車的選型計算 一 概述 礦用機車是礦車軌道運輸的一種牽引機械 在井下煤炭運輸及輔助運輸中占有重要 位置 礦用機車可分為電機車和防爆低污染內燃機車兩種 電機車運輸目前在我國煤礦 井下應用最為廣泛 而防爆低污染內燃機車運輸是一種很有發(fā)展前途的運輸手段 本礦 井為低沼氣礦井 煤層具有爆炸性 具有自然發(fā)火性 最遠工作距井底市場 2000m 最近 11 6m 年產 90 萬噸 經過計算知每班出煤 1030t 見 礦山運輸和提升設備 中查表 4 6 礦車選用 3t 固定車廂式 MG3 3 9B 技術特性如下裝載量 3t 軌距 900mm 自重 1 32t 初選 ZK 10 900 250 型電機車 牽引電動機為 2 臺 ZQ 21 型電動機 電動機長時電流 電動機粘著重為 見表 7 電時速度按 列車AIch34 KNPn10 smhkvch 7 4 1 組成計算 表 7 電機車粘重選擇表 機車粘著重力 kN礦井年產量 ktnA 架線式 蓄電池式 配用礦車 t30 1570 3 80 以下 1 及以下61 80 以下 3 8948 80 510 nA20 120 8 5 二 按電機車的粘著條件計算車組重力 zhQ kNPaiQpzhn 8 12400 135 010 式中 重 車 組 重 力 kN zh 機 車 重 力 P 見 表啟 動 取粘 著 系 數 一 般 指 加 砂 9 24 0 見 表重 車 組 啟 動 時 阻 力 系 數 8 zh 分 值 一 般 為 千 分 之軌 道 線 路 平 均 坡 度 的 千 3 pi 取列 車 啟 動 加 速 度 一 般 2m s04 a a 表 8 列車運行基本阻力系數 列車運行時 列車啟動時礦車名義貨載量 t 重車 zh 空車 k 重車 zh 空車 k 12 1 9 11 13 5 16 5 1 5 8 5 10 5 13 0 16 0 2 8 10 12 0 15 0 3 7 9 10 5 13 5 5 6 8 9 0 12 0 表 9 電機車粘著系數表 值 工作狀態(tài) 井下 地面 啟動 撒沙 0 24 0 24 制動 撒沙 0 17 0 17 制動 不撒沙 0 09 0 12 運行 撒沙 0 17 0 17 運行 不撒沙 0 12 0 12 列車中礦車數 個2910 30 8 4 10 gmQnzh 式中 每 輛 礦 車 的 自 身 重 量 kg1 z 每 輛 礦 車 載 貨 量 試取 n 20 個 本設計是按 n 29 個進行后面的計算的 由計算可知 n 29 個時牽引電 動機不能滿足要求 故此取 n 20 個 三 根據牽引電動機的發(fā)熱條件對上述結果進行驗算 一 牽引重列車 空列車分別達到全速穩(wěn)態(tài)運行時電機車的牽引力 NimngPFpzhzh 3865 7 10 32 210 1 13 NingmPFpkzk 4368 9 10 32 210 10 式中 的 機 車 牽 引 力 重 空 列 車 穩(wěn) 態(tài) 運 行 時 N kzh 73 升 設 備 表數 見 礦 山 運 輸 與 提重 空 列 車 運 行 阻 力 系 二 重 空列車穩(wěn)態(tài)運行時分配到每臺電動機上的牽引力 NFzhz1928 Fk2184 三 求得穩(wěn)態(tài)運行是的電流及速度 查 ZQ 21 型電動機特性曲線 得 AIzh36 smhkvzh 4 1 k40k35 四 計算一個運輸循環(huán)牽引電動機的等值電流 ATtItIkzhzh2 式中 調車系數 運距為 1000 2000m 時取 1 15 列車在最遠線路上往返一次的純運行時間 min T 分別為重空列車運行時間 min kzht 其中 min104 75062110 zpmzvL i3 6 kpkt 式中 重列車平均運行速度 取 m s 主要是考慮列車過彎道或 zpv zhzpv75 0 岔道時速度的降低 