EquipmentManufactringTechnologyNo．3，2011 {管理与改革 { 、 ／ ，、 ，、_ 、_ 、_ 、 、 、 矿井主要设备用电负荷的估算 张协 申 (中平能化集团 中平招标有限公司，河南 平顶 山467000) 摘 要：针对矿区总体设计或可行性研究阶段，决策部门要掌握矿区主排水泵、通风机、矿井提升机、采掘运、压风机 等设备的用电负荷和用电量概算量的需求，介绍了有关主要设备用电量的理论计算和公式推导 关键词：矿井设备；负荷 电量；估算。 中图分类号：TD6o2 文献标识码 ：A 文章编号：1672—545X(2011)03—012203 计算矿井主要设备用电最大负荷时，最困难的 究)的已知条件，来估算用电负荷，或作为类似矿井 是怎么样确定企业的产品单耗。因为矿山与工厂不同， 估算法的一个补充 ，调整某一部分的用电负荷 ，即将 矿山自然条件千变万化，情况很复杂，特别是开采 某些 自然条件出入较大的环节，按本办法来进行调整。 深度、矿井涌水量、瓦斯相对涌出量以及工作面机械 本方法是在总结多年设计和生产的基础上，对某些 化水平等 ，这些都与全矿井用电负荷的大小密切相 环节进行了必要的简化后提出来的，可作为设计和 关。根据我 国目前生产情况，矿井开采深度 ，从数十 规划人员估算用电负荷的参考。 米到上千米 ；矿井小时涌水量 ，从零到四五千立方米 矿井生产的实践表明，矿井四大件和井下采、掘、 的变化；瓦斯相对涌出量，从零到一百多立方米的变 运的用电负荷，一般 占矿井总负荷的70％～80％，有 化；工作面的机械化水平 ，有炮采、机采、综采和水采 的甚至更大。这些负荷仅与矿井产量、瓦斯等级、煤层 等 ，因此矿井吨煤电耗，也在数千瓦 ·时到一百多千 赋存条件、矿井涌水量及生产机械化水平有关。这些 瓦 ·时的范围内变化。 条件在进行总体设计(或可行性研究)时是已知的，因 同一产量，由于条件不同，产品单耗相差很大。 此矿井用电负荷，可依据这一些条件进行估算。 即使在同一矿区，除极少数煤 田倾角小、自然条件较 1．1主排水负荷的估算 好的矿区外 ，多数矿区矿井的吨煤电耗都有较大的 主排水负荷主要决定于矿井涌水量、开采深度 变化，有的相差达数倍。特别是中小型矿井，由于承 和开拓方式，根据水泵电机容量的计算公式 ，其用电 受冲击能力小 ，某一环节变化 ，就可使吨煤 电耗产生 负荷为 较大变化。对于同一矿井，如保持矿井产量不变，开 尸： ! ； (I) 采水平随开采年限的增长而不断延深；开拓方式、瓦 3．6X102 1T田 斯、涌水量及生产的基本工艺所有的环节，都不会完全相同， 式 中， 有些会相差很大。因此该矿井的吨煤电耗也有变化， P为水泵电机计算容量，kW； 总趋势是逐步增加，增加大小与煤 田自然赋存条件 k为阻力系数，根据设计矿井的实际统计 ，竖井 有很大的关系，这给矿井用电负荷的估算带来了很 为 1．05～1．2；斜井根据倾角大小的不同，一般取 多困难。 1．15 1．35；露天煤矿 由于垂直深小 ，管路长，阻力系 目前有两种估算方法，就是类似矿井估算法和已 数可达 2～4，甚至更大； 知条件估算法。为节约篇章，这里只介绍已知条件估 k：为水泵排水量的裕摩系数 ，设计选型水泵工 算法矿井用电负荷的估算方法。 况点的排水量，一般为 1．4～2倍的正常涌水量，矿井 涌水量大时取小值 ，小时取大值； 1 已知条件估算法 为井水的密度 ，一般取 1．05； Q为矿井正常涌水量，m3／h； 这种方法是利用矿区总体设计 (或可行行性研 日为井 口与井底标高差 ，1TI； 收搞 日期 ：2010—12 4 作者简介：张协申(196O一)，男，河南舞阳人，高级工程师，副总工程师职务 ，从事煤矿机电设施管理及运用研究工作 ，已发表论文 数十篇。 122 《装备制造技术}2011年第 3期 叼为电动机效率，一般为0．85—0．93； 内提出来矸石量进行计算用电负荷 ；当矿井含矸率 叼为水泵工况点效率，一般为0．