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1、第10章 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 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
2、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,对于大中型矿井，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6
3、0万吨及其以上，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；,(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,(6)对于斜井提
4、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：主井提升,1.主井提升 (1)矿井年
5、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：副井提升,2.副井提升 (1)井筒各水平的深度Hs，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；
6、 (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 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Ah,(101),t/h,煤炭工业设计规范规定：有井底煤仓时为1.101.15；无
7、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,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，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
8、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,三、估算一次提升循环时间Tx,， 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,Kg (104),根据上述计算值，
9、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，计算一次提升循环时间Tx和所需提升速度vm,因m进行了选取,故应再次计算Tx;Vm,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
10、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 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
11、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,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103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；
12、(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
13、式提升钢丝绳的选择计算,Hc钢丝绳最大悬垂长度，m；HcHj十Hs十Hz Hj井架高度，罐笼提升Hj1525m，箕斗提升HJ3035m； Hs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，g10m/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，
14、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。否则应选取再大一些的钢丝绳，并重新进行验算。,二、立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择,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
15、受最大静张力，且重载容器在任何位置时，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 重尾绳n1 mpn2 mq,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 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
16、机主要特征参数有：,在选择计算时，首先确定滚筒(或摩擦轮)直径D，然后验算其它参数。,一、提升机滚筒(或磨擦轮)直径的确定,选择滚筒(或摩擦轮)、天轮直径的原则是使钢丝绳在滚筒或摩擦轮上缠绕时不致产生过大的弯曲应力，以保证钢丝绳的使用寿命。,根据上式计算D值后，从提升机参数规格表中选取标准提升机。,二、天轮的选择,天轮安装在井架上，作为提升钢丝绳的支撑、导向之用。根据煤矿安全规程的规定轮直径D需按下面的条件确定。,它可分为固定天轮和游动天轮，井上固定天轮的规格如表104所示。,固定天轮 的规格,三、滚筒宽度的验算,滚筒的直径确定后，提升机即已确定，滚筒宽度便为确定值，但能否满足容绳量的要求，尚
