矿井提升设备选型设计

摘要

本设计主要对矿井生产所用的提升机械设备选型进行的一次合理选择。

矿井提升设备的任务是沿井筒提煤、矿石、矸石，下放材料，升降人员和设备。本设计通过选人车、钢丝绳、提升机、天轮、井架、电动机等来叙述提升机的设备选型。

在矿井提升中，应根据不同的用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充分发挥它们的效能为此必须对其结构、性能及选择计算方法予以了解。

斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点，并且可以直接用矿车不需转载。

为此，必须掌握矿井提升设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的知识，以做到选型合理，正确使用与维护，使之安全、可靠、经济的运转。

关键词提升机；钢丝绳；电动机

前言

毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析,解决实际问题的能力的重要教学环节,是对三年所学知识的复习与巩固。同样，也促使了同学们之间的互相探讨，互相学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计。给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。

毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过毕业设计不仅可以巩固专业知识,为以后的工作打下坚实的基础,而且还可以培养和熟练使用资料,运用工具书的能力.在各位老师及有关技术人员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统的了解矿运及提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！

该设计力求内容精练，重点突出。在整个设计过程中，辅导老师员创治老师给予我许多指导与帮助，在此，我们表示深深的感激。

由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，恳请各位教师给予一定的批评建议，我们非常感激，并诚恳地接受，以便将来在不断的商讨和探索中，有更好的改进！以便在今后的人生道路上，不断完善，不断成熟！

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

前言 (3)

绪论 (5)

第一章计算条件 (7)

第二章一次提升量的计算 (7)

第三章钢丝绳的选择 (11)

第四章提升机的选择 (15)

第五章提升系统 (18)

一、天轮的选择 (18)

二、井架高度 (19)

第六章电动机的预选 (21)

第七章提升系统的变位质量计算 (22)

第八章提升系统运动学 (24)

第九章提升系统动力学 (25)

第十章电动机容量校验 (30)

第十一章设备选型的时间校验 (32)

第十二章电耗计算 (35)

小结 (36)

参考文献 (38)

致谢 (39)

绪论

提升机械设备是沿井筒（包括斜井及盲井）升降人员，提升煤炭，矿石，器材的机械设备。是矿山的大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。矿井提升工作是整个采矿过程中的重要环节。矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器，提升钢丝绳，提升机（包括机械及拖动控制系统），井架（或井塔）及安装，卸载设备等。

对于煤层储存较浅，表土层不厚以及水文地质情况简单的倾斜以及倾斜煤层一般采用斜井开采。有时，在开峒或竖井开拓的井中，深部水平延伸也采用斜井开拓。

斜井平车场串车提升，具有投资少，出煤快的优点，斜井串车一般适用于中小型矿井，井筒倾角不大于25度。

中型矿井用双钩提升，双钩提出升量大。电耗小，但不能用水平提升。

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。

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，一般采用双钩串车提升。箕斗提升一般用于年产量45万吨以上，井筒倾角大于25。的矿井，箕斗一般采用后

卸式箕斗。

本设计是采用串车提升

斜井串车提升的介绍:

斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点,并且可直接使用矿车不

需要转载.因为它是中小型矿井,因而在小型矿井中使用较多.但是单钩提升的生

产能力低,同时由于甩车场开括工程和轨道线路不止均较复杂,而且运行操作难度较大,故年产量较大的矿井(大于21万吨)多采用双钩平车场提升方式.

双钩平车场串车提升(图1),在双钩平车场上串车开始提升时,空串车由井口

平车场推车器推向斜井,此时井底重穿车也已相应速度拉向井筒.这一阶段串车运

动的初速度a

0≤0.3m/s2,v

pc

≤1.0m/s.当空重串车均进入井筒以后,加速至最大运

行速度v

m 并等速运行.当重串车上行到接近井口时,减速至v

pc

,当重空车分别进入

井上下平车场时进行摘挂钩操作,一次提升循环完成.