65～O．85。 为 时，则副井提升的用电负荷可用3 尸2来表示， 将上述数据代入式 (1)后简化 ，得排水负荷的近 竖井提升总负荷可用下式表示 似计算公式为 尸2=(9～15)X (1十 3X)QH X10 (11) 竖井P=5．3—11．5pIHx10 (2) 竖井箕斗提煤总效率在 0_3～0．5之问。矸石大 斜井P：5．8～13Q1H×10。 (3) 致相同，人员、材料及辅助设备的耗电量可按提升总 露天P=20—40QlHX10 (4) 耗电量的20％～30％计算 ，提升吨煤电耗为 排水吨煤电耗则为 W2=(8～l2)X(I+X)HX10 (12) 竖井 W=3．8～5．8QHA／ ×10 (5) (2)斜井提升。斜井提升的用电负荷计算公式为 斜井 W =5．8～13QHIA×10 (6) 尸= 署 03) 露天 W=10～20QHIAX10 (7) 式 (5)、(6)、(7)中， 式中，F为拉力差，在斜井单钩串车提升时的拉 9为年排出的矿井总涌水量 ，m。； 力差为 A为矿井年产量，kt； F=1．6Q(sinot+ cos)+ 1(sinot+J~eOfiOt) 为吨煤排水 电耗，(kW ·h)，t； (14) 1．2 提升设备负荷的估算 斜井提升钢丝绳的单重，可近似地认为提升量 提升负荷主要决定于提升量、提升高度和提升 的0．0005，斜井的提升角度一般在 15。 25。之间， 方式。根据煤炭工业的真实的情况，主井提升多用箕斗 而 Q，用 或胶带，也有些中小型斜井采用单钩或双钧串车，副 K2QHT+8)j3600 竖井多用罐笼 ，副斜井则用串车，现按不同提升方式 代入化简后，当单钩串车提升 将用电负荷估算如下 ： +Q=(Z／+100)×2时， (1)竖井提升。主要提煤箕斗提升的用电负荷计 单钩串车提升总负荷为 算公式为 Q=(32～50)×QHH X 10刁 (15) 当双钩串车提升 尸 102 (8) 1TB r+Q=L／+160时，双钩串车提升总负荷为 式中， P=(13～21)×Q日H X10。 (16) F为拉力差，在平衡尾绳提升系统中，拉力差为 斜井箕斗提升负荷及电耗大致与竖井相仿，而单 ，=KQ (9) 钩提升的效率则大大低于双钩，一般在0．15左右。 (3)胶带提升。胶带输送机运煤时其用电电负荷为 其 中， 。为矿井提升阻力系数，箕斗为 1．15； 尸= s ( +1)+1] ) Q为一次有效提升量，t； 式中， Q。为小时提升量，t； K为提升量裕度系数 ，一般为 1．5～2； K为提升量裕度系数，设计选型一般取 1．3～1．5； 为胶带运行阻力系数，一般为0．02～0．04； 为一次提升纯运行时间，s； 口为胶带输送机单位净质量，kg／m； Q为休止时间，s； q ／Q对于 国产 GDS型胶带输送机 ，其值在 为最大提升速度 ，根据设计矿井的实际统计， 0．25—0．3之间； 竖井一般取V=0．3～0．45、／ ； 同样将上式数据代人式(17)，胶带输送机的用 口为减速机传动效率 ，直联为 1，一级传动为 电负荷为式(18)： 0．92，二级传动为0．85。 P=(6～9)Xp日×10 (18) 将上述数值代人式 (8)，得箕斗提升的用电负荷 近似为 2 通风机负荷估算 P=(9—15)XQlHx10 (1O) 对于副井提升，主要提升量为人员、矸石及材 扇风机的用电负荷，主要根据产量 、瓦斯涌出 料 ，其最大拉力差一般 出现在提矸时，全天可按 4h 123 Equipment ManufactringTechnologyNo．3，2011 量、涌出方式及风路长度 。由于这一些数据的变化规律 很复杂，很难用简单公式表示，但根据对 200多对 4 井下采、掘、运用电负荷的估算 矿井的实际调查，及对解放后多年设计工作案例的 分析，矿井通风耗电大致如表 1示。 井下采、掘、运用电负荷 ，不仅决定于矿井产量 和机械化程度 ，而且与工作面的产量 、运距 、运输方 表 1 矿井通风的耗 电指标 式及管理上的水准有关。