【正文】 第八章 立井提升設(shè)備的選型計算 河北工程大學(xué)機電學(xué)院 第一節(jié) 選型的一般原則和主要內(nèi)容 第二節(jié) 提升容器的選擇與計算 第三節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計算 第四節(jié) 提升機的選擇計算 第五節(jié) 提升電動機的預(yù)選 第六節(jié) 提升機與井筒的相對位臵的確定 第七節(jié) 提升容器的運動規(guī)律 第八節(jié) 提升系統(tǒng)的動力方程式 第九節(jié) 變位質(zhì)量的計算 第十節(jié) 速度圖參數(shù)的確定 第十一節(jié) 提升動力學(xué)計算 第十二節(jié) 電動機功率的驗算 第十三節(jié) 交流拖動提升設(shè)備電耗和效率的計算 第一節(jié) 選型的一般原則和主要內(nèi)容 一、選型的一般原則 提升設(shè)備的選型設(shè)計是否經(jīng)濟合理，對礦山的基建投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本有著直接的影響。 提升設(shè)備選型設(shè)計只能在提升方式確定之后進行。 當(dāng)?shù)V井年產(chǎn)量、井深及開采水平確定之后，就要決定合理的提升方式。提升方式與井筒開拓、井上下運輸?shù)拳h(huán)節(jié)都有著密切的關(guān)系。 在決定合理的提升方式時，原則上要考慮下列幾個因素： 1) 一般應(yīng)遵照 1個井筒能設(shè) 1套就裝備 2套提升設(shè)備的原則。對于設(shè)計產(chǎn)量大于 ，由于提升煤炭及輔助提升工作量均較大，一般設(shè)副井 2套提升設(shè)備 (1套雙鉤雙層窄罐籠和 1套單鉤帶平衡錘雙層寬罐籠 )。深井或采用多水平生產(chǎn)作業(yè)提升，也可以裝備 2套單鉤帶平衡錘 4層 (或 3層 )寬罐籠提升設(shè)備，以提高井筒斷面利用率。 主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐籠完成輔助提升任務(wù)：如提升矸石、升降人員和下放材料、設(shè)備等。 對于設(shè)計產(chǎn)量小于 ，如果僅用一套罐籠提升設(shè)備就可以完成全部主副井任務(wù)時，采用一套提升設(shè)備是經(jīng)濟的。 2) 一般情況下，主井均采用箕斗提升方式。這是因為箕斗提升方式能力大、運轉(zhuǎn)費也較低。另外，在控制上易于自動化。 ? 在特殊條件下，例如礦井生產(chǎn)的煤質(zhì)品種多，且需分別運送，或是保證煤炭有足夠的塊度，這時只好采用罐籠做為主井提升設(shè)備。 3) 礦井主斜井運煤，條件適宜應(yīng)采用帶式輸送機提升。 4) 對于小型礦井，以采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)為宜。對于 設(shè)計產(chǎn)量在 Mt/a以上的大型礦井，以采用多繩摩擦提升系統(tǒng)為宜。 ? 對于中型礦井，如井較淺，可采用單繩纏繞系統(tǒng)，井較深時也可采用多繩摩擦系統(tǒng)，或主井采用單繩箕斗，副井采用多繩罐籠。 5) 煤礦若有兩個水平，且分前后期開采時，提升機、井架或井塔等大型固定設(shè)備要按最終水平選擇。提升容器、鋼絲繩和提升電動機根據(jù)實際情況也可按第一水平選擇，待井筒延深至第二水平時，另行更換，但電動機以換裝一次為宜。 二、選型設(shè)計的依據(jù)和主要內(nèi)容 (一 ) 設(shè)計依據(jù) 1． 主井提升 1) 礦井年產(chǎn)量 A(t/a)； 2) 工作制度即年工作日數(shù) br， 日工作小時數(shù) t， 《 煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范 》規(guī)定： br = 330d， t = 16h； 3) 礦井開采水平數(shù)及各水平服務(wù)年限； 4) 礦井深度 Hs， 即井口至各開采水平的深度； 5) 卸載水平與井口的高差 Hx(m)， 可按下列數(shù)據(jù)選?。? ? 對于底卸式箕斗： Hx＝ 15~25m， ? 對于普通罐籠： Hx＝ 0~15m； 6) 裝載水平與井下運輸水平的高差 Hz(m)， 對于底卸式箕斗： Hz＝ 18~25m； 7) 煤的散集密度 (t/m3)； 8) 提升方式：箕斗或罐籠； 9) 礦井電壓等級 。 