空列車平均運行速度 取 m s kp kkp 電機車到最遠一個裝車站的距離 km mL 兩個運輸循環(huán)中的休止時間 min 一般取 min2 18 有 in20 kzhtT 五 根據制動條件驗算 14 m imngPvLpzhzzzd503710 23 21 45 1012 式中 機車制動距離 m zdL 電機車開始制動時重列車的運行速度 m s hv 因制動距離 故應采用串聯(lián)方法或其他方法來限制重列車下坡運動時的速zd40 度 由于設計列車組成數目較大 可根據礦井實際情況適當減少礦車數 用人車運送人 員時 還要按 煤礦安全規(guī)程 關于 用人車運送人員時 列車行駛速度不得超過 4m s 的要求驗算其制動距離不得超過 20m 四 全礦電機車臺數的確定 一 確定每臺電機車一個班內完成的循環(huán)次數 f 次 班 取 次 班25 106 7 Tfb 1 其中 min2060 kpkpkzhvLt 因上面受制動距離的限制 需要在重列車下坡運行時采用 2 臺電機車串并聯(lián)運行 故 smvzp 6 124 750 二 確定每班所需運送貨載次數 bf 次取 次5 2302 512 nmkfbb 26 bf 三 確定每班運人次數 因大于 1500m 故運人 2 次 次 班 rf 四 確定每班所需運送總次數 z 次 班86 rbzff 15 五 確定所需工作的電機臺數 oN 臺 取 臺5 218 fNzo 3 六 確定全礦電機車總參數 臺3 bo 第四節(jié) 輔助設備轉載機的選型 一 概述 轉載機是將工作面輸送機運出的煤 轉載到帶式輸送機上的中間轉載設備 它的作 用有兩個 一是將工作面刮板輸送機運出的煤 轉運到可伸縮帶式輸送機上 二是輸送 機伸縮時減少膠帶的拆裝次數 轉載機實際上是一種結構特殊的短刮板輸送機 其傳動 系統(tǒng)和驅動裝置與刮板機相同 主要不同點是 轉載機的機身有一段懸橋結構 使它能 與帶式輸送機有一段搭接長度 二 順槽用轉載機的選型 轉載機一般安裝在綜采工作面與順槽的交接處 將工作面刮板輸送機運出的煤轉載 到帶式輸送機上 轉載機的運輸能力要稍大于工作面刮板輸送機的運輸能力 根據刮板機 SGWD 630 180 選擇 SZQ 75 型 其技術特性如下表 10 表 10 SZQ 75型橋式轉載機參數表 運輸能力 t h 630 刮板鏈速 m s 1 33 破斷能力 kN 850 電機功率 kW 75 中部槽尺寸 mm 206315 刮板鏈質量 kg m 22 6 16 第二章 礦井提升設備 礦井提升設備是聯(lián)系礦井井下與地面的 咽喉 設備 在煤炭生產中占有特別重要 的地位 它的主要用途是沿井筒提升有用礦物和矸石 升降人員 設備 下放材料等 礦井提升設備是礦山較復雜且龐大的機械 電氣機組 在工作中一旦發(fā)生故障 就會嚴 重影響礦井的正常生產 甚至造成人身事故 為此 掌握礦井提升設備的構造 工作原 理等方面的知識 對合理的選擇和使用維護 確保高效率和安全可靠地生產 有著極其 重要的意義 第一節(jié) 立主井提升設備選型計算 一 概述 在選擇提升設備之前 首先應確定合理的提升方式 它對提升設備的選型 對礦山 的基建投資 生產能力 生產效率及噸煤成本都有直接影響 本次設計的主要內容是主 立井提升 一切以原始資料為依據進行計算 礦井提升設備的主要組成部分 提升容器 提升鋼絲繩 提升機 井架 天輪及卸載裝備等 下圖 5 為立井箕斗定量裝載設備 17 二 計算條件 礦井年產量 萬噸 年90 nA 主井井深 mHs365 裝載高度 z2 卸載高度 x0 年工作日 天3nb 日提升 ht14 三 選擇提升容器 一 概述 提升容器是直接裝盛煤炭 矸石 人員 材料及設備的工具 按其結構可分為罐籠 箕斗 礦井及吊桶四種豎井提升常用普通罐籠和底卸式箕斗 斜井提升常用后壁卸載式 箕斗或礦車 