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1、第第1010章章 矿井提升设备的选型设计矿井提升设备的选型设计武汉理工大学 机电工程学院 人与人之间原本只有微小的差别， 但却造成了巨大的差异。其原因正在于 心态。我们往往把自己想象成什么样， 就真的会成为什么样子。积极的心态， 激励和改变了无数深陷逆境的人们；积 极的心态，是走向成功，实现自己人生 目标的灵丹妙药。这就是心态的力量。第一节第一节 选型设计的基本原则与设计依据选型设计的基本原则与设计依据 矿井提升设备选型是否合理，直接影响到矿井的安全生产、基 建投资、生产能力和吨煤成本。所以在选型设计之前，必须进行 认真的技术方案比较，使设计方案真正达到技术与经济上的合理 。矿井提升设备的合理
2、设计，主要取决于确定合理的提升系统， 即设计矿井采用几套提升设备、提升设备的类型（单绳缠绕式还 是多绳摩擦式）及提升方式（采用箕斗还是罐笼）。一般情况下，年产量在30万吨及其以上的大中型矿井，由于提升 任务重，可设两套提升设备，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提 升。对于年产量超过 180万吨的特大型矿井，主井可采用两套箕斗 提升设备，副井除配备一套罐笼提升设备以外，有时尚需设置一套 带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升。对于年产量小于30万吨的 矿井可采用两套普通罐笼提升设备，若一套提升设备能够完成提升 任务，也可采用一套普通罐笼提升。一、选型设计的基本原则一、选型设计的基本原则 对于大中型矿井
3、，决定其提升方式时，还应考虑如下几个因素：(5)多绳摩擦式提升机具有诸多优点。在立井提升中，一般当年产量 在60万吨及其以上，井深又在300350m以上时，采用多绳提升为好 。如果井深更大，即使年产量较小，也以多绳摩擦提升为宜。对于斜 井或较浅的立井均应采用单绳缠绕式提升设备。(4)对于采用单容器提升还是双容器提升，主要取决于同时开采的水平 数，对于煤矿多数以单水平开采，故一般采用双容器提升。当多水平提 升时，一般采用单容器加平衡锤的提升系统；(3)地面生产系统靠近井口，采用箕斗可简化煤流过程；若远离井口， 并需窄轨运输，则宜采用罐笼提升；(2)如果对煤有块度要求且要求较高时，宜采用罐笼提升；
4、(1)如果煤的品种较多，且要求不同品种分别运出时。应采用罐笼提升为 宜；一、选型设计的基本原则一、选型设计的基本原则(6)对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和带式输送机三种。串车提 升一般用于井筒倾角小于 25的矿井。对于年产量在21万吨及其以 下的矿井，一般采用单钩串车提升；当年产量达 30万吨，而提升距 离较短时，一般采用双勾串车提升。箕斗提升一般用于年产量 45万 吨以上，井简倾角大于 25的矿井，箕斗一般采用后卸式箕斗。带 式输送机一般用于产量较大，距离较长的斜井中。上述仅是一般设计原则，在具体设计时，必须根据矿井 的具体条件，提出若干可能方案、对基本投资、运转费、 技术的先进性等诸方面
5、进行技术经济比较后确定。同时还 要考虑到我国提升设备的生产和供应情况，才能确定比较 合理的方案。二、设计依据：二、设计依据：主井提升1.主井提升(1)矿井年产量：An，t/年；(2)工作制度：年工作日br(天)；日工作小时数t（小时）。 煤矿工业设计规范规定：br300天，t14小时；(3)矿井开采水平数、各水平的井深Hs及各水平的服务年限；(4)提升方式：箕斗或罐笼；(5)卸载水平与井口的高差(卸载高度)Hx，m；(6)井下运输水平与装载水平的高差(装载高度)Hz，m；(7)煤的松散密度，t/m3；(8)矿井电压等级。二、设计依据：二、设计依据：副井提升2.副井提升(1)井筒各水平的深度Hs
