矿井提升运输及排水设计本科论文.doc

山西大同大学继续教育学院毕 业 论 文（设计）题目：矿井提升运输及排水设计级 别 专 科 专 业 矿井通风与安全函授站点 忻州函授站 班 级 09级 姓 名 侯德平 指导教师 刘九员 2011 年 6 月 30 日 矿井提升运输及排水设计作者 侯德平 指导老师 刘九员摘 要 本设计是根据河北开滦集团东欢坉煤矿的实际数据与资料进行的，年产量60万吨。井田内煤层赋存比较稳定煤层倾角11-12，平均煤厚4.1m，整体地质条件比较简单，瓦斯涌出量相对较高，涌水量也较大。根据实际的地质资料情况进行井田开拓和准备方式的初步设计，该矿井决定采用立井上下山开采，设计采用综合机械化一次采全高回采工艺，走向长壁采煤法，用全部跨落法处理采空区。对矿井运输、矿井提升、矿井排水和等生产系统的设备选型计算，以及对矿井安全技术措施和环境保护提出要求，完成整个矿井的初步设计。矿井全部实现机械化，采用先进技术和借鉴已实现高产高效现代化矿井的经验，实现一矿一面高产高效矿井从而达到良好的经济效益和社会效益。关键词：煤矿；设计；提升；运输；排水目 录摘 要I1 矿井运输11.1井下运输系统和运输方式的确定11.3大巷运输设备21.4列车组成的计算31.5电机车台数的计算62 矿井提升82.1矿井提升概述82.2矿井提升设计的主要依据和原始资料82.3提升设备的选型计算83 矿井排水183.1概述183.2排水设备选型计算19总 结27参考文献28致 谢29III1 矿井运输1.1井下运输系统和运输方式的确定本矿井设计年工作330天，每天二班半生产，半班检修，每天提升16小时，矿井先期投产一个采区保证年产量，设计一个综采工作面，一个岩掘队，一个煤掘队首采区设计两条上山。矿井大巷运输采用矿车运输，首采区上山及区段平巷采用轨道运输。煤炭运输采用胶带输送机运送。一、运输方式的确定及矿井运输系统 煤炭：回采工作面-区段运输平巷-采区上山-采区煤仓-运输大巷-井底煤仓-主井箕斗运送到地面。 矸石：工作面-区段平巷-矿车运输-轨道大巷-副井提升到地面。 材料：副井-井底车场-轨道大巷-采区上山-区段运输平巷-工作面。 人员：副井-井底车场-轨道大巷-采区上山-区段运输平巷-工作面。二、采区运输设备的选型工作面运煤采用可弯曲刮板输送机，型号是SGZ764/264，区段运输平巷采用可伸缩胶带输送机，型号SDJ，采区上山采用胶带运输机，型号SJD-150。顺槽转载机的型号为SZZ764/132三、大巷运输设备大巷一般采用轨道运输，并选用矿车，牵引设备一般采用电机车，小型矿井亦可采用无机绳运输。大型矿井，采区生产集中矿井一翼走向长度小于3Km，条件适合，技术经济比较优越时，可采用胶带输送机。矿车类型应根据矿井设计生产能力选择。本矿井应选用底卸式矿车，。年生产能力小于90万吨的矿井，选用一吨固定式矿车和与之相一致的辅助车辆。所以本矿井辅助运输可选用1吨固定矿车和平板车，材料车和人车等辅助车辆根据以上原则，同时参考矿山固定机械有关内容，确定选用以下固定设备。各种设备选型特征如表11、表22、表13所示。表11 可弯曲刮板输送机型号运输能力t/h出厂长度（m）电动机型号功率（Kw）电压（V）SGD730/320700150YSB1601602660/1140表12 可伸缩胶带输送机特征表型号运输能力t/h出厂长度（m）台数输送带与转载机接头（m）储带长度（m）电动机台数功率（Kw）电压（V）功率因数宽度（mm）速度m/sSSD800、240SJ8040060028002.012802402660/11400.86表13 顺槽转载机特征表型号机型出厂长度（m）小时运量t/h电动机型号功率（Kw）电压（V）SZZ-730/132双边链43630KBY55013213211401.3大巷运输设备大巷一般采用轨道运输，并选用标准矿车，牵引设备一般采用电机车，小型矿井亦可采用无机绳运输。大型矿井，采区生产集中矿井一翼走向长度小于3Km，条件适合，技术经济比较优越时，可采用胶带输送机。