平车场的双钩串车提升示意图和速度图

第一章计算条件

=45(万吨/年)

矿井年产量：Ａ

Ｎ

副井筒斜长: L=540m

井筒倾角: α=22°

最大班下井人数98人

每班提矸石100吨

矸石容量吨1.75／m3

下材料。设备10次

下炸药1次，保健车2次

运送最重件为7吨

采用MG1.1--6Ａ型矿车：

提升不均衡系数:C=1.15

矿井工作制度: 年工作日b r=300天;每天两班提升;净提升时间t=14(h)

井底车场增加的运行距离:L H=25(m)

串车在井口栈桥上的运行距离:L B=35(m)

第二章一次提升量的计算

一、人车的选择

斜井提升是指用安装在地面的提升机，通过斜井对矿物、材料和人员进行的运输工作。斜井运输的容器主要是矿车和箕斗，乘坐人员时则称为人车。

斜井运送人员的安全事项

1、斜井距离较长，垂高较大时，应采用专用人车运送人员。各车辆之间除连接装置外，必须附有保险链。连接装置和保险链要有足够的安全系数。人车应有顶棚，还应装有断绳保险器，当发生断绳、脱钩事故时，能自动(也能手动)地平稳停车。

2、斜井用矿车组提升时，严禁人货混合串车提升。

3、在用列车运送人员的斜井内，必须安装信号装置，保证在行驶途中任何地点，跟车工都能向司机发出信号，而在多水平运输时，司机能辨认出各水平发出的信号。所有收发信号的地点，都应挂明显的信号牌。

4、斜井运输工作必须有专人管理。斜井人车在运行前应对其连接装置、保险链、保险器、轨道和车辆等设备进行检查，在每班运送人员前，进行一次空载运行。确认安全后，再运送人员。

5、运送人员的列车必须有跟车安全员，跟车安全员要坐在行驶方向的第一辆装有保险器操纵杆的车内。乘车人员必须听从随车安全员指挥，按指定地点上下车，上车后必须关好车门，挂好车链。

6、乘车人员要遵守人车管理制度，服从人车司机和随车安全员的指挥，不得拥挤，不准超员乘坐；井口和车场要设候车室，依次序下车、上车；上车后必须关好车门，挂好车链，才能发出开车信号；乘车人员不得将身体探出车外，以防意外事故发生。

7、人员在上下斜井时，其上下车地点的斜井应有足够宽的人行道，一般应不小于1。5m ，具有良好的照明和台阶踏步。

选提人车：人车型号SR-16型 外形尺寸长?高?宽 头车3020?1054?1487

挂车3020?1054?1477

头车自重1600kg 头车载人数8 挂车自重1000kg 挂车载人数8 列车满载人数16 最大速度4m/s 最大制动距离1000mm 适应轨距600mm 适应轨型15kg/m 适应范围倾角10-40

详见表1－3－22

初选人车为１头车１挂车，满载人为16人，由于一次最大班下井人数为98人，所以分为7次下。

提升斜长:

255403560T H B L L L L =++=++= 一次提升持续时间的确定:

根据《煤矿安全规程》规定max 5(/)V m s ≤故选max 3.7(/)V m s = 初步选用的最大速度:max 3.7(/)V m s =

人车一次提升时间的确定

一次提升量的确定：

'max max

&t g v l

t a v =

++

＝3.7600

800.3 3.7++

＝254.5 (s)

式中 a-----加（减）速度 m/s 2

&----升降人员的休止时间，s;当两侧同时上下人时，&取25~30s,同 侧上下人时，&取80~90s 。

l t --- 升降人员时的提升距离，m ；一般取井筒斜长少30~40m 。

254.57

29.7m i n 60?=

二、矿车数的选择

提矸石根据已有矿车ＭＧ1.1---6Ａ，矿载量为1.1 1.75 1.925()t ?=＝1925kg ，每人按70kg 计算。

钢丝绳端的荷重，在任何情况下都不得超过矿车钩头连接器的强度。即：

1()(s i n c o s )

6000

k z n q q a f a =+≤ 即

16000

()(sin cos )k z n q q a f a ≤++

6000

(5951925)(sin 220.01cos 22)≤

++

6.2≤

式中 k q －－矿车自重 a －－轨道倾角

决定串车由6辆1.1吨矿车组成.