而吊桶僅用于開鑿豎井和井筒延伸 本設計采用的是立井單繩箕斗 二 確定合理的經濟提升速度 jv mHxzs 4052365 圖 5 立井箕斗定量裝載設備 1 斗箱 2 控制缸 3 拉桿 4 閘門 5 溜槽 6 壓磁測重裝置 7 箕斗 18 smHvj 05 84 0 5 30 三 估算一次合理經濟提升循環(huán)時間 suvaTjjj 1205 8 式中 提升加速度 取 0 8 m 爬行時間 取 s 休止時間 見表 11 取 10 表 11 箕斗休止時間 箕斗規(guī)格 t 6 9 812 16 20 休止時間 s 8 10 12 16 20 四 估算一次經濟提升量 t 次94 6130682 9360 tbTCaAmrjfnj 式中 礦井年產量 t 年 n C 提升不均衡系數 對于主井取 C 1 2 提升能力富裕系數 取 1 2 fa 提升設備年工作日數 rb t 提升設備日工作小時數 五 根據 選擇提煤箕斗jm 查箕斗規(guī)格表選用 JL 8 型立井單繩提煤箕斗 其技術規(guī)格如下 箕斗斗箱容積 8 8 箕斗全高3 mHr25 9 箕斗名義載貨量 8t 箕斗自身重量 kgz0 箕斗實際載貨量 tm3 84 0 六 求循環(huán)時間 根據所選箕斗的實際載貨量 計算所需提升機提供的速度 mv 所需一次提升循環(huán)時間 saCAtmbTfnr 982 1902 1438630 19 sm aHuTautavm 72 524058 098 098 2 2 四 選擇提升鋼絲繩 一 計算鋼絲繩的繩端載荷質量 kgz13805830 二 計算鋼絲繩的最大垂長度 mHzsjc 41826 井架高度 暫取 j j3 三 計算鋼絲繩的單位長度質量 mkg HmcaBzp 6 54185 017366 式中 所用鋼絲繩的安全系數 取 a 5 6 am 鋼絲繩的抗拉強度 B 四 根據 選擇標準鋼絲繩 p 查鋼絲規(guī)格表選用鋼絲繩 43NAT 股 1 6 12 NF1665ZZ1190663GB8707 88196 NQmkgmd pp 0 8 2 63 43 五 驗算鋼絲繩安全系數 5 618 7 463 10 9 HQcpz 所選鋼絲繩滿足要求 20 五 選擇提升機和天輪 一 確定提升機的滾筒直徑 mdD34080 6 212 式中 鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑 mm 二 計算作用在提升機上的最大靜張力和最大靜張力差 最大靜張力差 N gHmFpzj5 164810 4563 03 max 最小靜張力差 gFpc5 109810 3 max 三 確定減速器傳動比 根據上面計算的 在提升機規(guī)格表中選用與其相近的標準速度smv 72 5 則即隨之確定減速器的傳動比 i 15 5 smv 67 5 四 根據計算的 D 選擇提升機maxjFaxc 查其規(guī)格表選用 2JK 3 5 15 5 提升機 D 3 5m 變位質量 B 1 7m kgmj2460 減速器許用最大轉矩 兩滾筒中心距為 1840mm NM 30 ax NFj170 max NFc150 max 五 驗算滾筒寬度 首先考慮做單層纏繞 Bm dDH 96 1 03 4 35 40 由上述計算知單層纏繩不下 需采用雙層纏繞 21 Bm dDkHp 057 1 03 4 58 3421 0 雙 式中 多層纏繞時平均纏繞直徑 m p k 2 采用雙層纏繞 dkD548 3046 3 21 22 因該提升機用于專門提煤 故采用雙層纏繞符合規(guī)程要求 六 計算天輪直徑 mdDt 34080 t 6 212 七 選擇天輪 根據計算的天輪直徑 查天輪規(guī)格表選用 變位質量 350 2mDTSHt kgt13 6 計算提升機與井筒的相對位置 礦井提升機安裝地點選好之后 要確定影響提升機相對位置的五個因素 