矿车类型应根据矿井设计生产能力选择。年生产能力大于90万吨的矿井，应选用底卸式矿车，辅助运输可选用1.5吨固定矿车和平板车，材料车和人车等辅助车辆。年生产能力小于90万吨的矿井，选用一吨固定式矿车和与之相一致的辅助车辆。根据以上原则，同时参考矿山固定机械有关内容，确定选用以下固定设备。（见表14、表15）表14 架线式电机车主要技术特征表型号粘着质量（t）轨距（mm）轴距（mm）速度Km/s配套电机外形尺寸型号容量电压（V）ZK106/25010600110011ZQ21440250449010441600表15 矿车主要技术特征表名称型号名义载重（t）最大载重（t）轨距（mm）轴距（mm）缓冲器外形尺寸（mm）自重（Kg）3t底卸式矿车MD3.363/6001100双列弹簧式34501400120018001t固定箱式矿车MGC1.16A1/600550单列弹簧式200088011505921t平板车MP16A12600550单列弹簧式200088011504641t材料车MC16A12600550单列弹簧式200088011504941.4列车组成的计算在确定电机车粘着质量及矿车形式之后，可以根据运输条件计算列车组成。列车组成的计算按三个条件来确定，分别为：按电机车的粘着质量。按牵引电动机的允许温升。按列车的制动条件。分别计算如下：1、按电机车的粘着力条件计算以电机车在最困难的启动条件下启动时，车轮不打滑为计算依据。Qzh 式中： P机车粘着重量，t；Qzh重车组质量，t；机车粘着系数，启动= 0.24；Wzh重列车起动时的阻力系数，取0.0105；I轨道线路平均坡度 ，i = 3；列车起动时的加速度 ，= 0.04m/s2；所以： 99.26（t）2按牵引电动机允许温升条件计算式中：Fch电机车长时牵引力，N；P 机车重量电机车调车时的电能消耗系数，取1.25；T机车往返一次的运行时间，min；列车往返一次的运行时间，min；Wzh重列车运行阻力系数，取0.007；id等阻力坡度 一般为2 3，取2；g重力加速度，取9.8 m/s2；所以： 其中： 式中：列车往返一次的运行时间，min；加权平均运距，Km，取1Km；重列车的运行速度，Km/h，取6 Km/h；空列车的运行速度，Km/h，取8 Km/h；所以： 23min列车往返一个循环中的休止时间，min，取5min；所以： 213（t）3按列车制动条件计算根据煤矿安全规程，列车制动距离，制动时不得超过40m。在车组重量计算时，一般只按运送物料下坡制动不超过40m计算。列车开始制动时速度等于长时速度，则制动时的减速度为：式中：机车长时制运行速度，取=7.8Km/h；制动距离 ，运送物料时取40m；所以： 按制动条件计算车组重量的最大值是：式中：重车组质量，t；P机车重量，t；机车制动时粘着系数,取= 0.17;重列车运行的阻力系数，取0.007；I轨道的平均坡度，取i3；b列车制动时的加速度 m/s2由此： 548t4列车中矿车数量的确定式中：距三个约束条件确定的车组质量中最小者，t；G、G0分别为矿车的载重或自重，t；所以： 16台1.5电机车台数的计算1机车的加权平均周期运行时间 式中：加权平均运距，Km，取1Km；重列车的运行速度，Km/h，取6 Km/h；空列车的运行速度，Km/h，取8 Km/h；列车运行一个循环中休止时间，min，取5min；所以： 13.3+10+5 28min2每台机车每班可能运行次数： 次/班式中：一个工作班内的运输工作时间，不运人取7h；机车的加权平均周期运行时间，min；所以： 15 次/班3班产量AbA1 + A2 + An ， t/班式中：A1，A2，An各带区的班产量，t/班；因为只有一个带区生产，所以：AbA1 20.641311.4 880.32t/班4每班所需运送货载总次数式中：每班矸石产量，t/班；生产不均匀系数，取1.35；一列矿车的矿车数，取24辆；矿车载重，取3t；又因为：0.20.2880.32198t/班所以： 29次/班5每班运送总次数 次/班式中：取2所以：29+231次/班6工作机车台数29/15 1.93台取2台。