三、一次提矸石时间的确定

一次提矸时间：

'max max

&t g v l

t a v =

++

＝3.7600

250.3 3.7++

＝188.4 (s)

四、一次提材料设备时间的确定

一次提材料设备时间：

'max max

&t g v l

t a v =

++

＝3.7600

60

0.3 3.7++

223.4()s =

五、一次下保健车时间的确定

一次下保健车时间：

mas t g mas

v l

t a v θ=

++

3.7600

600.3 3.7=

++

223.4()s =

六、一次下炸药时间的确定

一次下炸药时间：

mas t g mas

v l

t a v θ=

++

3.7600

2400.3 3.7=

++

403.4()s =

七、一次下重物时间的确定

一次下重物时间：

mas t g mas

v l

t a v θ=

++

3.7600

800.3 3.7=

++

243.4()s =

八、总时间的确定

t t t t t t t =+++++矸总人重

材炸保

188.4254.57223.410223.42403.4243.4=+?+?+?++

5247.5

= （S ）5小时

初选符合要求

第三章 钢丝绳的选择

提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品。在矿井提升中，根据用涂，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用。

决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定： （1）使用中不松股；

（2）符合使用场合及条件； （3）特别注意作业的安全。 同时还应考虑以下因素：

（1）在静筒淋水大，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）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可

能粗的钢丝绳；

（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；

（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；

（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；

（6）用于温度高或有明火的地方。如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。

提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照《规程》的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年仍然有断绳事故发生。预防断绳的措施

为了防止断绳，龙固煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施。

（1）合理选择钢丝绳。

（2）正确使用、维护钢丝绳。

（3）防卡箕斗松绳。

（4）防过卷。

（5）预防过大的惯性力和冲击力。

（6）防过载。箕斗提升实行定量装载，斜井提升杜绝超挂车现象。

（7）按《规程》要求健全各种保护装置，并按规定定期试验，确保各种保护装置灵敏可靠。

（8）加强对司机和信号工的安全培训，强化安全意识，增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。信号工与司机协调配合，严格按照《规程》操作。（9）对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施，并严格落实。

（10）及时更换新绳。当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到《煤矿安全规程》有关规定时，必须立即予以更换。

副井提升作业复杂多变，通常以提升矸石为准来选择钢丝绳，但在选绳之后，应对提人时的安全系数进行验算，以保证安全。

按表2—2

提升和悬挂用的新钢丝绳在悬挂时的安全系数表

（节摘自《煤矿安全规程》第376条）

用途分类安全系数最低值备注

单绳缠绕专为升降人员9

式提升装

置

升降人员和物料

升降人员时

9

混合提升时

9

多层罐笼同一

次升降人员和

物料

升降物料时

7.5 专为提升物料

6.5

摩擦轮式提升装置

专为升降人员

9.2～0.0005c H

c H —钢丝绳

悬垂长度

升降人员和物料

升降人员时

9.2～0.0005c H

混合提升时

9.2～0.0005c H

多层罐笼同一

次升降人员和

物料

升降物料时

9.2～0.0005c H 专为提升物料

7.2～0.0005c H

悬挂吊盘、水泵、安全梯抓岩机用钢丝绳 6

悬挂安全梯用

的钢丝绳的安全系数最低值

为9

罐道绳、防撞绳、起重用的钢丝绳 6 悬挂风筒、风管、水管注浆管、混凝土输送

管、电缆用的钢丝绳 5 拉紧装置用的钢丝绳 5

防坠器的制动绳和缓冲绳

3

按动载荷计算

（表2—2）

绳端荷重:1()(sin cos )d C Q Q Q f αα=++

式中 α---------井筒的倾角;

f 1-------- 提升容器在倾坡运输道上运动的阻力系数,具体情况选取: 矿车 串车提升:矿车为滚动轴承时,应取0.015~0.02.箕斗提升:通常取

0.01.

