矿井提升设备选型设计原始资料和实例

毕业设计指导书

一、原始设计资料

矿井提升设备是煤矿生产系统的主要组成部分和咽喉，它的选型合理程度直接与矿井的基建投资、生产的安全可靠程度、生产能力的大小和经济效益都有很大的关系。所以我们在作选型设计时应根据矿井的实际条件和原始资料多提出几种方案，经过经济和技术的全面此较后确定最优方案。

（一）主井提升设备

1、矿井年产量

2、工作制度：年工作日、工作小时数

3、矿井开采水平、各水平井深及服务年限

4、卸载水平与井口高差

5、装载水平与井底运输水平高差

6、散煤容重

7、提升方式：箕斗和罐笼

8、矿井电压等级

9、井筒周围地形

（二）副井提升设备

1、矸石年产量：可取煤产量的15~20%，最大班出矸量按日出矸量的50%

2、最大班下井工人数

3、各水平井深及服务年限

4、矸石容量

5、矿车规格

6、每班下井材料、设备、炸药。

7、运送最重设备的重量

8、矿井电压等级

9、井上下车场型式

10、 井口周围地形

二、矿井概况

应介绍该矿地理位置、地形、煤层特征、井田境界及储量、井型大小、矿井开拓系统、开采水平及服务年限，主要运输系统，通风系统及排水系统等。

三、提升方案的比较与选择

对主井提升设备选用单绳缠绕提升或多绳摩擦提升应根据北京煤炭设计管理院颁布的“煤炭经营费指标” 的要求，对基建投资、运输费等进行全面的经济技术比较，然后根据经济效益和技术先进的可靠程度等方面的因素选优。 在设计中，一般认为初期投资高出的部分，不能在10年内从运输费用中弥补出来，则应选用初期投资少，运输费用高的方案。

从技术角度上讲单纯缠绕提升系统和多绳摩擦提升系统同样技术先进可靠。

四、提升容器的选择设计

根据井型的大小、井深（井筒直径）用途的不同，正确的选用提升容器的类型（指单绳或多绳、箕斗和罐笼）的规格，其内容要求如下：

（一）确定一次经济提升量

（二）根据一次经济提升量从所需要的容器类型规格技术表中，选用名义装煤量

接近的箕斗。

（三）箕斗的实际载重量的计算：Q=Vr

（四）其它方面的运算

以上计算见教材有关内容

（五）副井罐笼选择应考虑以下的规定：见教材有关内容

（六）罐笼的选择计算方法：

1、根据所给矿车的规格确定罐笼的层数和车数：

主要应考虑以下三个因素

（1）最大班工人下井时间立井不超过40分钟。

（2）最大班作业时间不超过5小时。

（3）能运送井下设备的最大部件。

在此三个因素中一般认为，只要40分钟能把最大班工人下井人员送下去，副井的提升能力在其它方面是没有什么问题的。

2、根据最大作业班下井工人的时间不超过40分钟确定必须的最大提升速度： 40分钟下井次数：n=下井人数／允许乘人数 次

一次循环时间：T=（40*60）／n 秒／次

一次提升时间：T’=T-Q 秒／次

Q为提升人员的休止时间, 按规定选取

3、根据副井的提升任务, 编制最大作业班的平衡时间表, 其净作业时间不超过5 个小时。

五、提升钢丝绳的选择计算

六、提升机和天轮选择设计

七、提升电动机初选

八、提升机与井筒相对位置的确定

九、提升速度图及各参数的确定

十、多绳摩擦提升设备防滑验算

十一、动力学计算

十二、校核初选提升电动机

十三、提升电耗及效率的计算

十四、副井提升平衡作业时间表

以上设计见教材有关内容

十五、对施工设计内容的要求

根据所选提升机的型号、规格，完成主井或副井提升机的平面布置图

单绳缠绕式提升机选型计算实例

单绳缠绕式提升机选型计算实例，注意结合《矿山固定机械设备选型使用手册》。

一、设计依据

1、主井提升机选型前已知计算依据：

矿井年产量An为60万吨；年工作日br为300天，每天净提升时间t为14h；矿井开采最终水平，井深为360m，矿井服务年限为79年；提升方式为双箕斗提升，采用定重装载；