根据对矿井设计和生产矿井的 序号 矿 井 种 类 最大负荷 耗电嚣 实际调查，大致情况如表 3所示。 (kW／kt) (kW ·b／t) 1 低瓦斯矿井 ．以及瓦斯涌m量小的高瓦斯小井 02加 5 1．54 表 3 矿井井下采 、掘 、运 的 2 斯涌}}j量小的高瓦斯大型矿井以及瓦斯涌出量较大高 0 ￡斯小型井 ． 5-I．0 4-8 机械化程度 兰 采 般 矿井 3 F均 日产 Il煤，瓦斯涌}I{量在 25m]左右的大中型矿井 1．O—1．8 8—14 使用该表时，当瓦斯涌出量大、风路长时取大 值；反之取小值。对瓦斯涌出量接近 10m 的特大型 选择上述数据时，机械化程度高、工作面产量 矿井而且风路又长时，可取瓦斯涌出量较小的高瓦 小、运输距离长的矿井取上限值，反之取下限值。在 斯大、中型矿井的较低值 ；相反 ，对瓦斯涌出量较小 上述数据中，未包括水力采煤和水力运输。当矿井井 的高瓦斯片盘斜井，由于风路较短，故可采用低瓦斯 下有水力采煤及水力运输时，采、掘 、运的吨煤电耗 矿井的较高值。 可达 40～50kW h·以上 。 矿井用电负荷除四大件和井下采、掘、运的用电 3 压风负荷的估算 负荷外，其他负荷约 占矿井总负荷的20％ ～30％。在 估算矿井总负荷时 ，井下采、掘、运和四大件的用电 压风负荷的大小，决定于岩石硬度、煤的赋存条 负荷相加后 ，需乘一同时系数。在简化计算中，矿井 件(如煤层倾角、厚度等)以及各矿的使用习惯。根据 用电总负荷可按负荷大小不同，乘0．95～1．2的系 对 200多对矿井的实际调查及多年设计工作经验 的 数 ，小负荷乘大值 ，大负荷乘小值。对于矿井的吨煤 积累，压风负荷大致如表2所示。 电耗 ，由于没同时系数 ，各电耗相加后，按耗电量 的大小需乘 1．2～1．4的系数，数值大时取小值，数 表 2 矿井压风机 的耗 电指标 值小时则取大值。 5 结束语 最大负荷 (kWk／t) 0．5及以下 矿区总体供电，是电气设计的主体规划，其与矿 2及以下 耗 电量 k(w-h／t) 区热电站、生产企业的供、用电的详细情况及其在地 掘进含矸量的大小 ，决定于煤的赋存条件、开拓 方电网中所处的条件，有密切关系，对 电气设备的选 择、配 电装置 的布置、继 电保护和控制方式的拟定 ， 方式和采煤方法等多种因素，其为确定用风量的重 有较大的影响。因此矿区总体供 电，必须紧密结在 电 要因素 ，但不是唯一因素，必须与矿井掘进工作面的 力系统和电站的详细情况、远景发展规划等，全面地 岩石硬度和各矿的使用习惯统一考虑，选用合适的 分析有关因素 ，正确地处理好它们之间的关系，通过 用电指标。例如有的矿，掘进矸石并不少 ，但由于煤 技术经济比较，合理地确定矿区电力系统。 的赋存条件好，岩石硬度小，采用岩石电钻代替了风 钻，因此用风量就少；相反，有的矿井用风钻落煤，虽 参考文献 ： 然掘进矸石并不多，但风量却很大。因此确定压风耗 [1]张彦斌 ，潘先悟．矿山供 电(上)[M]．北京 ：煤炭工业 出版 电指标时，必须同时考虑数个条件。当煤层赋存条件 社 ，2009． 差、岩石硬度大、掘进含矸量大时，耗电指标要选得 [2】林 英 ，盛纪宝．煤矿固定设备电力拖动[M】．北京 ：煤炭工业 大一些，反之则小一些。 出版社，2009． (下转第 131页) l24 《装备制造技术}2011年第 3期 其余步骤和设置，与一般挖槽加工轮廓B和 c 方法 (4)边界再加工挖槽加工轮廓 B和 C—— 相 同。形成的刀具路径如图 l7所示 。 只需经过仔细修改 “边界再加工”对话框中几个参数 ，就 经过刀具模拟后进行实体切削验证如图 18所示。 可以去除残料，达到图纸要求。 比较上述加工轮廓 B和C的刀具路径，边界再 加工挖槽既不用做辅助线 ，增加工作量；也不会留下 边界残料，最适合于对偏心工件的加工。 