（电气工程专业论文）贵州开磷集团沙坝土矿斜井胶带系统电气驱动系统的设计.pdf

l | i i iiii iii i i i i ii ii ! i i l 19 0 7 3 5 6 t h ee l e c t r i c a ld e s i g no fs h a b al a n dm i n ei n c l i n es h a f td r i v eb e l t i ng u i z h o uk a i l i ng r o u l s y s t e mu i z h o uk al r o u p l b y c h e nw e i x i b e ( x i a n g t a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h o ul a w u s e n i o re n g i n e e rl i uk e z h u a n g a p r i l ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 熙 力鼹 日期：2 0 l i 年，月功日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名： 豚为孵 日期：2 0 ，年，月z o 日 别磁辄7 那专 相7 雅醐恻降，胁日 贵州开磷集团沙坝十矿斜j 胶带系统电气驱动系统的设计 摘要 磷矿石是农业用肥必须的原料，是磷化工生产的基本原料，同时也是很重要 的工业燃料用原料，在国民经济中占有很重要的地位。我国磷矿资源的主要特点 为：储量较大，分布较集中，采选难度较高。为了提高矿石生产能力、增加矿石 的回收率，贵州开磷集团委托化工部长沙设计研究院对沙坝土矿段延深开采的技 术进行改进。 本文主要以该项目为研究内容，对斜井胶带运输系统的驱动电路进行设计。 通过对电机三种调速方式的比较并结合电机启动情况，得出在大运量、长运距、 多台电动机驱动以及要求调速运行的斜井胶带运输系统中采用变频器来控制交流 调速系统能够实现电机的无级平滑起动和速度控制。故而在运输系统的电机主回 路中使用p o w e r f l e x7 0 0 s ( 重载型) 变频器来进行主电路中电机的降压起动和交 流调速，并采用变频器和p l c 对电机联合控制，使得电机能在功率平衡和不同速 度的条件下长期稳定运行。同时所设计的驱动系统通过手动继电器控制回路和 p l c 自动控制回路的并行控制，能够在保护装置发生动作时让整个运输系统自动 停止运行，实现事故停机并通过检测系统将停机原因和事故地点在模拟屏上显示 出来。这便于对整个系统的装载，卸载和运输全程监视和集中控制。 本文完成了贵州开磷集团沙坝土矿段延深开采的技术改进项目中斜井胶带系 统电气驱动系统的c a d 图纸设计环节，并以此作为现场施工的理论指导，使采 矿系统效率大大提高。 关键词：斜井胶带运输；驱动电路；变频器；p l c ；设计 工程硕上学位论文 a b s t r a c t p h o s p h a t er o c ki s av e r yi m p o r t a n tb a s i cr a wm a t e r i a lo fp h o s p h o r u sc h e m i c a l p r o d u c t i o n ，b u ta l s ot h ei m p o r t a n tr a wm a t e r i a lf o rp r o d u c t i o no fi n d u s t r i a lf u e l w h i c hi s p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h en a t i o n a le c o n o m y t h em a i nf e a t u r e so f p h o s p h a t er e s o u r c e si nc h i n ai sal a r g em i n e r a lr e s e r v e s ，m i n e r a lr e s o u r c e sa r em o r e c o n c e n t r a t e d ，p h o s p h a t er o c kc o l l e c t i o nd i f f i c u l t i no r d e rt