這就是井架 高度 提升機滾筒軸線與提升機中心線的水平距離 鋼絲繩弦長 偏角和傾角 圖為 提升機與井筒的相對位置圖 圖 6 提升機與井筒相對位置圖 22 一 計算井架高度 m RHtgxj52 3625 3704 90 將計算井架高度值圓整后取 mj 煤礦安全規(guī)程規(guī)定罐籠和箕斗立井提升 gH 表 12 立井提升過卷高度取值表 提升速度 1 sm3 4 6 8 10 過卷高度 4 0 4 75 6 5 8 25 10 0 注 提升速度為表中所列速度的中間值 用插值法計算 二 計算滾筒中心至井筒中心線的距離 sL 取 mDHLjs 2 95 37 605 36 0min Ls29 式中 井架高度 m j D 提升機滾筒直徑 m 三 計算鋼絲繩的弦長 m DLCHLtsojx5 4 25 39 137 22 式中滾筒中心線與井口水平高差估取 mCo1 四 鋼絲繩的內外偏角計算 因為是雙層纏繞 故鋼絲繩按滿滾筒考慮 外偏角 91 05 42 17 arctn2arctn1 xLSB 式中 S 兩箕斗中心距 S 2 1m a 兩滾筒內圓間距 a 兩滾筒中心距 滾筒寬度 級即 23 a 1 840 1 7 0 14m 內偏角 145 20arctn2arctn2 xLS 內外偏角均小于 1 30 且提升鋼絲繩在滾筒上做雙層纏繞 所以不再考慮咬繩問題 故滿足 煤礦安全規(guī)程 要求 五 驗算提升機滾筒的下出繩角 153 7 5 423arcsin 29arctn xttsoj LDRLCH下 滾筒下出繩角滿足要求 七 提升電動機的選擇 一 估算電動機功率 kWkmgvNj 7642 185 013 10 式中 提升電動機估算功率 kW 礦井阻力系數 箕斗提升 k k 提升機的標準速度 m s mv 一次提升貨載重力 N QmgQ 影響因素 取 4 1 減速器傳動效率 雙擊傳動 j 85 0j 二 估算電動機轉速 min 45 316706 rDvnm 三 選電動機 根據 N n 及礦井電壓等級為 6000V 查電動機規(guī)格表選用 YR800 12 1430 繞線型異 24 步電動機 額定電壓 6kV 67 2 915 0min 492 1460 802 dede rnNGDkWN 四 確定提升機的實際最大提升速度 sinvem 81 5 6049231 式中 已選出電動機的額定轉數 r min e 八 計算提升系統(tǒng)的變位質量 一 直線運動部分的變位質量 kgLmmqpzL 26740 5963 250832 式中 一根提升鋼絲繩總長度 m p mDnHxc 14 41 30 鋼絲繩的懸垂長度 m 鋼絲繩的弦長 m xL 摩擦圈繩 3 圈 3 n 取多 層 纏 繞 的 錯 繩 用 繩 長 3n D 尾繩每米質量 kg m q 尾繩長度 此處為 0 L 二 旋轉運動部分的變位質量 天輪 kgmt13 提升機 包括減速器 J2460 電動機轉子的變位質量 kggDiGmdd 8751 310 22 式中 電動機轉子的飛輪力矩 單位為 查電動機規(guī)律表可得 2 2mN 提升機滾筒直徑 m 三 總變位質量 kgdjtL 823597124601326742 25 九 提升運動學與動力學計算 一 運動學計算 1 加速度的確定 1 1 初加速度的確定 選取箕斗出曲軌時的速度為 箕斗在卸載曲軌內的行程為 則 5 1smvo mho35 2 取 2 22 48 035 1hvao 2 0ao 1 2 確定主加速度 1a 主加速度 按下面三個條件計算 取最小值 1 第一 按一般在主井提升物料時 21 sma 第二 按減速器輸出軸允許的最大轉矩 2 1 9 028751390 463 0 1 5 x2 max2smgHkDMPHkQDMdpd 式中 由提升機規(guī)格表查得 NM 3ax 第三 按充分利用電動機過負荷能力 2 