4.3礦山機械4.3.1提升系統設備選型及主要參數(1）主井：提升全部一期礦石量120萬t/a，并留有發展到200萬t/a的能力。選擇JKM3.5×6（Ⅲ）E多繩摩擦提升機。配用直流電機，功率2400kW，電壓1000V，轉速65.5r/min，提升系統運行速度為12m/s。采用14m3的底卸式箕斗（DJD2/3-14/30），單箕斗配平衡錘提升系統，6根首繩，3根尾繩。箕斗自重18t，含首尾繩懸掛裝置共重23.123t，提升礦石有效載重26.5t，經計算：每班純提升時間6.5小時，主井可完成礦石最大提升量為238.74萬t/a，可滿足年提升量擴能200首繩選用進口高強度鋼絲繩（達高），6×36WS+FC-1770線接觸鋼絲繩，直徑d=35mm，鋼繩重P=4.53kg/m,單根最小鋼絲破斷力總和F=878kN；尾繩選擇17×7+IWS-1570圓股鋼絲繩，直徑d=46mm，鋼繩重P=9.10kg/m。選用鋼繩罐道，罐道繩采用二層Z型鋼絲繩，公稱強度1370MPa，直徑45mm，罐道繩重P=11.3kg選用36.4t多繩平衡錘（含張力自動平衡首尾繩懸掛裝置），外形尺寸：2300×665×10000mm（長×寬×高）。為保證設備的可靠性，達到國內領先，世界先進的要求，設計推薦整套提升設備全部引進。井筒尺寸及安全間隙按照有關規定進行設計，箕斗尺寸：1790×2236×12214(長×寬×高mm)，箕斗中心線至平衡錘中心線的間距2300mm，設備最大外形間距845mm≥450mm，容器至井壁間距4經計算：鋼絲繩安全系數：m=7.384＞7符合安全規程要求。系統防滑驗算：提升鋼絲繩對襯墊的單位壓力：q0=1.766＜1.98；鋼絲繩兩端靜張力比值：提升礦石時S1/S2=1.22＜1.4；下放空箕斗時S1/S2=1.2844＜1.4；最大提升速度12m/s。均符合冶金礦山安全規程防滑要求。箕斗裝礦采用通過裝礦皮帶，經30t的計量箕斗裝礦，井塔采用活動直軌卸礦，井塔各層井口周圍設置高度不小于1.5m的柵欄或金屬網，防止人員墜落。井塔及井底分別設置14米長的木質楔形罐道，上下分別設置防撞梁，木質楔形罐道長度大于10米，符合冶金礦山安全規程過卷裝置要求。楔形罐道設置電氣限位開關，以防止發生過卷事故。采用電氣連鎖，PLC控制。采用盤形制動器閘瓦，性能可靠。(2)副井：副井為罐籠井提升，承擔基建階段廢石，年提升量5.4萬噸、人員、材料、支護材料、運輸炸藥及爆破材料、設備等的提升任務。以及供、排水管道、電纜敷設等。選擇JKM3.5×6多繩摩擦提升機，配用ZD型低速直流電機功率900kW，電壓660V。轉速轉速n=45r/min，電動機與提升機采用直聯方式，提升系統運行速度為8.25m/s。采用多繩雙層罐籠，底板面積：5080×3000mm（長×寬），自重20000kg（含張力自動平衡首尾繩懸掛裝置），每次乘人數80人。采用200×200方鋼軌道。開拓廢石提升采用900軌距的0.7m3固定式礦車，一次4車0.7m首繩鋼絲繩選用6V×37S+FC-1770異形股鋼絲繩，6根，直徑d=34mm，鋼繩重P=4.83kg/m,單根鋼絲繩破斷力尾繩選擇34×7-1570型鋼絲繩，3根，直徑d=50mm，鋼繩重P=9.75kg/m選用25.4t（含張力自動平衡首尾繩懸掛裝置）多繩平衡錘，外形尺寸：2040×420×10000mm（長×寬×高）。采用200×200方鋼軌道。經計算：副井可以完成人員、巖石、支護材料、材料、設備的任務。