oi m p r o v eo r ep r o d u c t i o n c a p a c i t y ，i n c r e a s i n gt h er e c o v e r yr a t eo fo r e g u i z h o uk a i l i ng r o u pc o m m i s s i o n e d c h a n g s h ai n s t i t u t e o fc h i n am i n i s t r yo fc h e m i c a li n d u s t r yt ot h i se x t e n s i o no f m i n i n gp r o j e c ti ns h a b al a n dm i n et r a n s f o r m a t i o np r o j e c t s i nt h i sp a p e r ，a st h er e s e a r c ho b j e c tt ot h ep r o j e c t ，d e s i g ns h a f td r i v ec i r c u i tt a p e t r a n s p o r ts y s t e m b yc o m p a r i n gt h et h r e et y p e so fm o t o rs p e e dc o n t r o lm o d e a n ds t a r t m o d e ，w ec o n c l u d et h a ti nt h el a r g ec a p a c i t y ，l o n gd i s t a n c e ，a n dt or e q u i r em o r et h a n o n em o t o rd r i v es h a f tr u n n i n gs p e e dt a p et r a n s p o r ts y s t e m ，u s i n gt h et r a n s d u c e rt o c o n t r o lt h ea cm o t o rs p e e dc o n t r o ls y s t e mt oa c h i e v eas m o o t hs t a r ta n ds t e p l e s s s p e e dc o n t r o li st h eb e s tm e t h o d s ，t h e r e f o r eu s i n gt h ep o w e r f l e x7 0 0 s ( h e a v yd u t y ) f o rt h em a i nd r i v em o t o rv o l t a g es t a r t i n gc i r c u i ta n dt h ee x c h a n g er a t ea d ju s t m e n ti n t h et r a n s p o r ts y s t e mi nt h em a i nc i r c u i to ft h em o t o ra n dt h em o t o rw i t hf r e q u e n c y c o n v e r t e ra n dp l c j o i n tc o n t r o l ，t h em o t o rc a np o w e rb a l a n c ea n dl o n g t e r ms t a b i l i t y u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h es p e e do fo p e r a t i o n d r i v es y s t e md e s i g nm a n u a lr e l a y c o n t r o lb yp l ca u t o m a t i cc o n t r o ll o o pc i r c u i ta n dap a r a l l e lc o n t r o l ，t op r o t e c tt h e d e v i c ei na c t i o nt oo c c u ra u t o m a t i c a l l ys t o pr u n n i n gt h ew h o l et r a n s p o r