1 36 83595 12074 0 7 smmgHkFPHKQFpee 式中 電動機額定出力 N eF NVNFjme 170485 010 傳動效率 j 電動機過負荷系數 提升機系統(tǒng)變位質量 kg m 根據以上計算 式中取 21 9 0sma 26 2 提升減速度的確定 首先考慮采用最經濟的自由滑行減速方式 2 333 87 05910 240 6 15 smmghHpkhHPkQa 式中取 h3 3 速度圖參數的計算 曲軌中的初加速時間 savto35 01 箕斗在卸載曲軌中的實際行程 mho 2 主加速時間 savto68 492 0511 主加速階段行程 mtvhom12 768 4251 11 主減速階段時間 savtm03 87 34 主減速階段行程 mtvhm25 1903 6251 343 爬行階段行程 查資料 考慮電控系統(tǒng)的二次給電 取 smvh 5 0 344 爬行時間 svt65 04 等速階段的行程 hHho 28 365 192 735 4312 等速階段的時間 svtm 68 2 27 抱閘停車時間 st15 一次提升循環(huán)時間 stttTox 31 9061 53268 4354321 由于小于選擇容器時估算的 故合適 sT9 注 提升速度圖與力圖見附錄 4 提升設備生產能力 小時生產能力 htmTxsh 2 30 819630 年實際提升能力 aktCtbAnshr 12 430 提升能力富裕系數 2 190 nfa 式中 礦井年產量 t 年 A C 提升不均衡系數 對于主井取 C 1 2 提升能力富裕系數 取 1 2 fa 提升設備年工作日數 rb t 提升設備日工作小時數 二 動力學計算 1 初加速階段 N magHkmaPHkQFopoo163485 08239 4056 5 0 ghopo9 1 2 2 主加速階段 NamFoo 19760 5 20 835916 1 1 28 NghmFpo 195402 763 219702 1 3 等速階段 a 8541 12 ghFp 7154928 36102972 4 減速階段 由于采用自由滑行減速方式 主電動機已從網上斷開 故無托動力 即 0 3 5 爬行階段 N hHmpkghHPkQF689 32405 6 315 0 2 44 kkp5 4 十 電動機功率驗算 一 按電動機允許發(fā)熱條件驗算 1 求 TdtF02 1 10110 22222 4242 22121207 884 0 5 68596537993 636148 1 tFtFtFttooT 2 求等效時間 stttTod 8 751035 621 68432122431 3 求等效力 29 NTdtFd 107298 57202 4 求等效功率 kWvNjmd7385 017290 由于前面預選的電動機額定功率為 Ne0 所以 電動機允許發(fā)熱條件滿足要求 de 二 按正常運行時電動機過負荷能力計算 最大托動力 F196850max Ne 23477 275 0 滿足要求 ax 三 特殊過負荷能力驗算 因為 N gHmPQuFpzzT903710456 51 eT 4 267 90 所以 滿足要求 eTF 十一 電耗及效率計算 一 計算每提升一次電耗 780534127859149 69653 42 8 401671 21222 4 0 tFtFttFdtoT 30 次 109 52 085731 02 1 7JFdtvWjTm 式中 力圖中各階段變化力 N 提升容器實際最大提升速度 m s mv 減速器效率 j 電動機效率 d 二 計算噸煤電耗 tJmW 10 73 89561 式中 一次提升貨載質量 t 三 計算年電耗 aJAn 104 6901 7261 年 式中 礦井年產量 t 年 n 四 計算一次提升有益電耗 次 1036 4053 810 