井筒尺寸及安全間隙按照有關規定進行設計，罐籠中心線至平衡錘中心線的間距2300mm，設備最大外形間距590mm≥450mm，容器至井壁間距300罐籠設活動頂蓋，防止斷電時人員被困罐籠中。經計算：提升鋼絲繩安全系數：下放設備大件：鋼絲繩安全系數m=7.978＞7.5；提升廢石、支護材料：鋼絲繩安全系數m=9.084＞7.5；提升人員：鋼絲繩安全系數m=9.5158＞8；滿足GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》6.3.5.8的要求。提升系統防滑驗算：提升鋼絲繩對襯墊的單位壓力提升最大裝載量時：q0==1.373＜1.98；鋼絲繩兩端靜張力比值：提升廢石時：S1/S2=1.0472＜1.4；下放空罐籠時：S1/S2=1.1195＜1.4；符合冶金礦山安全規程防滑要求。設計根據GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》的要求在提升井處設置防過卷、防過速、安全制動、防誤操作裝置，各種信號、安全門、搖臺閉鎖等裝置，在豎井與各中段的連接處，設置高度不小于1.5m的柵欄或金屬網，進出口設柵欄門。井筒與水平巷道連接處，設繞道，井筒與中段之間設置阻車器，各中段設置液壓搖臺，滿足設計規范要求。井塔及井底分別設置12米長的木質楔形罐道，上下分別設置防撞梁，木質楔形罐道長度大于10米，符合冶金礦山安全規程過卷裝置要求。楔形罐道設置電氣限位開關，以防止發生過卷事故。采用電氣連鎖，PLC控制。采用盤形制動器閘瓦，性能可靠。(3)北風井：為減輕副井提升工作壓力，在北風井設置一套罐籠配平衡錘提升系統，多繩落地式摩擦提升機提升，專門提升生產階段廢石，年提升量17.4萬t/a，并承擔零星人員、材料、設備的提升，風井提升最低中段標高-425m。提升-425m以上的廢石，廢石運輸采用900mm軌距的1.2m3選擇3#多繩雙層罐籠，底板面積：2200×1350（長×寬，單位mm），自重6528kg（含張力自動平衡首尾繩懸掛裝置），最大載重8400kg，每次乘人數30人。采用900軌距的0.7m3翻轉式式礦車，一次2車，0.7m3翻轉式礦車自重選擇JKMD2.25×4（Ⅰ）E/11.5型多繩摩擦落地式提升機，卷筒直徑2.25m，天輪直徑2.25m，最大靜張力215kN，最大靜張力差65kN。選用方鋼罐道，選用直流電動機，功率N=320kW，電壓U=440V，轉速n=800r/min，減速機減速比10.5，提升系統運行速度為提升鋼絲繩選用6V×30+FC-1770異形股鋼絲繩4根，直徑d=22mm，鋼繩重P=1.96kg/m,鋼絲繩最小破斷拉力尾繩:選擇34×7+FC-1570型鋼絲繩2根，直徑d=32mm，鋼繩重P=3.99kg/m平衡錘選擇：選用9.25t（含張力自動平衡首尾繩懸掛裝置）多繩平衡錘，外形尺寸:1000mm×400mm×9495mm（長×寬經計算：提升首繩安全系數：提升廢石：鋼絲繩安全系數m=7.783＞7.5；提升人員：鋼絲繩安全系數m=8.926＞8；系統防滑驗算：提升鋼絲繩對襯墊的單位壓力提升最大裝載量時時：q0==1.373＜1.98鋼絲繩兩端靜張力比值：提升廢石時：S1/S2=1.0682＜1.4下放空罐籠時：S1/S2=1.248＜1.4符合冶金礦山安全規程防滑要求。