ts y s t e m ，t o a c h i e v ea na c c i d e n ts h u td o w nt h es y s t e md o w n t i m eb yd e t e c t i n gt h ec a u s ea n ds i t eo f t h ea c c i d e n ti nt h es i m u l a t i o ns c r e e no nt h ed i s p l a y t h i sm a k e si te a s yf o re n t i r e m o n i t o r i n ga n d c e n t r a l i z e dc o n t r o lo ft h ee n t i r es y s t e ml o a d ，u n l o a da n dt r a n s p o r t t h em a i no u t c o m eo ft h ep r o j e c ti sc o m p l e t e de x t e n s i o no fm i n i n gp r o j e c ti n g u i z h o uk a i l i ng r o u ps h a b al a n dm i n ec a d d e s i g no fe l e c t r i c a ld r i v es y s t e m s u s ei t a sat h e o r e t i c a lg u i d a n c et ot h ec o n s t r u c t i o ns i t e ，g r e a t l yi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo f t h em i n i n gs y s t e m k e yw o r d s ：i n c l i n e ds h a f tb e l tc o n v e y o r ；d r i v ec i r c u i t ；t r a n s d u c e r ；p l c ；d e s i g n i i i 贵州开磷集团沙坝十矿斜j f 胶带系统电气驱动系统的设计 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引一v i 附表索引一v i i i 第1 章绪论l 1 1 引言1 1 2 矿山开采现状2 1 3 课题来源3 1 4 变频调速简介3 1 5 本文主要设计内容4 第2 章工程概述6 2 1 开采范围、方式和技术条件6 2 1 1 开采范围6 2 1 2 开采方式6 2 1 3 开采技术条件7 2 2 开拓方式的选择7 2 2 1 开拓条件7 2 2 2 开拓方式一7 2 2 。3 开拓提升方案比较8 2 2 4 废石提升方案比较一9 2 2 5 主溜井矿( 废) 石仓布置方案比较1 1 2 3 工程设计方案一l2 2 3 1 地区电网概况及供配电方案1 2 2 3 2 电力传动设计方案1 3 2 2 3 自动控制系统设计方案1 4 2 4 本章小结一16 第3 章主胶带电路的设计一1 7 3 1 主胶带电机的降压启动1 7 3 2 主胶带电机的调速1 8 3 2 1 交流调速原理1 8 i v 工程硕t 7 学位论文 3 2 2 变频器的工作原理1 9 3 2 3 变频器调速装置的主要性能指标2 l 3 3 主胶带电路设计2 2 3 3 1 主胶带电机选型2 2 3 3 2 主胶带变频器的p i d 控制2 4 3 3 3 主胶带变频器的接线2 5 3 3 4 主胶带控制电路的设计2 6 3 3 5 主胶带的p l c 输入模块2 9 3 4 本章小结3 2 第4 章分胶带电路的设计3 3 4 1 放矿闸门电路的设计3 3 4 2 振动放矿机电路的设计一3 7 4 3 给料皮带电路的设计4 0 4 4 分料胶带电路的设计4 3 4 5 振动筛电路的设计一4 5 4 6 矿石转运胶带电路的设计4 7 4 7 矿石卸料小车电路的设计5 0 4 8 相关电路器件选型5 2 4 9 本章小结5 4 结论5 5 参考文献。