6、，m；(2)矸石提升量，若无特别给定，一般按煤炭产量的1525计算；(3)最大班下井人数，一般按每天下井工人总数的40计算；(4)矿车型号、规格；(5)每班运送材料、设备、炸药、保健车等的数量；(6)送往井下最大设备的尺寸和最重部件重力。 第二节第二节 提升容器的选择计算提升容器的选择计算 提升容器需根据提升任务的大小来确定。对某 一矿井的具体情况，加大提升容器、可降低提升速 度，提升机、井筒装备都要加大，增加初期投资， 但可节约用电；反之，加大提升速度可选用较小提 升容器和提升机，投资较少，但电耗增加。为解决 上述矛盾应通过技术经济比较，考虑矿井将来的发 展，选择出合理的方案。一般认为在不加
7、大提升机 及井筒直径的前提下，选择较大的提升容器，以采 用较低的提升速度，节省电耗。 一、小时提升量一、小时提升量A Ah h (101)t/h煤炭工业设计规范规定： 有井底煤仓时为1.101.15； 无井底煤仓时为1.20；c提升不均衡系数 。提升能力富裕系数。主井提升设备对 于第一水平留有20的富裕能力。年工作日br， br300天日工作小时数t ，t14小时矿井年产量，t/年 二、合理的经济提升速度二、合理的经济提升速度 在选择提升容器时，一般都采用经济速度法，常用的经济 提升速度为 ，m/s（0.30.5）(102)提升高度愈大，其系数取值愈大。一般情况下， 当H200m时取0.3为宜
8、，当H600m时取0.5为宜 。必须指出，在设计时还需根据具体情况进行选取 。此外，煤矿安全规程对提升速度有如下规定：(1)立井罐笼升降人员的最大速度系数不得超过 0.5，并且最大速度的数值不得超过16m/s；(2)专为升降物料的立井提升，最大速度系数不得 超过0.6；(3)对于斜井升降人员或使用矿车运输物料的最大 速度不得超过5m/s；用箕斗提煤(或歼石)的最大速 度不得超过7m/s；当铺设固定道床，采用重型钢轨 时，箕斗提煤的最大速度不得超过9m/s。 提升高度，HH sH xH z，m。卸载高度： 卸载水平与 井口的高差 装载高度： 井下运输水平与 装载水平的高差 井筒各水平的 深度Hs
9、 三、估算一次提升循环时间三、估算一次提升循环时间T Tx x ， s（103）爬行时间，箕斗可取10s，罐笼可取57s提升加速度，ms2休止时间，箕斗及罐笼的休止 时间见表101与表102。 四、一次合理提升量的确定四、一次合理提升量的确定 Kg (10 4) 根据上述计算值，若为箕斗便可从箕斗规格表中选 取接近的标准箕斗，一般说来应大于上述计算值。 若采用罐笼提升，根据计算的m值从罐笼规 格表选取所需罐笼。 五、箕斗被选定以后，计算一次提五、箕斗被选定以后，计算一次提 升循环时间升循环时间T Tx x和所需提升速度和所需提升速度v vmm因m进行了选取,故应再次计算Tx;Vm副井罐笼提升应
10、考虑下列规定副井罐笼提升应考虑下列规定 (5)普通罐笼进出车(材料车和平板车)的休止时间为4060s；升降人员的休 止时间为：单层罐笼每次升降5人以下时为20s；超过5人，每增加1人增加1s ；双层罐笼，如两层中的人员可同时进出罐笼，休止时间仅比单层罐笼增加2s 信号联系时间，当两层中的人员都由一个出车平台进出罐笼时，休止时间比单 层罐笼增加一倍并另加6s。 (1)最大班井下工人下井时间，不超过40min；(2)罐笼提升最大班净作业时间，一般不超过5h。在计算最大班下井人员、酐石 及材料提升时间时应遵守下列规定： 升降工人时间，按下井工人提升时间的1.5倍计算； 升降其他人员时间，按升降工人时
11、间的20计算； 提升矸石量按井下日出歼量的50考虑，运送坑木按日需要量的50考虑 。(3)对于混合提升设备的提升能力，应同时符合下述要求： 最大班下井工人下井时间，不超过40min； 每班提煤和提歼时间均计入1.25不均衡系数，并且总计不超过5.5h。(4)能够运送井下设备的最大和最重部件；第三节第三节 提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算 提升钢丝绳受力极其复杂，如静应力、动应力、弯曲应力、 接触应力、挤压应力、捻扭应力等。这些应力的综合作用导致 提升钢丝绳的损坏。同时还有锈蚀及磨损等对提升钢丝绳的损 坏。尽管国内外对此做了大量研究工作，取得了一些成果，但 还未找到一种综合反应上述应力破