井筒尺寸及安全間隙按照有關規定進行設計，罐籠底板尺寸：：2200×1350mm，罐籠中心線至平衡錘中心線的間距1600mm，設備最大外形間距775mm≥450mm，容器至井壁間距360mm≥200mm設計根據GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》的要求在提升井處設置防過卷、防過速、安全制動、防誤操作裝置，各種信號、安全門、搖臺閉鎖等裝置，在豎井與各中段的連接處，設置高度不小于1.5m的柵欄或金屬網，進出口設柵欄門。井筒與水平巷道連接處，設繞道，井筒與中段之間設置阻車器，各中段設置液壓搖臺，滿足設計規范要求。井架及井底分別設置12米長的木質楔形罐道，上下分別設置防撞梁，木質楔形罐道長度大于10米，符合冶金礦山安全規程過卷裝置要求。楔形罐道設置電氣限位開關，以防止發生過卷事故。采用電氣連鎖，PLC控制。采用盤形制動器閘瓦，性能可靠。(4)盲豎井：-425m～-625m的廢石采用盲豎井輔助提升，盲豎井井口標高為-425m，設置一套提升系統，專門提升廢石，并承擔零星人員、材料、設備的提升，盲豎井提升最低中段標高-625m。提升至-425m階段，再通過風井提至地面，廢石運輸采用900mm軌距的0.7m3翻轉式礦車，礦車自重720kg選擇2JK-2.5/11.2E單繩纏繞式提升機，卷筒直徑2.5m，寬度1.2m，天輪直徑2.5m。最大靜張力90kN，最大靜張力差55kN,選用方鋼罐道。選交流電動機，功率350kW，電壓U=380V，轉速n=570r/min，提升機減速比為11.2。選擇單繩2#雙層罐籠，底板面積：1800×1150（長×寬，單位mm），高7600mm，自重4000kg，最大載量4400kg，每次乘人數20人。一次提升2車提升鋼絲繩選用6V×37S+FC—1770型三角股鋼絲繩1根，直徑d=32mm，鋼繩重P=4.15kg/m,單根鋼絲繩破斷力選用6.7t單繩平衡錘，外形尺寸:1000mm×300mm×7000mm（長×寬井筒尺寸及安全間隙按照有關規定進行設計，罐籠底板尺寸：：1800×1150mm，罐籠中心線至平衡錘中心線的間距1400mm，設備最大外形間距672mm≥450mm鋼絲繩安全系數：提升礦石：m=7.753>7.5提升人員：m=10.767>9符合安全規程要求。最大靜張力為：Fc=86.84kN最大靜張力差：Fj=34.63kN設計根據GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》的要求在提升井處設置防過卷、防過速、安全制動、防誤操作裝置，各種信號、安全門、搖臺閉鎖等裝置，在豎井與各中段的連接處，設置高度不小于1.5m的柵欄或金屬網，進出口設柵欄門。井筒與水平巷道連接處，設繞道，井筒與中段之間設置阻車器，各中段設置液壓搖臺，滿足設計規范要求。井上設置10米長的木質楔形罐道，設置防撞梁，木質楔形罐道長度等于10米，楔形罐道設置電氣限位開關，以防止發生過卷事故。采用電氣連鎖，PLC控制。采用盤形制動器閘瓦，性能可靠。符合冶金礦山安全規程過卷裝置要求。（5）其它設施：在采區各中段布置一條采區電梯井，分別安裝一臺3.0t井下客貨兩用電梯。速度為1.6m/s，變頻調速系統，電機功率N=75kW。主井底的粉礦回收設一條粉清理電梯井，安裝一臺載重3.0t的井下客貨兩用電梯，速度為1.6m/s，變頻調速系統，電機功率N=75kW。泥水經沉淀后溢流至清水池，MD85-45×4多級離心泵兩臺，流量85m3/h,揚程H=180m；配電動機功率N=75kW，電壓U=380kV，一用一備。用于排出井底水窩的清水，水排至-625m階段，井底水窩礦山生產大件由副井罐籠進入，利用副井提升機，提升和下放井下大件設備。