5 7 致j 射6 0 附录a ( 攻读学位期间参加的科研项目) 6 1 v 贵州开磷集团沙坝十矿斜井胶带系统电气驱动系统的设计 插图索引 图1 1 开磷集团矿区交通位置图2 图2 1 沙坝土矿运输系统连锁图1 3 图2 2 沙坝土矿胶带运输系统自动化控制系统结构图1 5 图3 1 交直交变频器原理图2 0 图3 2 三相逆变电路原理图2 0 图3 3 三相逆变电路导通波形图2 1 图3 4 主胶带主电路原理图2 4 图3 5 变频器p i d 调节过程图2 5 图3 6 主胶带控制电路控制回路图2 7 图3 7 主胶带控制回路事故指示回路图2 8 图3 8 主胶带控制回路事故报警回路图2 9 图3 9 主胶带控制回路其他回路图2 9 图3 10 主胶带自动控制p l c 输入模块图3 0 图3 1 l 主胶带跑偏检测p l c 输入模块图31 图3 1 2 沿头停车和纵向撕裂p l c 输入模块图3 2 图4 1 放矿闸门主电路图3 3 图4 2 放矿闸门控制电路图3 4 图4 3 放矿闸门p l c 输入模块图3 6 图4 4 振动放矿机主电路图3 7 图4 5 振动放矿机控制电路图3 8 图4 6 振动放矿机p l c 输入模块图3 9 图4 7 给料皮带主电路图4 0 图4 8 给料皮带控制电路图4 l 图4 9 给料皮带p l c 输入模块图一4 2 图4 1 0 分料胶带设计图4 3 图4 1 1 分料胶带p l c 输入模块图4 5 图4 12 振动筛设计图4 6 图4 1 3 矿石转运胶带主电路图4 7 图4 1 4 矿石转运胶带控制回路图4 8 图4 1 5 矿石运转胶带p l c 输入模块图一4 9 图4 1 6 矿石转运胶带跑偏检测p l c 输入模块图5 0 v l 图4 1 7 矿石卸料小车设计电路图5 1 图4 1 8 矿石卸料小车p l c 输入模块图5 2 v h 贵州开磷集团沙坝十矿斜j l ：胶带系统电气驱动系统的设计 附表索引 表2 1 沙坝土矿开拓主提升方案比较表8 表2 2 沙坝土矿废石提升方案比较表j 1 0 表2 3 溜井( 矿仓) 布置方案比较表l l 表3 1 各种调速方法性能比较表1 8 v i i i 工程硕l ：学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 磷矿石是农业用肥必须的原料，是磷化工生产的基本原料，同时也是很重要 的工业燃料用原料，在国民经济中占有很重要的地位i l ，2 】。有稳定可靠、充足优质 磷矿石供给加工企业是发展磷化工产业的先决条件。 贵州开磷( 集团) 有限责任公司( 简称丌磷集团) 始建于l9 5 8 年，是国家重 点投资建设的三大磷矿石生产基地之一，与云南昆阳、湖北襄阳并称为“三阳开 泰”，有高原“磷都”之美誉。l9 9 4 年进入全国10 0 家现代企业制度试点企业， 改制为国有独资公司。经过4 0 多年的建设和发展，现已形成开磷矿业、开磷化工、 开磷建设、开磷物业及开磷贸易五个产业，是我国1 5 8 8 家大型企业和1 1 0 家高浓 度磷复肥生产骨干企业之一。2 0 0 5 年实现销售收入2 3 2 8 亿元，入库税金1 4 3 4 7 万元，实现利润7 3 7 0 万元。截止2 0 0 5 年底，开磷集团总资产已达3 4 8 4 亿元， 资产负债率6 6 ，银行信誉度a a + 。 开磷矿业作为贵州丌磷集团的支柱产业，是开磷集团发展的根基。开磷集团 的前身即“开阳磷矿 ，是国家在第二个五年计划期间建设的全国三大磷矿石生 产基地之，发现于l9 5 4 年，19 5 8 年开始筹建，一期工程马路坪矿段北区( 马 路坪矿) 于l9 6 5 年建成投产，南区( 青菜冲矿) 19 7 0 年建成投产，二期工程用 沙坝矿于1 9 8 9 年建成投产。19 9 2 年开始进行一期延深工程，19 9 6 年建成投产。 磷矿石设计生产能力1 6 0 万吨年。近几年来，随着国家投资体制的变革和管理模 式转变，开磷集团又逐步走上自我积累和自我发展的道路，先后利用自有资金和 银行贷款开发了南延( 牛赶冲矿段) 、北延( 沙坝土矿段) 、牯牛背( 用沙坝矿段) 、 小屯坡及大坡( 极乐矿段南段、北段) 等保产工程，使集团公司总的矿山生产能 力达到2 0 0 2 2 0 万吨年l j j 。 开磷集团矿区位于贵州省中部乌江流域开发区，行政区划属开阳县金中镇所 辖，地理坐标为东经1 0 6 0 4 7 3 2 5 ”1 0 6 0 5 1 3 3 ”，北纬2 7 0 0 8 2 4 ”2 7 0 1 07 5 0 ”。矿区 距开阳县城2 5k m ，西南距贵阳市8 8k m ，西北距息烽县城2 8k m ，北距遵义市 1 0 2k m 。