12、坏的计算方法。目前其强度计算仍根据煤矿安全规程的规定，按最大静 载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。 安全系数安全系数 煤矿安全规程对提升钢丝绳的安全系数ma都作了明确规定，如表10 3所示。在选择钢丝绳时，应考虑如下因素：(1)在井筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选 用镀锌钢丝绳；(2)在磨损严重的条件下使用的钢丝绳，如斜井提升时，应选用外层钢丝尽 可能粗的钢丝绳，并尽可能用顺捻或三角股绳；(3)当弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用线接触顺捻绳或三角股绳；(4)我国实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳比较好，多绳摩擦提升用左右捻 各半；单绳缠绕式提升机我国选用的原则是，钢丝
13、绳的捻向与绳在卷筒上缠绕 时的螺旋线方向一致，目的是防止缠绕时钢丝绳“松捻”。目前单绳缠绕式提升 机多为右螺旋，所以选右同向捻。但国外有些国家规定，绳的捻向应与螺旋线 方向相反，究竟哪种规定更合理，还有待研究；(5)罐道绳最好用半密封钢丝绳，或三角股绳，表面光滑，比较耐磨；(6)用于温度高或有明火的地方，如研石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。 所谓安全系数是指钢丝绳各钢丝拉断力的总和 与钢丝绳最大静拉力之比。一、立井单绳缠绕式提升钢丝绳一、立井单绳缠绕式提升钢丝绳 的选择计算的选择计算 Hc钢丝绳最大悬垂长度，m；HcHj十Hs十HzHj井架高度，罐笼提升Hj1525m，箕斗提升HJ3035m；H
14、s井深，m；Hz装载高度，罐笼提升Hz0；箕斗提升Hz1825m。 提升钢丝绳每米质量，kg/m 提升容器自身质量，kg 一次提升货载质量，kg 一、立井单绳缠绕式提升钢丝绳一、立井单绳缠绕式提升钢丝绳 的选择计算的选择计算设b为钢丝绳抗拉强度(N/m2)，As为钢丝绳所有钢丝断面积之和(m2) ， o为钢丝绳密度(kg/m3)。则需要满足 As与mp有如下关系 kg/m 取钢丝绳密度o9400kg/m3，g 10m/s2 计算出钢丝绳每米质量mp后，可以从钢丝绳规格 表中选取稍大于mp的钢丝绳，并查出该绳所有钢 丝的破断力之和Qq，验算所选钢丝绳 满足右式，即说明钢丝 绳合适。否则应选取再
15、大一些的钢丝绳，并重 新进行验算。 二、立井多绳摩擦提升二、立井多绳摩擦提升 钢丝绳的选择钢丝绳的选择容器卸载位置到天轮中心线的距离 井架或井塔高度 Hc钢丝绳最大悬垂长度 HcH十h0十Hh 卸载高度 Hh尾绳环高度 H0尾绳最大悬垂长度 H0Hh十Hs十Hz十Hx Hz装载高度 HhHg十1.5s 两容器中心距离 根据主绳和尾绳重量的不同， 有等重尾绳n1 mpn2 mq、 重尾绳n1 mpn2 mq和轻尾 绳n1 mpn2 mq三种之分 A立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择 等重尾绳n1 mpn2 mq对于等重尾绳提升系统，提升钢丝绳在A点受最大静张力， 且重载容器
16、在任何位置时，其值不变 验算公式 n1提升钢丝绳根数 n2尾绳根数 mp每根提升钢丝绳 单位长度的质量 mq每根尾绳 单位长度的质量 立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择 重尾绳重尾绳n n1 1 m mp pn n2 2m mq q 对于重尾绳n2 mqn1 mp。当重容器在井口卸载位置时 ，主绳A点有最大静拉力，其值为 验算公式 对于轻尾绳系统。当重容器在井底装载位置时， 提升钢丝绳在A点受最大静拉力。 第四节第四节 提升机与天轮的选择计算提升机与天轮的选择计算 摩擦轮直径D，最大静张力Fjm，最大 静张力差Fjc及摩擦衬垫的比压pb。单绳缠绕式提升机主要特征参数有：滚筒直径D，滚筒宽度B最大静张力Fjm及最大静张力差Fjc多绳摩擦式提升机主要特征参数有：在选择计算时，首先确