設計對鋼絲繩安全系數、提升系統最大靜張力和最大靜張力差、系統防滑等均進行了驗算，符合冶金礦山安全規程要求，可以滿足井筒年提升能力的要求。4.3.2井口機械化設備、安全門、防過卷、防斷繩保險、防誤操作裝置的可靠性分析礦井提升是全礦運輸系統的重要環節，主要設備和裝置包括提升機、提升電機提升電控系統、井塔、鋼絲繩、連接裝置、提升容器、井筒導向裝置、井口和井底承接裝置、阻車器、安全門以及信號裝置等。提升系統危險因素分析井口安全設施不全、提升機安全裝置失靈、罐籠管理不嚴、鋼絲繩損壞和信號系統有問題等。系統安全措施分析設計根據GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》的要求在提升井處設置防過卷、防過速、安全制動、防誤操作裝置，各種信號、安全門、搖臺閉鎖等裝置，在豎井與各中段的連接處，設置高度不小于1.5m的柵欄或金屬網，進出口設柵欄門。井筒與水平巷道連接處，設繞道，井筒與中段之間設置阻車器，滿足設計規范要求。同時設計要求在生產中做到：(1）天井、溜井和漏斗口處必須設置標志，照明、護欄或格篩、蓋板，以防人員墜井；對不用的溜井及時封堵；(2)在豎井、天井、溜井和漏斗口上方作業，必須系安全帶；(3)對提升設備處設置的防過卷、防過速、安全制動、防斷繩保險、防誤操作裝置，各種信號、安全門、搖臺閉鎖等裝置，豎井與各中段的連接處設置的阻車器、柵欄門等設施要經常檢修，使其處于完好的狀態；(4)經常檢查防墜器、防過卷裝置、罐道、裝卸礦設施和信號控制裝置等，使其處于完好的狀態；禁止使用有斷股、接頭或其它易造成事故的有缺陷的鋼絲繩；(5)各轉動機械處設安全保護罩以防傷身，并設通道、扶梯、安全欄桿和安全標志等措施。從而保證井口設施的安全可靠。(6)要加強對有關人員的安全教育，提高安全意識，所有升降人員的井口及提升機室，均須懸掛標志，并禁止人與物料同罐提升。(7)主提升裝置每年應組織進行一次檢查和試驗，并成書面報告。提升鋼絲繩和平衡鋼絲繩，使用前必須進行試驗，試驗后的貯存期不得超過六個月，且自鋼絲繩懸掛時起，每隔六個月要試驗一次，確保鋼絲繩的安全系數。對提升鋼絲繩，要每日、每周、每月進行檢查，并做好檢查記錄。4.5井下排水及排泥系統礦山采用集中排水系統，接力排水。分別在-425m，-625m設置水倉、泵房。-425m以上水平采場來水，沿階段巷道到達副井井底車場，匯集到水倉附近的水倉沉淀池，由水泵經副井排水管道排到地表。開采-425m以下階段時，各水平采場來水通過泄水井匯入-625m水倉，用水泵經副井水管排至礦坑總涌水量：-425m以上為2500m3/d，-625m至-425m，為-425m階段水泵房選擇MD100-80×7型水泵，流量102m3/h,揚程H=590m-625m階段水泵房選擇MD50-50×5型水泵，流量50.4m3/h,揚程H=259.5m；配電動機功率N=水倉清理：沉淀在水倉底部的礦粉或淤泥需要進行定期人工清理。利用JD－11.4型調度絞車下放11/2/1B－AH型渣漿泵（固定在0.7m3用人工將水倉底部的礦粉或淤泥裝入900mm軌距0.7m3翻轉式礦車，并由調度絞車將0.7m井下排水系統水泵有兩種起動方式：底閥引水和噴射泵射流引水。運行時，水倉吸水井內設水位控制計，分別設有開泵、停泵、報警等聲光信號。以滿足坑內水泵啟動、運轉的可靠。同時設計要求在生產過程中對上述設備進行經常檢查，使其處于完好狀態，確保排水設施的可靠。