均有公路相通。矿区有准轨铁路支线与川黔线上小寨坝车站接轨，支线 全长31 4k m 。在矿区设有大水沟、中心、普矿、楠木坪四个站台，交通运输方 便。矿区面积约8 5 k m 2 。整个矿区由用沙坝矿段、马路坪矿段、牛赶冲矿段、沙 坝土矿段、极乐矿段、两岔河矿段等六大矿段组成，其矿区地理位置图如图1 1 所示。 贵州开磷集团沙坝十矿斜j f 胶带系统电气驱动系统的设计 沙坝土矿为2 0 0 2 年末组建的直属矿，由原宏盛公司大坪采场、原马路 采区组成，负责沙坝土矿段的开发4 1 。 曩 至遵义 、纂坝 盘脚营 崦飞躺站 = 六支是文，硝吕泉 天台站，矽 飞锯 南极丢妊 胁缝7 v i l 确m k 峭 剥云 场缸 叶 土 一 吼 舯吣y俞叫扩1 工程硕j j 学位论文 输能力为3 0 4 0 万吨年，矿山生产能力最大为4 0 万吨年。 矿山目前尚未形成完整的通风系统，主要靠自然通风，开拓掘进采用局扇通 风，矿山整个的通风效果较差。 排水系统：现在南、北矿块各设1 座坑内排水泵站，南矿块泵站设在7 3 0 m 中段，布置有3 台2 0 0 d 4 3 3 排水泵。北矿块泵站设在7 5 0 m 中段，布置有l 台 1 5 0 s 1 0 0 排水泵，2 台1 0 0 s 一9 0 排水泵。两座泵站、水仓均为简易巷道式布置， 设置很不规范，只能作为临时排水用。 1 3 课题来源 为了提高矿石生产能力、增加矿石的回收率，贵州开磷集团委托化工部长沙 设计研究院对沙坝土矿段延深开采的技术进行改进。该技改项目是一个在原有生 产矿山的基础上进行的延深扩能技改工业建设项目，包括矿山延深开拓、提升、 通风运输系统的完善、开采技术及装备的改进和矿山规模的扩大等内容，采用地 下开采方式1 7 蔗j 。沙坝土矿段技改工程设计规模为1 2 0 万吨年，即在原有7 5 万吨 年生产能力的基础上通过系统改造、设备更新和技术进步新增生产能力4 5 万吨 年，同时矿石回收率由7 0 提高到7 5 7 8 ，采矿贫化率由6 降到4 。 在该技改项目中，大型、特大型矿井主斜井胶带运输机，是连接井下原矿开 采系统和地面选矿系统的枢纽，常采用多台电动机驱动。就其驱动方式和控制系 统而言，实施可控的软启动，以保证多台电动机功率平衡及在不同速度下长期稳 定运行，是选择的关键【9 1 。对于大运量、长运距、多台电动机驱动、要求调速 运行的主斜井胶带输送机来说，交流调速是较为理想的驱动方式【1 2 , 1 3 】。 1 4 变频调速简介 在变频技术同新月异的发展的同时，交流电动机控制技术取得了突破性进展。 由于交流电动机是多变量、强耦合的非线性系统，与直流电动机相比，转矩控制 要困难得多【1 4 ，”j 。2 0 世纪7 0 年代提出的矢量控制理论解决了交流电动机的转矩 控制问题【1 6 1 引。应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定 向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对 交流电动机的磁链和电流分别控制的目的 1 9 , 2 0 1 。这样就可以将一台三相异步电动 机等效为直流电动机来控制，因而获得了与直流调速系统同样优良的静、动态性 能，开创了交流调速与直流调速相竞争的时代1 2 卜2 3j 。 通用变频器具有调速精度高、响度快、保护功能完善、过载能力强、节能显 著、维护方便、智能化程度高、易于实现复杂控制等优点，已在我国推广普及1 2 4 ，。2 5j 。 变频器的功率从几百瓦到几百千瓦，目前市场上主要是国外生产的变频器，如罗 贵州开磷集团沙坝十矿斜井胶带系统电气驱动系统的设计 克韦尔自动化、西门子、a b b 、安川、富士、台达等公司的产品1 26 。这些产品更 新换代快，竞争激烈，其总的趋势是向小型化、智能化、多功能、大容量和低价 格的方向发展【2 7 1 。现代变频器大都采用高速全控开关器件，如g t r ( g i a n t t r a n s i s t o r ，巨型晶体管或电力晶体管) 、i g b t ( i n s u l a t e dg a t eb i p o l a rt r a n s i s t o r ， 绝缘栅双极型晶体管) 等【2 8 3 0 】。由这些电力电子开关器件组成了p w m ( p u l s e w i d t hm o d u l a t i o n ，脉冲宽度调制) 电压型逆变器【3 1 1 。