1) 矸石年產(chǎn)量： 如無特別指出時 ， 可取煤炭產(chǎn)量的 15~20%； 最大班出矸石按日出矸石量的 50%計算； 2) 最大班下井人員數(shù)目 (人 /班 )；立井的最大班工人下井時間 ， 不應(yīng)超過 40min；最大班作業(yè)時間按 6h計算 。 3) 礦井深度 Hs (m)； 4) 每班下井材料 、 設(shè)備 、 炸藥次數(shù) 。 (次 /班 )； 5) 提升罐籠型式規(guī)格 ， 罐籠質(zhì)量 (kg)， 礦車質(zhì)量 (kg)； 6) 矸石散集密度 (t/m3)。 2．副井提升 1) 計算并選擇提升容器； 2) 計算并選擇提升鋼絲繩 ， 3) 計算并選擇提升機； 4) 提升電動機的預(yù)選； 5) 提升機與井筒相對位置的計算； 6) 運動學(xué)及動力學(xué)計算； 7) 電動機功率的驗算； 8) 計算噸煤電耗 (對于主井提升 )； 9) 制定最大班作業(yè)時間平衡表 (對于副井 )。 (二 ) 設(shè)計的主要內(nèi)容 第二節(jié) 提升容器的選擇與計算 在確定了提升容器的類型后，要計算并選擇提升容器。 容器的容量大小是確定鋼絲繩 、 提升機和電動機的主要參數(shù) 。 提升速度是影響提升機工作時間及電能消耗的重要參數(shù) 。 容器的容量與提升速度之間又存在著密切的聯(lián)系 。 一 、 提升速度選擇 研究表明 ， 經(jīng)驗提升速度為 (81) 式中 vj —— 經(jīng)驗提升速度 ， m/s； H —— 提升高度 ， m； 一般情況下 ， 取中間值進行設(shè)計 ， 即 (82) ? ?0 . 3 ~ 0 . 5jvH?0 .4jvH? 對于箕斗提升 式中 Hs —— 礦井深度 ， m； Hx —— 卸載水平與井口的高差 ， m； Hz —— 裝載水平與井下運輸水平的高差 ， m。 ? 對于罐籠提升 s x zH H H H? ? ?sxH H H??按經(jīng)驗提升速度可估算經(jīng)驗提升時間 （ 按五階段速度圖估算 ） ： (83) 式中 Tj — 經(jīng)驗提升時間 ， s； a — 提升加速度 ， 可暫取 ~ m/s2；對于專門提升物料的容器 ，可取 ； u — 提升容器爬行階段附加時間 ， 可暫取 10s（ 對于箕斗 ） 或 5s（ 對于罐籠 ） ； θ — 提升容器每次提升終了后的休止時間 。 箕斗休止時間按表 81選取 。 普通罐籠進出礦車休止時間按表 82選取 。 普通罐籠單層進出材料車或平板車的休止時間按 40s計算 。 jijv HTuav ?? ? ? ? 表 72 普通罐籠進出礦車休止時間（ s） 表 81 箕斗休止時間 箕斗規(guī)格 /t ≤6 8~9 12~30 30t以上箕斗以及特制靠外動力卸載箕斗 休止時間 /s 8 10 12~30 按有關(guān)設(shè)備部件環(huán)節(jié)聯(lián)動時間計算確定 表 82 普通罐籠進出礦車休止時間（ s） 罐籠型式 單層裝車罐籠 雙層裝車罐籠 進出車方式 兩側(cè)進出車 同側(cè)進出車 一個水平進出車 兩層同時進出車 每層礦車數(shù) 1 2 1 1 2 1 2 礦車規(guī)格， t 1 12 15 35 30 36 17 20 13 17 — 32 40 18 22 3 15 — — 36 — 20 — 一次經(jīng)驗提升量 Qj可初算如下 (84) 式中 A —— 礦井年產(chǎn)量 ， t/a， C —— 主提升設(shè)備的提升不均衡系數(shù) ， 有井底煤倉時為 ~； 無井底煤倉時為 ； af —— 富裕系數(shù) ， 主提升設(shè)備對第一水平留有 ； t —— 提升設(shè)備日工作小時數(shù) ， 16h； br —— 提升設(shè)備年工作日數(shù) ， 330d。 3600fjjrA C a TQtb?按計算出的 Qj， 在箕斗的規(guī)格表中選取相近的名義貨載質(zhì)量的標(biāo)準箕斗 。 根據(jù)表中的斗箱有效容積 Vr計算一次實際提升量 Q (85) 式中 γ —— 煤的散集密度 ， t/m3。 有些情況下 ， Qj介于 2個箕斗名義貨載質(zhì)量之間 ， 這時可以同時選用 2個箕斗 ， 并分 2個方案進行設(shè)計 ， 直到提升機選擇出來后 ，再從中最后確定一個 。 一般在保證不加大提升機的情況下 ， 優(yōu)先選用大容量箕斗 。 rQV?? 