6 结束语 图17边界再加工挖槽加工轮 图18边界再加工挖槽加工轮 本文通过比较MasterCAM刀具路径效果 ，得出 廓B和 C的刀具路径 廓B和C的实体切削验证 边界再加工的挖槽刀具路径最适合于对偏心工件进 行加工的结论。有助于深人理解 MasterCAM二维刀 5 选择最佳刀具路径 具路径 ，优选刀具路径对各种特殊结构来加工，以 达到其加工精度的要求。 比较上述很多方法的刀具路径和实体切削验证 效果 ，明显可知： 参考文献 ： 方法 (1)外形铣削加工轮廓 和 c_ 达到了 1【】朱维克，张 延．MasterCAM应用教程 (第 2版)M【】．北京 ： 图纸要求，但浪费了许多刀具路径； 机械工业 出版社 。2006． 2【]蔡汉明，宋晓梅．MasterCAM实用教程 M【]．北京 ：人 民邮电 方法(2)一般挖槽加工轮廓 和 c以及方法 (3) 出版社 ，2001． 使用岛屿深度挖槽加工轮廓 曰和 — —平面c在外 3【]王卫兵，MasterCAM数控编程实用教程 M【]．北京 ：清华大学 圆轮廓 附近有一圈栅栏似的残料没有去除，需要 出版社 ，2004． 另作辅助轮廓线，以延长刀具路径去除残料。 TheEffectofMachiningEccentricW orkPiecebyMasterCAM ToolPaths LILi-xin (HunanInstituteofXiaoxiangTechnician，YongzhouHunna 425000，China) Abstract：MnaufacturingeccentricworkpiecebymillingtoolpathofMasterCAM，thereishtewastingoftoolpahts needstobedoneguidestoeorreet．Thispaperattemptstomachininghteeeeentricworkpiecewithoutguidesbythe PockettoolpathsofMasterCAM，comparingtheresultofmnaufacturingeccentricworkpiecebythevarioustypesof Pockettoolpathsand contourtoo lpaths，aconclusion isdrawnthatpocketfacingbesuited tohtemnaufacturingof eccentricworkpieces． Keywords：MasterCAM ；eccentricworkpiece；toolpath；effectofmachining (上接第 124页) EstimationoftheMineMainEquipmentLoad ZHANGXie-shen (ZhongpingEnergyandChemicalZhongpingTenderingCo．，Ltd．，PingdingshnaHenan467000，China) Abstract：Overalldesignofthemineorfeasibilitystudystage，decision—makingminingsectorneedstomasterhtemain drainagepumps，fna s，minehoist，miningoperation，aircompressorandotherequipmentoftheelectricityloadna d estimatehteamountofelectricity consumption．Thisarticle describeshtemain equipmentrelating to theabove calculationandformula． keywords：mineequipment；loadcapacity；estimated． 131

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