5.4壓氣自救系統5.4.1生產壓氣系統：壓氣系統為井口附近地面設置集中壓氣站，通過主壓風管路沿副井，將壓縮空氣送至井下各用氣點，井口標高+52.5m。在地表壓氣站內安裝風冷式螺桿式空壓機HSD-315A五臺，排氣量53m3/min，排氣壓力0.7MPa，功率N=315kW，電壓U=10kV，其中三臺工作，二臺備用檢修。壓氣管為一根無縫鋼管D3255.4.2壓風自救系統設計原則根據《金屬非金屬地下礦山壓風自救系統建設規范》要求，壓風自救系統主要考慮以下幾個方面。1、壓風自救系統與生產壓風系統共用。以減少投資，及簡化礦井管路。2、壓風管道應接入緊急避險硐室內，并設置供氣閥門，接入的礦井壓風管路應設減壓、消音、過濾裝置和控制閥，壓風出口壓力應為0.1～0.3MPa，供風量每人不低于0.3m33、空壓機站設置在地面，并能在10分鐘內啟動。4、壓風管道需具有一定的強度，能夠在發生災害是不易被破壞，需要采用鋼質材料或其它有同強度的阻燃材料。5、壓風管道敷設應牢固平直，并延伸到井下采掘、作業現場、緊急避險設施、爆破時撤離人員集中地點等主要地點。6、各主要生產中段和分段進風巷道及主要運輸巷每隔200～300m應安設一組三通及閥門。7、獨頭掘進巷道距掘進工作面不大于100m出安設一組三通及閥門，向外每隔200～300m應安設一組三通及閥門。8、主要硐室（井下炸藥庫、變電所、泵房等），爆破時撤離人員集中地點的壓風管道上應安設一組三通及閥門。9、在主送風管道上要安裝油水分離器。在壓風管路進入與自救裝置連接處，要加裝閥門，后面接著安裝油水分離器。根據以上要求及生產壓風系統設計，萬莊井下壓風自救系統可與生產壓風系統共用主管道，自救系統在分支管上進線延伸及補充，使壓風系統覆蓋主要工作區域及避災線路。5.4.3需風量計算1、全礦最大需風Qman=KN1q1=457200L/min=45.72m3式中：K——漏風系數，礦井管道長大于2km，取1.2N1——單班最大下井人數127人q1——井下緊急狀態下每人需要的新鮮風量，取300L/min；礦井下共有2個規格為70人的避災硐室，設置在-425m中段。每個避災硐室需風量為：Qman=KN2q2=25200L/min=25.2m3式中：N2——井下避災硐室（1個）內人數，70人；q2——井下緊急狀態下避災硐室內每人需要的新鮮風量，取300L/min；各主要生產中段（-325m、-425m、-525m、625m）最大工作人數80人，所需風量為28.8m在地表壓氣站內安裝風冷式螺桿式空壓機HSD-315A五臺，排氣量53m35.4.4壓風自救系統管路計算壓風自救系統所需壓風管管徑（內徑，下同）可按下式計算：d=146(Q1/v0)1/2式中：d——壓氣管內徑，mm；v0——壓氣管內壓縮空氣流速，一般為5～10m/s；Q1——平均壓力P1狀態下，壓縮空氣流量m3/min。Q1=(Q0P0)/P1式中：Q0——常溫（20℃）、常壓（0.1MPa）狀態下管道計算流量，m3P0——吸氣狀態的大氣壓，MPa；P1——壓氣管道內空氣的平均壓力，一般為0.3~0.9MPa根據設備情況，取v0=7m/s，P1=0.7MPa，則主管管徑為：d=146[(45.72×0.1)/(0.7×7)]1/2=128.7mm生產主管道為無縫鋼管D325×9，滿足自救系統要求。各中段所需壓風管管徑（80人，不含-425m水平）：d=146[(28.8×0.1)/(0.7×7)]1/2=102.2mm各中段生產主管道為無縫鋼管D273×9，滿足自救系統要求。