7JmgHWy 五 計算提升設備的效率 7 109 536y 主井設備的選型設計完成 31 第三章 流體機械設備 流體機械是以流體為介質來轉換能量的機械 通常包括風力機 泵 通風機壓縮機 液力耦合器 液力變矩器 風動工具 氣動馬達和液壓馬達等 各種流體機械由于作用 原理 結構形式和用途不同 所用工質的溫度 流量和壓力的差別也很大 根據工作原 理 流體機械可分為容積式和動力式 容積式流體機械依靠運動元件改變工作容積來實 現能量轉化 本次設計主要包括 排水設備 通風設備及空壓設備的選型設計 第一節(jié) 排水設備的選型計算 一 概述 在礦井建設和生產過程中 隨時都有礦井水涌入礦井 將涌入礦井的水及時排出和 防 突然涌水的襲擊 對保證礦井生產有重要意義 而完成排水任務必須有礦井排水設 備 它始終伴隨礦井建設和生產工作 直至礦井壽命截止才完成它的使命 為了使排水 設備能在安全 可靠和經濟的狀況下工作 必須確定排水方案 選擇排水設備 進行布 置設計 施工試運轉 直到正常運行各環(huán)節(jié)的工作為止 礦井水的來源可分為地面水和 地下水 地面水是指江 河 湖 溝渠和池塘里的積水以及季節(jié)性雨水 融雪和山洪等 如果有巨大裂縫與井下溝通時 地表水就順裂縫灌至井下 造水災 地下水包括巖層水 32 煤層水和采空區(qū)的水 地下水在開采過程中不斷滴出 春與舶表水相連通 將對礦井產 生很大威脅 礦山排水設備的任務就是將礦井水及時排送至地面 二 計算條件 礦井產量 90 萬噸 瓦斯含量 較高 正常涌水量 hmQz 230 最大涌水量 9ax 礦水密度 中性水3 15kgP 最大涌水期 天60max T 礦水 PH 值 H 供電電壓 VU 三 預選水泵的型號和臺數 一 水泵必須的總排水能力 正常涌水期 hmQz 27630 12 3B 最大涌水期 489max ax 二 水泵所需揚程的估算 HgcB4109 365 式中 測地高度 排水高度 4mc 管路效率 立井取g 89 0 g 三 初選水泵 從泵產品目錄 見 流體機械 附錄 中選取 型號泵 其額定 4032 D 額定揚程 則 hmQe 320 mHe40 工作泵臺數 取86 3271 eBQn1 n 備用泵臺數 故取39 0 0 1max212 e 12 n 檢修泵臺數 故取5 3 n3 n 33 因此 共選擇 3 臺泵 四 管路系統(tǒng) 一 管路趟數的確定 根據泵的總臺數 從減少能耗的角度可采用典型的三泵兩趟管路 一條管路工作 一條管路備用 正常涌水時 一臺泵向一趟管路供水 最大涌水時 只要兩臺泵同時工 作就能達到 20h 內排出 24h 的最大涌水量 從而可知每趟管路內 等于泵的流量 gQ 二 管材選擇 井深超過 200m 時確定采用無縫鋼管 三 計算排水管內徑 275 0 25 1308 018 0 mQdpp 排水管內徑的流速 通常取 又稱經濟流速 p sp 見 流體機械 附錄 2 預選 鋼管 則排水管內徑 473 mdp2451273 四 驗算壁厚 cm Cpdzp4 17 0 15 0 401 38 52 0 式中 所選標準管徑 cm pd 許用應力 取 的 40 z b 4 028 4 0 MPabz 管內水壓 考慮損失 Hp1 無縫鋼管 取 取CcmC2 0cC5 五 選擇吸水管徑 根據選擇的排水管徑 吸水管選用 無縫鋼管 149 驗算流速 mdpx 27 05 24 015 3 sQx 7 602 34 五 計算管路特性 一 布置圖 二 估算管路長度 排水管的長度可估算為 取 mHlcp 415 0 54 36 50 4 lp410 吸水管的長度可估算為 mx7 三 阻力系數 的計算tR 計算沿程阻力系數 對于吸 排管分別為 031 27 01 3 xd 45 3 030p 局部阻力系數 對于吸 排水管路附件其阻力系數分別列于下表中 表 13 吸水管路附件其阻力系數表 吸水管附件名稱 