现代变频器的控制系统要 比早先产品复杂得多，而且是数字化的，它采用微处理器控制，也有的采用3 2 位数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，d s p ) 为实现高级控制和复杂的性 能提供了保证【32 1 。变频器现在作为交流电动机变频调速用的高新技术产品，在国 民经济的各部门得到了广泛的应用。 众所周知，直流调速系统具有较为优良的静、动态性能指标1 3 3 ”1 。在很长的 一段历史时期内，调速传动领域基本上由直流电动机调速系统所垄断。直流电动 机虽有调速性能好的优点，但也有一些固有的难于克服的缺点，主要是机械式换 向器带来的弊端。其缺点是：( 1 ) 维修工作量大，事故率高；( 2 ) 容量、电压、 电流和转速的上限值均受到换向条件的制约，在一些大容量、特大容量的调速领 域中无法应用；( 3 ) 使用环境受限，特别是在易燃易爆场合难于应用1 3 引。而交流 电动机有一些固有的优点：( 1 ) 容量、电压、电流和转速的上限不像直流电动机 那样受限制：( 2 ) 结构简单，造价低；( 3 ) 坚固耐用、事故率低、容易维护。它 最大的缺点是调速困难，简单调速方案的性能指标不佳【37 1 。随着交流电动机调速 理论问题的突破和调速装置( 主要是变频器) 性能的完善，交流电动机调速性能 差的缺点已经得到了克服【3 引。目前，交流调速系统的性能已经可以和直流调速系 统相媲美，甚至可以超过直流调速系统。 目前人们所说的交流调速传动，主要是指采用电力电子器件的电力变流器对 交流电动机的变频调速传动【3 9 1 。除变频器以外的另一些简单的调速方案，如变极 调速4 0 1 、定子调压调速【4 1 1 、转差离合器调速【4 2 】等，虽然仍在特定场合有一定的 应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。 1 5 本文主要设计内容 本文以化工部长沙设计院对贵州开磷集团沙坝土矿段延深开采的技术改进项 目为研究内容，以谋求最高采矿效率为宗旨，遵循“依据矿段现状、矿体赋存条 件，合理借鉴、立足创新”的基本原则，围绕“经济、安全、高效这一问题对 沙坝土矿斜井胶带运输系统的驱动电路进行设计。 本文共分为三个部分，第一部分为整体工程概况和对沙坝土矿段斜井胶带运 输系统设计方案的介绍；第二部分为斜井胶带运输系统主胶带电路的设计，通过 对电机三种调速方式的比较并结合电机启动情况，得出在大运量、长运距、多台 工程硕上学位论文 电动机驱动以及要求调速运行的斜井胶带运输系统中采用变频器来控制交流调速 系统能够实现电机的无级平滑起动和速度控制，并采用变频器和p l c 对电机联合 控制，使得电机能在功率平衡和不同速度的条件下长期稳定运行；第三部分为斜 井胶带运输系统分胶带电路的设计，包括放矿闸门、振动放矿机、给料皮带、分 料胶带机、振动筛、矿石转运胶带机、矿石卸料小车的主电路和控制电路的设计。 电路的设计从两方面入手，分别为手动继电器控制回路系统和p l c 自动控制 回路系统。继电器控制系统实现单机就地手动控制，以适应设备维修、调试的需 要。p l c 控制系统实现集中控制，它既可实现系统连锁自动控制，又可实现远程 单机控制。通过两个系统对电机并行控制，能够在保护装置发生动作时让整个运 输系统自动停止运行，实现事故停机并通过检测系统将停机原因和事故地点在模 拟屏上显示出来。这便于对整个系统的装载，卸载和运输全程监视和集中控制。 贵州开磷集团沙坝十矿斜， 胶带系统电气驱动系统的设计 第2 章工程概述 2 1 开采范围、方式和技术条件 2 1 1 开采范围 沙坝土矿段矿山地质勘探最低控制标高为3 4 0 m ，在此标高矿体无变薄 趋势，3 4 0 m 标高以下应该还有大量远景储量，考虑到4 0 0 m 以下矿体勘探控 储量较少，本次设计最低标高为4 0 0 m 。考虑到矿山目前已开拓到7 0 0 m 中段，开 工程硕：l 学位论文 2 1 3 开采技术条件 沙坝土矿为缓倾斜一一倾斜中厚层状矿体，产状稳定。开采范围内矿体倾角 1 6 3 9 0 ，南陡北缓，厚度1 0 9 1 0 8 3 m ，平均厚度5 0 1 m 。矿石致密、性脆、节 理、小滑动面发育。矿石本身无粘结性，掘进时，常有小块冒落。矿层凿岩爆破 性好，属中稳一一不稳固岩石。 