第三章 矿井提升设备选型设计

第三章 矿井提升设备选型设计

第一节 提升方式的确定及提升设备选型依据

一、矿并提升设备的作用

矿井提升设备是矿井重要的大型机电设备之一，它是联系矿井井下与地面时主要生产设备。矿井提升设备的任务是提升有益矿物(煤炭、矿石等)和矸石，升降人员和设备，下放材料等。

矿井提升设备的工作特点是在一定的距离内，以变速和匀速作往复直线运动，而且起动和停止频繁，因此它须具有良好的控制系统和完善的保护装置，以保证安全可靠地运转。矿井提升设备的合理选型和正确的维护、管理和使用，对确保矿井提升设备的经济与安全运转具有重大的意义。

二、矿井提升设备的组成部分

矿井提升设备一般包活捉升机、电动机、提升钢丝绳、提升容器、天轮、井架、装卸载设备，以及电控设备与安全保护装置等。

矿井提升机主要由缠绕机构(或主导轮)、减速器、联铀器、离合器、制动系统、深度指示器、液压站及操纵台等部分组成。

三、矿井提升系统

根据提升方式的不同，矿井提升系统可分为以下几种：

（1）竖并普通罐笼提升系统

（2）竖井箕斗提升系统

（3）斜井箕斗提升系统

（4）斜井串车提升系统

四、矿井提升设备的分类

（一）按用途分类

（1）主井提升设备，专供提升煤炭用的提升设备。在特大、大和中型矿井，提升容器多采用箕斗，小型矿井多采用罐笼或矿车；

（2）副井提升设备，专供提升歼石、升降人员、运送材料和设备的提升设备。提升容器多为普通罐笼或翻转罐笼。

（二）按缠绳机构的型式分类

（1）单绳缠绕式提升机，即等直径圆柱形卷筒提升机，多用于井深在350m以下的大、中、小型矿井提升，此外还有变直径圆柱圆锥形卷筒提升机；

（2）多绳摩擦式提升机，适用于井筒较深、产量较大的矿井提升。

（三）按井筒倾角分类

（1）竖并提升设备；

（2）斜井提升设备。

（四）按提升容器分类

（1）罐笼提升设备；

（2）箕斗提升设备；

（3）串车提升设备；斜井串车提升

（5）吊桶提升设备。 （五）按拖动装置分类

（1）交流感应电动机施动的提升设备；

（2）直流电动机施动的提升设备；

（3）液压传动的提升设备。

五、提升方式的确定

在进行选择提升设备选型前，首先应确定合理的提升方式，它对提升设备的选型、对矿山的基建投资、生产能力、生产效率及吨煤成本和安全都会产生重要的影响。

一般提升方式可参考以下原则确定：

（1） 年产量大于300Kt的大中型矿井，由于提升煤炭及辅助提升的任务较大，一般均设主、副井两套提升设备。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务。

（2） 年产量小于300Kt的大中型矿井，根据提升情况可爱用两套罐笼提升设备，或用一套罐笼提升设备进行混合提升。

（3） 对于特大型矿井（年产量大于1800Kt），一般主井需用两套箕斗提升设备，副井除配备一套罐笼提升设备外，有时还需要设置一套带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升。

在确定提升方式时，除考虑年产量这一主要因素外，还要考虑以下几个因素：

（1） 在矿井同时开采煤的品种多于两种，要求不同品种的煤分别外运时，应考虑采用罐笼作为主井提升设备。

（2） 对为的块度要求较高时，就考试采用罐笼作为主井提升设备。

（3） 地面生产系统靠近井口时，采用箕斗提升可以简化后续的生产流程，若远离井口，需要轨道运输，应采用罐笼提升。

（4） 单水平开采，多采用容器提升；多水现时平开采的矿井，应采用单容器加平衡锤的提升系统。

（5） 对于斜井，目前应采用单绳缠绕式提升机；竖井年产量超过600Kt，井深超过350m的矿井，应考虑采用多绳摩擦式提升机。

（6） 矿井若分前、后期两个水平开采，提升机和井架应按最终水平选择，提升容器、钢丝绳和提升电动机可按第一水平选择，在井筒自觉至第二水平时，根据具体情况再更换。

以上所述，仅是确定提升方式的一般性原则，在具体设计工作中，要根据矿井的具体情况，提出多种可行性方案，再通过技术经济分析并考虑我国提升设备的生产和供应情况，才能合理地确定提升方案。