7备用与检修台数 0.252 0.5台取1台。8所需机车总台数 2+1 3台2 矿井提升2.1矿井提升概述该矿井设计井型为60万吨/年，考虑设置一对井筒进行提升，即主井和副井进行提升。主井采用箕斗提升，主要负责提煤；副井采用罐笼提升，负责提矸、下料、升降设备和人员等各种辅助提升提升为主井和副井提升，大巷运输水平为-380m水平，地面井田标高为+20.1m，提升高度为400.1m，故应采用立井多绳摩擦式提升机，副井筒也采用多绳摩擦式提升机进行提升。2.2矿井提升设计的主要依据和原始资料该矿井设计生产能力为每年60万吨，年运输矸石12万t，井下运输大巷中采用3t底卸式矿车运煤，辅助运输通过1t固定式矿车、平板车和材料车来完成。东欢坉矿的煤质为优质无烟煤，煤的散体容重为1.3t/m3，矿井工作制度为：一年工作日为330天，每天净提升时间16小时，每天3班作业，每班工作8小时。该矿采用立井开拓，第一水平高度深380m，第二水平高度深520m。2.3提升设备的选型计算1主立井提升容器确定一次合理提升量式中：A 矿井设计生产能力,t；c 提升不均衡系数,箕斗井为1.11.15,取1.15； 提升富裕系数,第一水平取1.20；t 日提升小时数,取14h；n 年工作日数,取300d； 一次循环时间,s；其中：H提升高度，m；箕斗井：其中：矿井开采水平垂直深度，m；卸载水平至井口水平距离，m，取20m；装载水平至井底车场水平距离，m，取20m；最大提升经济速度，其中；加速度，取0.75；U箕斗在曲轨上减速与爬行所需的附加时间，取u=10s；休止时间，s，取10s；表2-2 箕斗休止时间箕斗规格（t）5及以下59121620休止时间（s）810121620所以： 400+20+20 440m 8.39m/s 83.6s所以： 3.6t选择提升容器规格尺寸根据Q值及煤的松散容重即可选用6t标准箕斗，根据表中斗箱有效容积，计算一次实际提升量：Q=式中：式中： 煤的松散容重,取,其中1.4为煤的容重,为碎胀系数,取1.1；箕斗容积；满度系数，取0.9； 1.27t/m3所以：Q= 7.5t根据箕斗实际提升量，选择JDG6/754型多绳摩擦式6t箕斗。箕斗有效容积6.6m3，自重7.9t。2副立井提升容器的确定副立井主要担负提升人员、材料、设备、矸石的任务。根据辅助运输设备和井下矸石量，初步选择罐笼型号为GDS12/754型1t矿车双层四车罐笼，其自重为7t。要求最大班工人下井时间一般不超过40min，最大班净作业时间，一般不超过5h（包括提人、材料、矸石），其中升降工人时间，按工人下井时间的1.5倍，升降其它人员时间，按升降工人的20，提升矸石按日出矸量的50；升降坑木、支架按日需量的50。下井人数的确定因为该矿年产量为60万吨，且工作制度为“三、八制”，二班半采煤半班准备。所以该矿总工作人员为：n 606其中管理人员占10，为60人。井下工人为606-60546人所以下井最大工人数546/3182人用提升人员进行验算：式中：每罐提升人数，23人；最大作业班下井人数，182人；提升加速度，取0.7m/s2； 380+20 440其中：矿井开采水平垂直深度，m；卸载水平至井口水平距离，取20m；稳罐附加时间，取5s；上下人员休止时间，取36s；所以： 800200人满足要求。以最大班净作业时间5小时验算提矸石每班作业时间（小时）式中：每日矸石提升量，t；每次矸石提升量，t；所以： 2.1h 126min升降其他人员的时间0.2（min）（60min） 16.96min0.20.216.96 3.392min下坑木、支架按日需量的50%计算；取0.3h18min下炸药24次，取3次；保健车24次，取3次；运送设备510次，取8次；其他510次，取8次；则：总计3+3+7+720次2283.6s27.87min所以：总作业时间为：126+3.392+16.96+18+27.87 3.2h6.98罐笼提升时：11.28.98所以钢丝绳的安全系数均能满足煤矿安全规程的要求。