矿层的直接顶板( 俗称假顶) 为一层水云母粘土质页岩或含磷砾石，厚度0 5 m 左右，工程遇见率1 0 ，它与上部的真顶( 白云岩) 结合不紧密，松软易风化， 很不稳固，易冒落，对采矿作业安全、矿石损失影响较大，也是矿石贫化加剧， m g o 含量增高的主要原因。 假顶层以上为白云岩、硅质岩，中等稳固。 矿层的直接底板( 俗称假底) 为砂质白云岩，厚度一般为0 2 6 1 m ，平均厚 度0 6 8 m ，该层胶结疏松，易风化变软，稳固性差。 矿层真底为中厚层石英砂岩，属不稳固一一较稳固岩石。 沙坝土矿位于洋水背斜的东翼，矿体上盘为高山，下盘为洋水河谷。洋水河 谷与矿体走向几乎平行，侵蚀基准面标高为7 3 l m ，矿区水文地质条件为中等一 一复杂类型。 2 2 开拓方式的选择 2 2 1 开拓条件 沙坝土矿位于洋水背斜的东翼，为东倾的单斜构造，地层倾角1o 5 5 。矿 体上盘为高山，下盘为洋水河谷。洋水河谷与矿体走向几乎平行，侵蚀基准面即 为洋水河河面。 受矿区地形条件制约，沙坝土矿7 0 0 m 中段以下各开采中段均不能直接通地 表，无平硐开拓的条件，矿石须提升方能出地表。 2 2 2 开拓方式 矿山开拓方式的选择除受矿体本身的赋存条件限制外，还受到设计规模和社 会经济发展水平的影响。考虑到开阳磷矿的优质矿石对全国磷肥加工企业的重要 性，国家对开阳磷矿的矿石生产能力有更高的、潜在的要求，而沙坝土矿是开阳 矿区控制储量最多，走向长度最大的矿，应有一定的增产潜力。因此本次设计沙 坝土矿的矿石提升能力按1 5 0 万吨年考虑，考虑废石提升量后约1 7 0 万吨年。 显然，在此规模下，竖井罐笼、斜井箕斗、斜井串车提升在技术上是不可行的。 汽车斜坡道开拓，具有工艺环节少，生产灵活，开拓系统简单，建设期短等 优点，但是，需要的汽车数量多，设备投资大，由于受汽车爬坡能力的限制，从 2 2 3开拓 胶带斜井提升和竖井箕斗提升两种提升方案具体如下： 方案一：胶带斜井提升方案。斜井井口选择在现有陈家洞斜坡道以南、铁路 以东、淘沙沟沟口以北的山坡上，井口标高7 9 2 m ，由于离矿体较近，井筒向东 南沿倾斜方向掘进。前期l 拌胶带斜井掘进到5 5 0 m 标高，井筒长1 1 6 4m ，服务 7 0 0 m 、6 4 0 m 、5 8 0 m 三个中段的提升任务。后期向西南沿矿体倾斜方向再掘进一 条2 撑胶带斜井到3 7 0 m 标高，与l 胶带接力提升，井筒长8 6 5 7 5m ，服务5 2 0 m 、 4 6 0 m 、4 0 0 m 三个中段的提升任务，1 胶带斜井底部预留后期胶带接头硐室，以 减少后期胶带斜井掘进和安装对矿山生产的影响。考虑到沙坝土矿矿体位于浸蚀基 准面以下，矿石含水率可能较高，为保证矿石提升时不打滑，斜井倾角选用1 2 。， 采用带宽b = 1 0 0 0m m 的钢绳芯胶带。 方案二：竖井箕斗提升方案。竖井井口位置选在加工厂原矿堆场附近，井口 标高定为8 0 0 m ，经计算需选用4m 3 双箕斗提升，井简直径5m 。前期井筒掘进 到5 2 0m 标高，服务5 8 0r n 以上中段。后期再将井筒延深到3 4 0m 。前期在5 8 0m 水平、后期在4 0 0m 水平设集中运输水平。 两方案的详细比较见表2 1 。从表2 1 中可见，斜井胶带提升方案，无论是基 建投资或经营费用，均较竖井箕斗省、能耗少、便于自动控制，可以与无轨采掘 巷道统一安排，施工进度有保证，而且为矿山挖潜增产留有较大余地。另外胶带 提升在矿山已有成熟经验，故推荐沙坝土矿采用斜井胶带提升方案。 表2 1 沙坝土矿开拓主提升方案比较表( 单位：万元) t 程硕 j 学位论文 ( 续表) 序号项目名称方案一( 斜井胶带) 方案 二( 竖片箕斗)备注 2 2 4 废石提升方案比较 经计算沙坝土矿废石量约为15 万吨年。废石提升考虑了三种可行的方案， 并对其进行了技术经济比较。 方案一：利用运矿胶带兼提废石。该方案考虑在井下和地表设废石仓，废石 运到卸废站倒入中段废石仓后，利用矿石提升胶带提升到地表，用汽车倒运到地 面废石场就近排卸。经计算需两台2 0 ts t y e r 汽车。 方案二：汽车运输废石。该方案考虑利用坑内卡车将废石直接从掘进工作面 经斜坡道运到地面废石场排卸。5 8 0 m 中段以上需增加汽车3 台，5 8 0 m 中段以下 贵州开磷集团沙坝十矿斜j 胶带系统电气驱动系统的设计 需汽车4 5 台。 方案三：串车斜井提升废石。该方案考虑在地表废石场就近掘进斜井，废 运到卸废站倒入中段废石仓后，装入o 7 5 m 3 矿车提升到地表，用人工推车卸到 石场。