六、选型设计的主要内容

（一）设计依据

1．主井提升

(1) 矿井年产量An（万吨）；

(2) 工作制度：年工作日b (天)，每日工作t(小时)；

(3) 矿井开采水平数，各水平井筒深度Hs(m)及服务年限；

(4) 卸载高度Hx，m；

(5) 装载高度Hz，m；

(6) 提升方式： 箕斗或罐笼；

(7) 煤的散集密度，t/m3；

(8) 井筒断面尺寸，井筒中布置提升设备的套数；

(9) 矿井电压等级

(10) 副井提升：

2．副井提升 (1) 矿井年产量An（万吨）；

(2) 工作制度：年工作日b (天)，每日工作t(小时)：

(3) 矿井开采水平数，各水平井筒深度Hs(米)及服务年限；

(4) 矸石年产量：如无特别指出，一般可按煤产量的15～20％估算；

(5) 最大班下井人数、材料消耗量、需运送设备数量、炸药等下井次数。

(6) 矿车规格；

(7) 井筒断面尺寸，井筒中布置提升设备套数；

(8) 井上、井下车场布置形式；

(9) 矿井电压等级。

（二）提升设备选型设计的主要内容包括：

(1) 计算并选择提升容器

(2) 计算并选择提升钢丝绳

(3) 计算滚筒直径并选择提升机

(4) 计算天轮直径并选择天轮

(5) 提升机与井筒相对位置的计算

(6) 运动学及动力学计算

(7) 电动机功率的验算

(8) 计算吨煤电耗及效率（对于主井提升）

(9) 制定最大班作业时间平衡表（对于副井提升）

第二节 立井单绳缠绕式主井提升设备的选型设计

一、提升容器的选择

立井提升容器主要是箕斗和罐笼。在同等条件下，箕斗与罐笼相比，质量小，所需井筒断面小，装卸载快，提升能力大，电动机功率小，提升效率高，便于实现自动化。缺点是用途单一，需设置煤仓及装卸载设备，需另设辅助提升设备，井架较高，井筒较深。可根据矿井生产能力的大小确定提升容器的类型。提升容器的类型确定后，就要计算提升容器的容量，并从容器规格表中选择标准容器，也可根据现场要求自行设计非标准容器。

在矿井年产量、工作制度一定的情况下，可以选择大容量容器低速提升；也可以选择小容量容器高速提升。这两种提升方式，前者因容器大，所需提升钢丝绳直径粗，提升机直径大，电动机功率大，设备初期投资高，但运行电费低，后者则反之。在实际工作中确定提升方案时，要先对两种方案进行选型计算，从初期投资，运行电费等各方面进行技术经济比较，考虑现场特殊需要，确定经济合理的提升方案。在做方案设计时，可采用经济提升速度的方法。

一般认为经济的提升速度为：

HUj)5.0~3.0( （m/s） （3—1）

式中 H— 提升高度（m）；

一般情况下取中间值进行计算，即 HUj4.0；

对于箕斗提升 ZXSHHHH （m）； （3—2） 式中 SH—矿井深度；

XH—卸载高度，箕斗提升XH可取15~25m；罐笼提升XH可取为0；

ZH—装载高度，箕斗提升ZH可取18~25m；罐笼提升ZH可取为0；

根据经济提升速度，可估算经济提升时间：

uUHaUjjjT （3—3）

式中 a—提升加、减速度(开始可假定加、减速度相等)，对罐笼可暂取为0.7～0.75m/s2；对箕斗可暂取为0.8m/s2；

u— 容器爬行阶段附加时间，对罐笼可暂取为5s；对箕斗可暂取为10s；

— 容器装卸载休止时间，可暂取为10s；

一次经济提升质量为：

btTACajnfj3600Q (吨) （3—4）

式中 nA— 矿井年产量（吨/年）；

fa—提升富裕系数，对第一水平要求fa≥1.2；

C — 提升不均匀系数，有井底煤仓C=1.15；无井底煤仓C=1.2；

t — 日工作小时数，取14小时；

b — 年工作日，取300天；

根据计算所得jQ，从表3—1立井单绳箕斗规格表中选取一次提升质量与之相近的标准箕斗；写出所选箕斗的型号，容器质量（kg）, 有效容积(m3)及两箕斗在井筒中的中心矩S（m）等参数。

实际一次提升质量Q（吨）为：

Q=V （3—5）

式中 V—箕斗的有效容积，m3；

—货载的散集密度；t/m3。

箕斗选定后因实际提升质量与经济提升质量一般情况下不相等，所以要按实际提升质量Q，重新计算一下完成生产任务所需要的最大一次提升循环时间XT：

QACabtTnfX3600 （3—6）

表3—1 立井单绳箕斗规格表

型号 JL—3 JL—4 JL—6 JL—8 名义装载质量（t）

有效容积（m3）

提升钢丝绳直径（mm) 3

3.3

31 4

4.4

37 6

6.6

43 8

8.8

43

钢丝绳罐道 直径（mm) 32～50根据安全系数确定

数量 4

刚性罐道 规格 380N/m钢轨

数量 2

箕斗质量（t）

最大终端负荷质量（t）

最大提升高度（m）

箕斗总高（mm）

箕斗中心距（mm）

适用井筒直径（m） 3.8

8

500

7780

1830

4.5 4.4

9.5

650

8650

1830

4.5 5.0

12

700

9450

1870

4.5或5 5.5

14.5

500

9250

2100

5

适应提升机型号 2JK—2.5 2JK—2.5 2JK—3 2JK—3.5

2JK—3 2JK—3.5

由此可估算出完成生产任务所需提升速度的最小值V：

2422aHuTauTaVxX （m/s） （3—7）

V可作为选择提升速度的依据，实际提升速度mV应根据实际所选提升机直径、减速器减速比、提升电动机的额定转速计算。关于 mV选择见提升机及提升电动机的选择部分。

二、提升钢丝绳的选择

立井单绳缠绕式提升一般选用6×19的钢丝绳，如条件许可也可选用线接触钢丝绳或异型股钢丝绳。

钢丝绳品种选定后，就要具体确定钢丝绳的直径和型号参数。提升钢丝绳的选择按《煤矿安全规程》的规定，应采用最大静载荷来进行计算并考虑一定的安全系数。

各种提升设备用的钢丝绳，悬挂时的安全系数，必须符合下列规定：

（1）专用于升降人员的，不低于９；

（2）升降人员和物料用的，升降人员时不低于９，升降物料时不低于7.5；

（3）专用于升降物料的，不低于6.5；

（4）多绳摩擦提升钢丝绳，专用于升降人员的，不低于9.2-0.0005CH；升降人员或升降人员和物料用的, 升降人员时不低于9.2-0.0005CH, 升降物料时不低于8.2-0.0005CH；专用于升降物料的7.2-0.0005CH；

以上各式中 CH—钢丝绳悬垂长度；

对于立井单绳缠绕式提升钢丝绳悬垂长度：