4多绳摩擦式提升机的选择提升机的选择是在确定主导轮直径口和钢丝绳最大净张力差Fe后，查提升机特征表确定的。主导轮直径根据安全规程规定，摩擦式提升机的主导轮直径D与钢丝绳直径d之比应符合下列要求：有导向轮时：D90d对箕斗井：D/d2800/24.511490对罐笼井：D/d2800/2312290所以主导轮直径选D2.8m，主、副井均能满足安全规程的要求。钢丝绳最大静张力Ff的计算，对于等重尾绳及轻尾绳提升系统的Ff。箕斗提升时：FfQ2+Q+np（Hk+Ht）+nqHHg N 7500+7900+41.97（23.4+440）+41.978.69.8 187369 N罐笼提升时：FfQ2+2（G+G0）+np（Hk+Ht）+n1qHHg N 4656+2（1000+592）+41.38（20.4+440）+41.388.39.8 102187 N钢丝绳作用在主导轮上的最大静张力差Fc箕斗提升时：FcQ+Htg （7500+0）9.8 73500 N罐笼提升时：Fc=4G+(H+1)g （41000+1）9.8 39210 N式中：提升钢丝绳与平衡尾绳总单位质量之差，对于等重尾绳的提升系统0，上式中取其绝对值；2.3.5电动机容量选择本部分内容，不进行运的学和动力学的计算，只进行近似计算：式中：K矿井提升阻力系数，箕斗井取1.15，罐笼井取1.2；减速器传动效率，取0.92；P动负荷影响系数，P1.21.4；V提升速度，V0.4；P 924 Kw根据计算功率选定提升机型号为：JKM2.8/4（I），其性能特征如下：主导轮直径2.8m，导向轮直径2.5m，钢丝绳最大净张力差为90KN，钢丝绳允许最大直径为28mm，最大提升速度11.8m/s，减速器的速比11.5，最大扭距为133KN/m，电动机功率为1000Kw，最大允许功率计算值为720Kw，电动机转数为630r/min，最大转数750r/min，传动方式为单电机传动。3 矿井排水3.1概述本井田系底部卵砾石层孔隙水、石炭二迭系砂岩裂隙水与奥灰岩溶水组成本井田承压水力系统。第四系底部卵砾石层超覆所有基岩含水层露头，由于露头无冲积或残积成因的粘土之类阻隔，所以卵砾石含水层与基岩含水层尤其是与大面积隐伏的奥灰含水层水力联系密切。裂隙水赋存于向斜盆地内的石炭二迭系粗、中细粒级砂岩地层。裂隙密集，多为张开，宽度大于lmm，实见有20mm以上者，产状近于直立。孔段单位出水量或单位吸浆量普遍高于相邻的开平向斜井田。奥灰岩溶水产于煤系基底厚度400m以上的白云质和灰质地层之中。历年少量勘探已表明其透水性与富水性强于区内其它所有含水层。本矿小时正常涌水量为210m3/h，最大涌水量为290m3/h，井型为年产60万吨的中型矿井，属于瓦斯较高的矿井。矿井主要根据第一水平情况进行设计，采用集中排水系统，对其它水平只作适当地数目。矿井排水系统见图31。图31 矿井排水系统简图排水系统：主排水设备设置在第一水平，第二水平的涌水量由辅助排水设备排至上一水平的水仓中。然后由主排水设备排至地面。3.2排水设备选型计算1水泵型号及台数水泵最小排水量的确定正常涌水量时： QB1.2Q m3/h式中：QB水泵最小排水量，m3/h；Q矿井正常涌水量，m3/h；由此：QB1.2210 252 m3/h最大涌水量时：QBr 1.2 QBr m3/h式中： Qr矿井最大涌水量，m3/h；由此：QBr1.2290 348 m3/h水泵扬程的计算式中：排水高度，取井筒垂深，m；吸水高度，取5m；管道效果，竖井取0.890.9；所以： 450m水泵形式及台数的确定根据水泵扬程和矿井正常涌水量，从产品样本中选择额定值接近所需值的水泵，水泵型号选250D607型，额定流量330 m3/h，扬程420m，转速1480rpm，吸程6.2m，效率73，配带电动机型号JKZ1250型，容量850KW，外形262012001210，自重3500kg。