所需一次提升時間 (86) 按公式（ 73）可得 上式等號兩邊乘上 av1， 整理后得到 v1的一元二次方程 解此方程 ， 得兩個根 ， 其中一個根不合理 (因 v1太大 )， 故只剩一個根 (87) v1是選擇提升機標(biāo)準速度的一個依據(jù)，按 v1在提升機技術(shù)性能表中選用相近的標(biāo)準速度。 13600 rfQ b tTC A a?111vHTuav ?? ? ? ?? ?21 1 1 0v a T u v a H?? ? ? ? ?????? ? ? ? 2211142a T u a T u aHv??? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 《 煤礦安全規(guī)程 》 規(guī)定： 立井中用罐籠升降人員的最大速度 vm， 不得超過表 83中的數(shù)值(即度 )。 立井升降物料時 ， 最大速度 ， m/s。 二 、 罐籠選擇 ? 副井罐籠的選擇 ， 除了應(yīng)和礦井運輸采用的車輛規(guī)格相適應(yīng)外 ，還應(yīng)結(jié)合下列因素來確定： 1) 當(dāng)?shù)V井的各種輔助提升工作量不大時 ， 如果利用單層罐籠能夠滿足包括升降人員在內(nèi)的全部輔助性提升的需要時 ， 則應(yīng)優(yōu)先采用單層罐籠； 2) 當(dāng)?shù)V井的升降人員較多 ， 利用單層罐籠提人占用的時間較長 ， 則為了縮短升降人員的時間 ， 應(yīng)采用雙層罐籠 ， 各層同時升降人員 ，在井口 、 井底以及升降人員數(shù)量較多的中間水平 ， 相應(yīng)設(shè)臵上 、下人平臺 ， 以節(jié)省罐籠上 、 下人時的休止時間 。 ? ?采用雙層罐籠后 ， 應(yīng)結(jié)合其它各種輔助提升工作量的大小 ， 確定其它輔助提升是用單層或雙層同時工作 。 在其它各種輔助提升需要兩層同時工作時 ， 也應(yīng)首先考慮一個水平進出車 ， 以簡化進出車水平的運輸系統(tǒng) 。 只用作上下人的平臺 ， 最好做成活動式的 ， 在下放長材料 （ 鋼軌 、管材 ） 時 ， 應(yīng)能拆除方便 ， 適應(yīng)下放長材料的需要 。 副井罐籠提升 ， 應(yīng)結(jié)合礦井輔助提升的工作量確定提升速度 ， 首先是在規(guī)定的時間內(nèi)升降完上 、 下井人員 。 根據(jù) 《 煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范 》 規(guī)定：最大班工人下井時間一般不超過 40min。 據(jù)此即可求出提升速度 。 第三節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計算 鋼絲繩損壞的原因： 鋼絲繩在工作時受多種應(yīng)力的作用，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力、擠壓應(yīng)力及捻制應(yīng)力等，這些應(yīng)力的反復(fù)作用將導(dǎo)致鋼絲的疲勞破斷，這是鋼絲繩損壞的主要原因； 鋼絲繩的磨損及銹蝕也將導(dǎo)致鋼絲繩的損壞。 由于鋼絲繩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，鋼絲繩強度計算理論尚未完善地用于工程計算。同時一些計算公式也還不能確切地反映真正的應(yīng)力情況。 鋼絲繩的強度計算按 《 煤礦安全規(guī)程 》 的規(guī)定：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)的方法進行計算。 一、按最大靜載荷計算 由圖 81可知 ， 鋼絲繩最大靜載荷 Qmax是在 A點 。 其值為 (88) 式中 Qmax —— 鋼絲繩最大計算靜載荷 ， N； Q —— 容器一次提升貨載質(zhì)量 ， kg； Qz —— 容器的質(zhì)量 ， kg； p —— 鋼絲繩每米質(zhì)量 ， kg/m； g —— 重力加速度 ， 取 ； Hc —— 鋼絲繩最大懸垂長度 。 ? ?m a x zcQ Q Q p H g? ? ?Hs—— 礦井深度 ， m； ? Hj—— 井架高度 (m)，在尚未精確確定時，可先按下列數(shù)值選?。汗藁\提升 Hj = 15~25m；箕斗提升 Hj = 30~35m； ? Hz—— 由井底車場水平至容器裝載位置容器底部的距離 m，罐籠提升 Hz＝ 0，箕斗提升 Hz＝ 18~25m