11()(sin cos )d Z K Q n Q Q f αα=++

62520

0.3838=?? 5804

()kg = 钢丝绳悬重长度:

5060050650

C t L L m =+=+= 钢丝绳单位长度的重量计算:

12()(s i n c o s )' 1.1(sin cos )C K B

C Q Q f p L f m αασαα++=

-+

式中 σ-----钢丝绳的公称抗拉强度,kg/mm 2.一般以选用σβ=155～ 170kg/mm 2 为宜;对于仅提升物料的主井或只提升物料的辅

助提升,可以选用2

155/B kg mm σ=。

m-------钢丝绳的静力安全系数;

L C ------提升距离,m;

f 2--------钢丝绳的摩擦阻力系数;

2'1.1(s i n c o s )d

k B

C Q p L f m σαα=

-+

5804

1.115500

6000.560

6.5=

?-?

58042623.1336=

-

2.54

(/)k g m = 选用鞍钢钢丝绳厂6M(7)---27---155---I(鞍标258---80)型钢丝绳.全部钢丝破断力

总和Q S =47050kg;d=27mm;p k =2.993kg/m.

安全系数:

2

(s i n c o s )

S

d C k Q m Q L p f α

α=

+

4705

5804600 2.540.56=

???

470505657.44=

8.3

16=>

符合《规程》规定.

第四章 提升机的选择

卷筒的直径和宽度是缠绕式提升机的基本参数，《煤矿安全规程》对缠绕式提升机的规定：

选择卷筒直径的原则是使钢丝绳绕经卷筒时产生的弯曲应力过大，

保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。理论和实践都证明，绕经天轮及卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小，以及疲劳寿命，取决于卷筒和钢丝绳直径比。在同一钢丝绳直径条件下，卷筒直径越大，弯曲应力越低；在不同绳子径，相同卷筒直径条件下，绳径越小，即D/d 越大，弯曲应力越低。

表明在不同的D/d 弯曲条件下，钢丝绳试验荷载与其耐久性的关系。在相同试验荷载时，D/d 值越大，钢丝绳承受的反复弯曲次数越高，寿命愈长。基于以上原因，《煤矿安全规程》对缠绕式提升机规定：

对于安装在地面上的提升机：

80d D ≤

1200&D ≤

对于安装在井下的提升机：

D ≥60 d

D ≥900δ

故：

滚筒直径：

'80g D d

≥

式中 Ｄ'g ---------滚筒的计算直径,mm; d---------已选定的钢丝绳直径,mm;

8080272160(

g D d m m ==?=

选用2JK---2.5/20型双筒提升机:

2.5; 1.2;g D B m ==9000;

Ze F kg =

m a x 5500;20; 4.7/

ce F kg

i V m s ===

.

滚筒的缠绳宽度:

(34)'(t m g

C p

L L D B d K D ππ+++=

+ε)

式中 D'g ---------定期试用的钢丝绳长度,一般取30m; d ----------钢丝绳直径,mm;

ε-----------钢丝绳在滚筒上缠绕时,钢丝绳间的间隙. 数值的选取将在后面作一些必要的说明; 3-----------为在滚筒上缠绕的三圈摩擦圈.

+4-----------是为了定期(通常是两个月《规程》规定为每季能 将钢丝绳移动1/4圈)附加的钢丝绳圈数;

D p -----------多层缠绕时,钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径,m. 先试用单层缠绕:

(ε可从表1中查到 ε=2.5)

2'(23

2)()

t m

g

H L B d D π+=+?++ε

6003072.5

(272.5)

32.554ππ++??=

?+?

840()mm

≈ (因为1200×3>239×3<1200×2)

所以不能选用单层缠绕.

(34)'()

t m g

c P

L L D

B d K D ππ+++=

+ε

6803072.5(272.5)

32.554ππ++??=?+??