17、需进行验算。,滚筒上需缠绕钢丝绳的长度包括： (1)提升高度H，m； (2)钢丝绳试验长度，煤矿安全规程规定，升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳自悬挂起每6个月试验一次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起经过一年进行一次试验，以后每隔6个月试验一次。每次剁绳头6m，钢丝绳寿命按3年考虑，则钢丝绳试验长度为30m； (3)为减少钢丝绳与滚筒固定处的拉力，按规定应留有3圈摩擦圈； (4)对多层缠绕时，钢丝绳由下层转到上层的临界段(相当于绳圈的1/4长的部分)必须经常加以检查，并应在每季度将钢丝绳移动1/4绳圈的位置。根据钢丝绳的使用年限，一般取错绳圈数n24圈。,三、滚筒宽度的验算,四、提升机强度
18、校验,从所选提升机的规格表中，可查得提升机允许的最大静张力Fjm和最大静张力差Fjc，提升机强度是否满足要求需按下式验算。,五、摩擦衬垫比压,多绳摩擦提升机靠钢丝绳和衬垫间摩擦力传动，为保证摩擦衬垫的性能，延长其使用寿命，规定了衬垫的允许比压为Pb，并按下式验算。,第五节 提升机与井筒相对位置的计算,提升机对于井筒的相对位置，系根据卸载作业方便，地面运输的简化以及设备运行的安全而定。所有这些都应在矿井工业广场的总体布置中解决。,一般采用普通罐笼提升时，提升机房位于重车运行方向的对侧；用箕斗提升时，提升机房位于卸载方向的对侧。井架上的天轮，根据提升机的类型和用途，容器在井筒中的布置以及提升机房地
19、点等，装在同一水平轴线上，或同一垂直面上。,提升机安装位置示意图,当井筒布置有两套提升设备时，两套提升机与并筒的相对位置，根据国内外的实际资料看，不外乎有如下方案：对侧式、同侧式、垂直式和斜角式(图103)。对侧式的优点是井架受力易平衡。同侧式和斜角式的优点是提升机房占地面积小。,提升机安装地点选好之后，要确定影响提升机相对位置的五个因素，这就是井架高度、提升机滚筒轴线与提升中心线的水平距离、钢丝绳弦长、偏角和出绳角。它们彼此相互制约、互相影响。,一、钢丝绳允许最大内外偏角2max、1max的确定,所谓钢丝绳的偏角是指钢丝绳弦与通过天轮平面所形成的角度，有内偏角和外偏角之分。在提升过程中，随着
20、滚筒的转动，钢丝绳在滚筒上缠绕或放松，偏角是变化的。,(1)偏角过大将会导致加剧钢丝绳与天轮之间的磨损、降低钢丝绳的使用寿命，磨损严重时还可能引起断绳事故。因此，煤矿安全规程规定，内外偏角不得超过130；,(2)如果内偏角过大，当钢丝绳缠绕滚筒时，绳弦与已缠到滚筒上的绳圈之间会相互接触，并产生磨损，这一现象称之为“咬绳”。如图104所示。因此，最大内偏角02m。x，不仅受煤矿安全规程的上述限制，同时还受不产生“咬绳”的限制。不产生“咬绳”的内偏角可从图105曲线中查出。,不产生“咬绳”的内偏角,二、井架高度Hj,井架高度是指从井口水平至天轮中心轴线间的垂直距离。,HjHxHrHg0.75Rt，
21、m,卸载距离,容器全高,过卷高度,天轮半径,三、满足允许内外偏角的最小允许绳弦弦长Lxmin的确定,钢丝绳弦长是钢丝绳离开滚筒处与天轮切点的一段绳长。绳弦越长内外偏角越小。,根据1max,根据2max,根据式(1039)、式(1040)或式(1041)的计算结果，取其中大者作为弦长最小值Lxmin。一般情况下，弦长不应超过60m。,四、滚筒中心与井筒提升中心间距离Ls的确定,根据允许的最小弦长，计算Lsmin,对于需要在井筒与提升机房之间安装井架斜撑的矿井，Lsmin还要满足下式,Lsmin0.6HjD3.5，m,一般来讲，式(1042)所确定的Lsmin值能够满足式(1043)的要求。根据上
22、式计算值，确定合适的Ls值。,(1043),(1042),滚筒中心至井口水平的高差，一般C01.52m,五、复算实际弦长Lx及内外偏角2、1,当井架高度Hj确定后，根据上述确定的Ls值，反算实际弦长Lx及内外偏角2、1。,六、下出绳角,出绳角的大小，影响提升机主轴的受力情况，JK型提升机主轴设计时是以下出绳角为15考虑的。若15，钢丝绳有可能与提升机基础接触，增大了钢丝绳的磨损。对于JK型提升机要求满足15。,七、多绳摩擦式提升机相对位置的计算特点：井塔高度,HtHx十Hr十Hg十Hmd十0.75Rd，m,为了防止过卷或紧急制动时容器冲上机房，一般在过卷高度内设置楔形罐道和防撞梁，用以强制容器
23、停止运行和保护提升机，防撞梁设在楔形罐道的终点。,Hmd一摩擦轮与导向轮间的高差，m；,Rd一摩擦轮半径，m。,Hr容器全高，m；,Hg过卷高度，当提升速度小于10ms 时，过卷高度应不小于提升速度值，但最小不得小于6m；当提升速度大于 10ms时，过卷高度不得小于10m。现在倾向于统一按10m计算；,Hx容器卸载高度，对于罐笼提升Hx0；对于箕斗提升根据煤仓及箕斗结构确定；,七、多绳摩擦式提升机相对位置的计算特点：围包角的计算,塔式安装多绳摩擦式提升机，在有导向轮时，钢丝绳在摩擦轮上的围包角一般限制在195以内，如图108所示，并按下式计算。,第六节 提升电动机的预选,在进行提升设备方案比较
24、时，需要初步确定提升电动机，而在进行提升设备动力学计算之前也要进行电动机的预选。一般情况下先预选电动机，动力学计算完后再进行电动机的验算。,一、电动机功率的估算,k 矿井阻力系数，箕斗提升k1.15，罐笼提升k1.2；,m一次提升货载质量，kg；,vm所选提升机的标准速度，m/s；,考虑到提升系统运转时，加、减速度及钢丝绳重力等因素影响系数。箕斗提升=1.21.4，罐笼提升1.4；,j减速器传动效率，单级传动j0.92；双级传动j0.85。,二、估算电动机转数,根据上述计算，初选提升电动机。,复习思考题,1.提升容器的选择计算方法。 2.立井无尾绳提升钢丝绳的选择计算。 3.提升机滚筒直径为何按照钢丝绳直径及钢丝的直径确定? 4.提升机滚筒上所需容纳的钢丝绳包括哪几部分? 5.井架高度由哪几部分组成?各部分如何确定? 6.何为“咬绳”?如何防止“咬绳”?,