-425m水平設2個避災硐室，每個避災硐室所需風量為：25.2m3/min，該水平所需d=146[(50.4×0.1)/(0.7×7)]1/2=148.1mm生產中段主管道為無縫鋼管D273×9，分層主管道為無縫鋼管D203×7，滿足自救系統要求。每個避災硐室（70人）所需壓風管管徑：d=146[(25.2×0.1)/(0.7×7)]1/2=104.7mm進入避災硐室為D114×4.5。5.4.5阻力計算自空壓機站至最遠供氣點的壓力損失，不得超過0.1MPa；若超過時，應調整預定的管網管徑。各管段的阻力按下式計算：

ΔPi=10-6×(1.15×Li)/di5×Qi1.85式中：ΔPi——第i段壓氣管的阻力損失，Pa；Li——第i段壓氣管的長度，m；di——第i段壓氣管的內徑，m；Qi——第i段壓氣管的計算流量（自由狀態），m3/min注：式中系數1.15，是考慮第i段壓氣管上管件的局部阻力系數。根據壓風管網布置系統圖，壓風管網的最長路徑為：地表空壓機站（+52.5m）→副井井口→-625m水平馬頭門→-625m水平運輸水平中（200m）→南、北兩頭（800m管網最長路徑阻力計算表序號管道名稱長度（m）管徑（mm）最大流量（m3/min）阻力（Pa）1地表空壓機站副井井口50D325×95332.652副井井口-625m水平馬頭門677.5D325×953442.413-625m水平馬頭門-625m200D273×953330.324-625m南、北兩頭800D273×9531321.295總阻力2126.67最終阻力為0.002127MPa，小于0.1MPa，因此不需對管徑進行調整。5.4.6油水分離器根據萬莊鐵礦的實際情況，油水分離器的布置設計如下：1、空壓機和儲氣罐內自帶油水分離器。2、在壓風管路自副井井口進入-325m、-425m、-525和-625m水平時應設置油水分離器。3、在-325m、-425m、-525和-625m水平分層時設置油水分離器。5.4.7系統布置考慮到萬莊鐵礦的實際情況，壓風系統設計如下：1、地面空壓機壓氣站建設在副井井口附近，并經副井向各個中段及工作面壓風。2、在副井內主壓風管路在抵達-325m、-425m、-525m、-625m中段時設置三通、閥門及油水分離器。中段的管網每隔300m設置三通和閥門。3、在各中段向各分層時設置三通、閥門及油水分離器。分層的管網每隔300m設置三通和閥門。4、各個中段內的管道主要布設在避災通道中，從中段的管道上用D114×4.5無縫鋼管進入避災硐室。5、管路出氣端設置的閥門為DN25。5.4.8安裝及調試1、系統布置（1）安裝位置應盡可能接近工作場地，保證井下工作人員在發生災害時有足夠的時間進入并開啟自救裝置，真正起到救災防護的作用。（2）閥門開關靈活、暢通，閥門扳手要在同一方向。（3）壓風管路盡量水平、安裝牢固。（4）對容易受機械沖擊地段，應設置防護擋板，避免沖擊。（5）供風系統的風管涂成藍色以便辨識。（6）閥門開口應朝下或朝內，不能朝人員行走方向。（7）壓風管道應接入緊急避險設施內，并設置供氣閥門，接入的礦井壓風管路應設減壓、消音、過濾裝置和控制閥，壓風出口壓力應為0.1～0.3MPa，供風量每人不低于0.3m37.4空壓機的安全分析在地表壓氣站內安裝風冷螺桿式空壓機HSD-315A五臺，排氣量53m3/min，排氣壓力0.7MPa，功率N=315kW，電壓空壓機采用全封閉的螺桿式空壓機，設有壓力調整器、安全閥，同時要求現場必須經常調整，使之保持完好狀態，維護檢修時，應按照檢修質量標準，執行安全操作規