938()mm

≈ 式中

(1)p g C D D K d =+-

2.5(31)0.0

=+-? 2.554(m

= 钢丝绳在滚筒上缠绕二层（因为1200×2>938×3>1200×2）

最大静拉力:

2

(s i n c o s )

Z d t K F Q L P

f αα=++ 5804

600 2.443=+?? 6804.648()

9000

k

g k g =< 最大静张里差:

1

(s i n c o s )

C Z Z F F n Q

f αα=-- 6804.648619250=-

?? 2528.348()

5500

k

g k g =< 可见所选的提升机是合适的.

表1 钢丝绳在滚筒上的间隙ε值选用表

钢丝绳直径范围(mm) <25

25.5~31

32~37.5

38~43

45~50

52~57

ε 计算值 (mm)

2 2.25 2.04~2.48

2.295~2.7

9

2.56~3

2.88~

3.375 3.04~3.44

3.42~3.87 3.6~

4.0

4.05~

5.0 4.16~4.56

4.68~

5.13 提升机滚筒直径(m)

2

2.5

3

3.5 4

5 间隙ε的采用值(mm)

2

2.5

3

3.5

4

5

若 选用2JK-----2/20型提升机:

2;1;g D m B m ==6000;4000Z e c e

F k g F k g ==m a x 20;5/i V m s ==.

(ε值可从表1中查到.ε=2)

(34)'()

t m g

C P

L L D

B d K D ππ+++=

+ε

6803072(272)

32.045ππ++??=?+??

1135

()mm ≈ 式中

(1)P g C D D K d =+-20.0272

2.045

m =+?= 钢丝绳在滚筒上绕二层(因为1000×3<1135×3>1000×2).

最大静拉力:

2

(s i n c o s )

Z d t K F Q L P

f αα=++ 5622.4680

2.9930.

=+

?? 6701()6000(

k g k g ≈> 最大静张力差:

6701106000.C F =-??

4703

()4000(

k g k g => 故所选用的提升机合适.

第五章 提升系统

一、 天轮选择:

D t ---------天轮直径,m; H j ---------井架高度,m; S----------天轮间距,mm;

8080272160(

t D d m m ==?= 选用TSG---2500/16型固定天轮,由表2查得:

天轮的间距按 S=1200(mm)

二、井架高度

井架相对位置计算：

井架相对位置图

井架高度的确定：

509 1.0 6.92()7

j H t g m m =?-=≈

按允许的偏角求提升机滚筒中心与天轮中心间的钢丝绳弦长: 按外偏角:

22115'

X B a s L tg +-=

?

21.20.151.22115'tg ?+-=

?

=30.93（s ）

按内偏角:

2115'

X s a L tg -=

?

1.20.152115'

tg -=

? 24.06(m

= ( a 值可从表3中查到,a=150mm).

以31S L m =作为提升机滚筒中心与天轮中心之间的水平距离,再求出钢丝绳的弦长为:

2

[()()]X S j t g L L H R C R =

++-+

22

31[(7 1.25)(1 1.25)]=++-+

31.58()m

= 钢丝绳的偏角:

外偏角:

12()2X

B s a tg L α--=

21200(1200150)

231580?--=

?

0.02137

= 1113'38"α=? 内偏角:

22X s a tg L α-=

1200150

231580-=

? 0.01662

= 2057'12"α=? 钢丝绳的仰角 下绳仰角:

1

1

122

sin

()j g

S

S j H C D tg

L L H C ---?=++-

1

1

22

71 2.5

sin 31.5831.58(71)tg ---=++-

1045'426'2=?+

? 1511'20

"1=?>? 上绳仰角:

1

2j S

H C tg L --?=

1

7131.58tg --= 1045'

=?

第六章 电动机的预选

在进行提升设备方案比较时，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。

根据斜井的估算电动机容量计算公式：

m a x 102C S KF V N η=

式中 N S --------所需电动机功率，KW;

K---------矿井提升的阻力系数，箕斗提升可取 1.15;

V max ------提升机选定的最大速度，m/s;

η --------减速器的传动效率，减速器采用滚动轴 承时，取 0.93.

m a x

102C S KF V N η=

1.147034.71020.85??=

?

280.4()kw

= 选用JR148-----8型电动机（查表4）：2

40;e N k w =60;

e U v =