數量 系數值 底閥 1 4 4 90 彎頭 1 0 294 收縮管 1 0 1 794 x 表 14 排水管路附件其阻力系數 圖 7 泵房內管路布置圖 35 排水管附件名稱 數量 系數值 閘閥 2 52 06 止回閥 1 71 90 彎頭 4 4 9 30 彎頭 2 603 20 直流三通 3 1 7 擴大管 1 5 486 p 管路阻力系數 tR 105 78 14 245 01867 9245 103 273 0 9 8242 42 44552 mhmsddllgpxpxt 式中 吸 排水管的長度 m pxl 吸 排水管的內徑 m d 吸 排水管的沿程阻力系數 px 吸排水管附件局部阻力系數之和 見 流體機械 附錄 1 四 管路特性方程 新管 2421 105 36QQRHtc 舊管 2 97 t 五 繪制管路特性曲線 確定工況點 根據求得的新 舊管特性方程 取六個流量值可求得相應的損失 如表 15 所示 36 表 15 流量損失表13 hmQ 50 100 150 200 250 300H 365 3 366 2 367 6 372 2 372 4 375 4 2 365 5 366 9 369 4 377 2 377 2 382 6 利用表中各點數據繪出管路特性曲線圖如圖 8 所示 如圖所示 新舊管路特性曲線與揚程特性曲線的交點分別為 和 即為新舊管1M2 工況點 由圖可知 新管工況點參數為 hmQM 1723 mH368 79 0 舊管的工況點參數為 mHsM4 51 52 7022 因 均大于 0 7 允許吸上真空度 符合 規(guī)范 要821M 2 sM5 1 求 六 校驗計算 圖 8 管路特性曲線與泵特性曲線 37 由舊管工況點驗算排水時間 正常涌水時 若采用 1 泵 1 管排水 則 8523041max hQqTMz 最大涌水時 采用兩泵兩管排水 兩管并聯(lián)等效管的總損失 524 08 05 mRt 實際工作時 只要兩臺泵同時工作即能完成在 20h 內排出 24h 的最大涌水量 七 計算允許吸水高度 取 則允許的吸水高度為344 108 9 10235 108 9 mNPapPana mQdlgHMxxsMx61 4 360172 09427 3108 924 018 9350 5 554 2451 八 電動機功率計算 kW HQKNMd24079 0361828 911 式中 電動機容量富裕系數 取 1 1 dK 根據產品樣本取 kNd250 九 電耗計算 1 全年排水電耗 105 701829501 9508 3637 927 maxaYhKWrTnrMHQEzwdc 式中 年正常和最大涌水期泵工作臺數 maxnz 38 正常和最大涌水期泵工作晝夜數 maxrz 正常和最大涌水期泵每晝夜工作小時數 T 電機效率 電網效率 傳動效率 cwd 2 噸水百米電耗校驗 10 5 0378 3695 6 210 thKWHecwdcMt 排水設備選型設計完成 第二節(jié) 通風設備的選型計算 一 概述 通風又稱換氣 是用機械或自然的方法向室內空間送入足夠的新鮮空氣 同時把室 內不符合衛(wèi)生要求的污濁空氣排出 使室內空氣滿足衛(wèi)生要求和生產過程需要 建筑中 完成通風工作的各項設施 統(tǒng)稱通風設備 通風機工作時總是與某一特定的通風網絡相 連接 二者加上必要的輔助裝置或網絡中的設備共同完成 一般常見的式抽出式礦井通 風系統(tǒng)如圖 9 所示 二 計算條件 圖 9 抽出式礦井通風系統(tǒng) 39 礦井風量 smQo 35 初期負壓 OHh218 末期負壓 20 三 風機選型 一 計算風機必須產生的風量 smkQoe 4235 13 式中 井下所需風量 漏風系數 取 1 2 通風井需要的全壓 H zakhh 根據實際情況 取 入 排風井口高差甚微 022m 012mHhk zh 可不考慮自然通風影響 