水泵台数的选择：根据安全规程规定：必须由工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。正常涌水量工作水泵的台数：式中：所选水泵的额定流量，420 m3/h； 0.76取1台。备用水泵台数：700.7取1台。最大涌水量时水泵工作台数： 1.05取1台。并且1+2，满足要求。检修水泵台数250.25取1台。水泵总台数为：+ 1+1+1 3 台2管路的确定管路趟数的确定安全规程规定必须由工作和备用的水管，其中工作水管的能力应配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量，工作和备用水管的总能力，且能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量，因此，设计中主排水管敷设两趟，一趟工作，一趟备用。管径计算排水道管径：dp= ，m式中：v 排水管流速，v1.2.2m/s取v2m/s；所以：dp= 0.241m查表，选用外径为276mm的标准无缝钢管，壁厚16mm，内径241mm。吸水管直径：，m；由此：0.266m查表，选用外径为299mm的标准无缝钢管，壁厚17mm，内径266mm。由于垂高小于400m时，可选用壁厚度最薄的一种，且不必验算。3管道特性曲线，确定工况点最大吸水高度的计算 ，m式中：产品样本上给出的允许吸上真空度，m（取额定工况时的）吸水管中流速，m/s； ，m/s所选标准吸水管的内径，m；吸水管的阻力损失，m； ，m查表可知，因266mm，故19.3，0.0270，取10m由此： 2.82m最大吸水高度： 3.24m求管道特性方程，绘制管道特性曲线式中：排水管阻力损失，m；排水管沿程阻力系数；排水管中流速； ，m/s；所选标准排水管内径，m；排水管上各管件局部阻力系数之和；排水管长度，m；泵房里最远一台泵排水管长，取20m；斜巷内排水管长，取20m；井管内管长，取井筒深；地面上排水管长，取20m；所以： 20+20+400+20 460m查表，因241mm，故0.0276。0.084+3.5+83+31.5+1.14+13+540.51又因为： 2.01m/s所以： 166mH405+1.7（2.82+166+1） 438.1m管道阻力系数：式中：所选泵的额定流量，m3/h；所以： 3.039则管道特性方程为：取不同的Q值，求得相应的值列表如下：Q m3/h0100200300400500H m405408.039417.1432.3453.6480.9确定水泵级数及工况点水泵级数：iH/Hk438.1/607.3式中：Hk所选水泵一级额定扬程，m；由上计算结果决定选七级水泵。工况点参数：412 m3/h，0.73，93Kw，=435m。所选的水泵管道特性曲线见图33。图32 水泵管道特性曲线.4校验计算验算排水时间及排水管中的流速正常涌水时： 12.9220h最大涌水时：17.84620h排水管中的实际流速： 2.38m/s校验水泵经济性和稳定性经济性： 式中：水泵额定工况时的效率；稳定性：式中：H。水泵流量为零时一级扬程；验算电动机功率 （Kw）式中： 传动效率，直连时1；1.11.15 富裕系数：当Q300m3/h，取1.15；N1101.71250所以电动机的功率符合要求。总 结众所周知，毕业设计是理论知识与专业知识以及实践经验的融合体。通过毕业设计认识到了自己在各个方面存在的不足，同时也努力对不足的方面做了加强，使这些知识更趋于条理化、系统化。在以后的工作和学习中，若在碰到类似的情况，都能以点带线甚至以点带面，能够举一反三。以前认为只要把理论知识学好就行了，现在才发现这种认识的错误以及和时代步伐的不符。通过毕业设计 ，提高了独立思考和动手能力的同时，也认识到了集体力量的伟大，在我搞毕业设计的过程中， 经常会出现一些自己解决不了的问题，这时我就和同学们一起讨论、交流，经过我们的共同努力、取长补短，顺利的解决了很多问题。