经计算采用j k 2 5 2 0 a 提升机，前期一次提升矿车4 辆，电机功率2 8 0k w ， 后期6 辆，电机功率4 0 0k w 。 三个方案详细比较见表2 2 。从表2 2 可以看出，方案一由于可以充分利用矿 石运输设施，新增的井巷工程和设备较少，投资省，经营费低，费用现值比另外 两个方案分别少1 5 3 0 7 万元和7 4 0 3 万元，虽然该方案存在环节多，胶带提升两 种物料，控制和管理较复杂的缺点，但是这些缺点都是可克服的，考虑到该方案 经济上的明显优势。设计推荐方案一。 表2 2 沙坝土矿废石提升方案比较表 t 程硕。 ：学位论文 2 2 5 主溜井矿( 废) 石仓布置方案比较 胶带斜井提升矿石和废石两种物料，为了充分发挥胶带连续运输的优势，必 须在井下设容量能满足胶带一定提升时间要求的矿( 废石) 仓，对于矿石仓，本设 计取3 小时矿石提升量；对于废石仓的容量，考虑到管理和控制的方便，按储存 一天的废石量设计。关于溜井矿( 废石) 仓的布置，有分段布置和集中布置两种 形式。分段布置是每个中段掘单独的溜井矿( 废石) 仓和装料系统向斜井胶带装 矿，集中布置则几个中段共用矿仓和装矿系统。分段布置与集中布置相比，溜井 长度短，中段卸矿石门长度短，上部中段提升长度小，节省电能，经营费低，与 辅助斜坡道配合可以分段掘进，分段安装，尽快形成矿石和废石提升系统，减少 生产与基建相互影响，加快基建速度。缺点是矿仓和装矿巷道及设施数量多，设 备投资较高，胶带存在多点装矿，控制和管理较复杂。两种布置方案技术经济详 细比较见表2 3 。 表2 - 3 溜并( 矿仓) 布置方案比较表( 单位：万元) 从表中可以看出，方案二无论投资还是经营费都较低，如果考虑分段布置加 贵州开磷集团沙坝士矿斜j ：胶带系统电气驱动系统的设计 快基建速度带来的效益，方案二的优越性更加突出，设计推荐分段布置方案 2 3 工程设计方案 沙坝土矿矿石提升采用斜井胶带提升方式，井口标高7 9 0 m ，前期i 号钢 胶带机，为5 8 0 m 以上各中段( 包括5 8 0 中段) 服务。后期增建i i 号钢绳芯 机，为5 8 0 m 以下各中段服务，前、后期两条钢绳芯胶带机采用直接搭接接 升方式。 为充分利用胶带机提升能力大的特点，同时解决废石的提升，设计决定 一套提升系统既提升矿石又提升废石。 为减少工程量，节约投资；也为了节约能源，减少经营费。设计决定采 段溜井。 前期，通过钢绳芯胶带机提升的有矿石和废石，7 0 0 中段矿石、废石由溜井 下放至6 6 5 m 溜井下口后，经放矿闸门和振动放矿机由1 号给料胶带机转载给i 号钢绳芯胶带机，提升到井口。矿石直接进入初碎车间初碎，初碎后的矿石经地 表转运胶带机运至加工厂的磷矿堆场；废石则经地表废石转运胶带机运至废石仓。 6 4 0 ( 5 8 0 ) 中段矿石、废石由溜井下放至6 0 5 ( 5 4 5 ) m 溜井下口后，经放矿 闸门和振动放矿机由2 ( 3 ) 号给料胶带机转载给i 号钢绳芯胶带机，提升到井口。 到井口后的矿、废石转运与7 0 0 中段相同。 后期，随着开采中段标高的降低，前期的i 号钢绳芯胶带机已不能满足要求， 需要新增i i 号钢绳芯胶带机，与前期i 号钢绳芯胶带机直接搭接接力运行，共同 担负矿石和废石的提升任务。 2 3 1 地区电网概况及供配电方案 矿区位于开阳县金中镇，贵阳2 2 0k v 和1 1 0k v 送电线路经过矿区的东部， 其中在距离矿区( 直线距离) 约6 k m 处有一座区域性l10k v 变电站。其主要容 量为2 2 0 兆千安，有3 5k v 出线间隔。 沙坝土矿设计范围为12 0 万吨年生产能力的采矿设备及相应配套的通风，胶 带运输和井下排水等设施的供配电。 沙坝土矿与大水沟3 5 6 3k v 变电站相邻，与马路坪3 5 6 3k v 变电站距离约 3 5k m ，所以，沙坝土矿用电电源引自大水沟3 5 6 3k v 变电站。 沙坝土矿的开拓运输方式为胶带斜井开拓，中段汽车运输，胶带提升矿石和 废石两种物料，前期开采7 0 0 和6 4 0 两个中段。 胶带运输系统用电负荷主要为主胶带，给料胶带，地面破碎站和转运胶带等。 主胶带负荷为2 2 8 0k w ，6k v 。 每个中段共分5 个盘区开采，中段采矿设备用电负荷分lk v 和3 8 0v 两种用 工程硕 j 学位论文 电设备。 2 3 2 电力传动设计方案 主胶带驱动电机功率为2 2 8 0k w ，为双电机驱动装置，其启动方式采用变 频器控制，以解决胶带机起