最大靜壓 31802maxH 最小靜壓 0525in 二 通風機的選擇 根據計算所得 查 礦山固定機械手冊 中 70B2 軸流式通風機性能表 可初選 70B2 21No24D 型軸流式通風機 n 600rpm 三 確定通風機的工況點 1 后期工況點 通風網絡阻力系數 175 0423maxa QHR 通風網絡特性曲線方程 計算數據如下表 16 所示 2ax 表 16 揚程數據表 1 smQ 3 0 7 14 21 28 35 42 492H 0 8 61 34 44 77 48 137 75 215 23 309 93 421 86 按上表做通風網特性曲線與通風特性曲線交于 點 此點即為通風機后期工況點 2M smQ 423 0319 02axmH 65 s 40 2 初期工況點 通風網絡阻力系數 129 0452mini QHR 通風網絡特性曲線方程 計算數據如下表 17 所示 in 表 17揚程數據表 2 按上表做通風網特性曲線與通風特性曲線交于 點 此點即為通風機后期工況點 1M smQ 423 02152inmH 65 s 3 電動機功率計算 后期電動機功率 kWKNcs 4 2098 6501234 102maxmax 式中 K 電動機能力備用系數 一般取 1 15 軸流式通風機靜壓效率s 機械傳動效率 聯(lián)軸傳動取 0 98c 初期電動機功率 kWQHKNcs 1398 065124 102minmin smQ 30 7 14 21 28 35 42 492H0 5 97 23 89 53 76 95 57 149 33 215 292 68 41 表 18 通風機選型計算結果 名稱級單 位 葉輪直徑 m 葉片安裝 角度 度 轉速 rpm 風量 sm 3靜壓 02H效率 電動機功 率 kW 初期 2 4 37 5 600 42 310 0 65 200 4 末期 2 4 40 600 42 215 0 65 139 第三節(jié) 空壓設備的選型計算 一 概述 壓縮空氣作為動力氣源廣泛用于采礦 石油 化工和建筑等行業(yè)中 主要用于驅動 鑿巖機 風鎬等風動工具和噴漿機 氣動鑿巖機等風動機械 氣動機械的過載性能比電 力的好 特別適合負荷變化大 沖擊強度高的機械 礦井壓氣系統(tǒng)包括三大部分 空氣 壓縮機 壓縮空氣運輸管路及附件 用壓縮空氣作為動力的工具和機械 壓縮機是空壓 機組的核心機械 二 計算礦井所需的供氣量 圖 10 通風網特性曲線與通風特性曲 線圖 7 14 21 100 300 42 據表統(tǒng)計每班同時工作臺數 由于同一工作面中風鎬和鑿巖機不會同時工作 同時 鑿巖機的需氣量比風鎬多 故出現最大用氣量班次為二班 最多同時使用氣動機具的臺 數為 風鎬 3 臺 鑿巖機 16 臺 噴漿機 2 臺 據表 3 臺 G20 風鎬耗氣量為 16 臺 YT28 鑿巖機耗風量為min 633 2 臺 PC6U 噴漿機耗氣量為 min 8 76 413 in 1683 查 流體機械 得 600m 海拔高度修正系數為 1 06 由系統(tǒng)布置圖查得最長供氣管路 為 2965m 查 流體機械 取管路漏氣系數 取 G20 風鎬和 YT28 鑿巖機磨損后20 1 耗氣量增加系數為 1 13 取噴漿機磨損后耗氣量增加系數為 1 1 按表取 3 臺風鎬和 16 臺鑿巖機同時工作系數分別為 0 84 和 0 81 則 3 臺 G20 風鎬的實際耗氣量為 min 45 89 0236 120 3121kqynQ 式中 沿管路全長的漏氣系數 見 流體機械 表 6 4 氣動機具磨損后 耗氣量增加的系數 此處取 2 1 2 海拔高度修正系數 見 流體機械 表 6 5 y 同型號氣動機具的同時工作系數 見 流體機械 表 6 6 ik 氣動機具的耗氣量 見 流體機械 表 6 7 iq 16 臺 YT28 鑿巖機的實際耗氣量為 min 4