参考文献1国家煤矿安全监察局 煤矿安全规程 煤碳工业出版社 20042张荣立等 采矿工程设计手册 北京：煤炭工业出版社 20033中化人民共和国煤炭工业部 煤炭工业矿井设计规范 北京：中国计化出版社 19944徐永圻 煤矿开采学 徐州：中国矿业大学出版社 19995胡绍祥 李守春 矿山地质学 徐州：中国矿业大学出版社 20036程居山 矿山机械 徐州：中国矿业大学出版社 20037张国枢 安全通风学 徐州：中国矿业大学出版社 20048东兆星 吴士良 井巷工程 徐州：中国矿业大学出版社 20049吴志羲等 煤矿矿井采矿设计手册 北京：煤炭工业出版社 198410钱鸣高 石平五 矿山压力与岩层控制 徐州：中国矿业大学出版社 200311严万生等 固定机械手册 北京：煤炭工业出版社 198612余学义 张恩强 开采损害学 北京：煤炭工业出版社 200413曾键年 矿山安全与矿山环境保护 北京：地质出版社 1998致 谢通过这个毕业论文的编写，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次毕业设计，是我多年来对所学知识很好的总结和运用。这不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容，同时也开阔了我的思维，加深了对当前煤矿飞速发展的认识和了解。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。最后，我要感谢我的指导老师刘九员老师，他对我的毕业设计进行了多次的指点和修改，我的毕业设计才得以顺利完成。同样我也要衷心的感谢教育过和指导过我的各位老师，感谢给予我帮助的朋友们，谨献上我最真挚的祝福。山西大同大学继续教育学院毕业论文开题报告姓名侯德平班级09级题目矿井提升运输机排水设计课题背景（参考资料、撰写意义）对矿井运输、矿井提升、矿井排水和等生产系统的设备选型计算，以及对矿井安全技术措施和环境保护提出要求，完成整个矿井的初步设计。课题计划（撰写步骤、过程、时序安排）5月7日5月10日 查看公共邮箱关于论文的要求，根据毕业论文选题方向，选择论文题目，并与指导教师联系，确定论文题目5月10日5月28日 收集资料，撰写论文初稿并填写开题报告交指导教师审阅修改，指导教师填写意见。5月29日6月17日 将修改后的论文交指导教师审阅修改。6月18日7月7日 将修改好的论文交指导教师审阅修改，直至定稿。定稿的论文由指导教师填写意见书。完成初稿时间2010年5月26日最后定稿时间2010年7月2日指导教师意见学员要根据拟定的论文题目，积极收集实地及理论资料，运用自己所掌握的知识及经验，合理的围绕论文主题编制论文内容，必须按规定的要求及时间，尽快完成论文，如遇到疑难问题，及时与指导老师联系，予以指导和修改，希望学员能以严谨、虚心的态度很好的完成毕业论文。指导教师签字：刘九员 2010年 5月 30 日山西大同大学继续教育学院毕业论文（设计）指导意见书论文题目：矿井提升运输机排水设计姓名：侯德平级别及专业：专科矿井通风与安全指导教师姓名：刘九员指导老师电话：[phone]指导教师指导意见：论文基本格式内容及设计主题正确，鲜明，计算基础数据准确，引用参考文献合适、全面，但在论证设计依据是缺乏硬性资料，理论与实践结合的不够紧密，论证数据部紧凑、连贯，请根据以上意见围绕设计主题进行修改，修改后及时报告，我再进行审阅修改。 指导教师签名：刘九员 2010 年6月 2 日交修改稿时间：2010年6月10日备注：请按时间报交修改稿 山西大同大学继续教育学院毕业论文（设计）评审意见书论文（设计）题目：矿井提升运输机排水设计姓名：侯德平班级：09级评审教师姓名：职称：评审教师评语：该学员论文是根据矿井的实际数据与资料进行编写的，并根据矿井实际的地质资料和井田初步设计方案，对矿井运输、矿井提升、矿井排水和等生产系统的设备进行了选型和计算，同时对矿井安全技术措施和环境保护提出要求。论文语言严谨，设计合理，是一篇很不错的矿井设计论文。