卸载水平至井口的高差（卸煤高度）Hx为20米；装载水平至井下运输水平的高差（装煤高度）Hz为29米。

2、 设计的主要内容

1）计算并选择提升容器；

2）计算并选择提升钢丝绳；

3）计算并选择提升机；

4）提升电动机的预选；

5）提升机与井筒相对位置的计算；

6）运动学、动力学计算；

7）电动机功率的验算；

8）计算吨煤电耗（对于主井提升）；

9）制定最大班作业时间平衡表（对于副井）。

二、提升容器的选择

目前，我国煤矿设计部门在选择提升容器时，一般都采用经济速度法。

1、依据手册4-4-1，计算小时提升量

Ah=C⨯An1.15⨯600000==164(t/h) br⨯t300⨯14

式中：

An—矿井年产量，万吨；

br—年工作日，天；

t —每天净提升时间，h；

c—主提升设备的提升不均衡系数，有井底煤仓时为1.10~1.15；无井底煤仓时为1.20

2、由手册（4-4-3）式计算经济提升速度

'=0.4Ht=0.4409=0.4⨯20.22=8.09(m/s) Vm

式中：

Ht—提升高度，m；

对于箕斗提升，依据手册（4-4-7）有：

Ht=Hs+Hx+Hz=360+20+29=409（m）。

式中：

Hs—矿井深度，m；

Hx—卸载水平与井口的高度差，m；

Hz—装载水平与井下匀速水平的高度差，m。

依据手册（4-4-8），一次提升时间估算：

Tg'=

式中： 'HtVm8.09409++u+θ=++10+8=80.1(s) 'a1Vm0.78.09

a1—提升正常加速度，通常a1≤1m/s2。罐笼提升一般取a1≤=0.5~0.75m/s2；箕斗提升一般取 0.7~O.8m/s 。《规程》规定：对于人员升降的加、减速度 , 立井不得超过0.75m/ 22s ；斜井不得超过 0.5m/s；

u—容器起动初加速及爬行段延续的时间； 2

箕斗提升可取u=10s；

罐笼提升可取u=5~7s；

θ—提升容器在每次提升终了后的休止时间，S。

依据手册（4-4-10）计算一次提升量：

A'=An⨯T'g164⨯80.1==3.65(t) 36003600

选用标准底卸式箕斗，m=4000Kg，自重4060 Kg，全高8063 mm。

三、提升钢丝绳的选择计算

钢丝绳工作时受多种动静应力的反复作用，弯曲应力、接触应力及挤压应力等，这些应力的反复作用将导致疲劳破断；另外摩擦及锈蚀也将加速钢丝绳的损坏。

由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，强度计算理论尚未完善。目前我国矿用钢丝绳强度计算仍按《煤矿安全规程》规定，按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。

由手册（4-4-17）式计算钢丝绳端载荷：

md= m+ mc =4000+4060=8060(Kg)

式中：

m—箕斗载重，Kg；

mc—自重， Kg。

由手册（4-4-21）式计算井架高度：

Hj= Hx+Hr+Hp+ Hg+0.75Rt =20+8.1+0.5+4=0.75⨯1.5=33.725(m)，取35m。

式中：

Hx—提升机卸载高度，m；

Hr—容器的全高，m ；数值可以根据确定的容器，从相应的技术特征表中查到；

Hp—箕斗在卸煤位置时，高出卸载煤仓溜煤口的高度，一般取 0.3~O5m ； Rt—天轮半径 ,m ； Hg—过卷高度 ,m 。

由手册（4-4-19）式计算钢丝绳悬垂长度：

Hc= Hj+Hs+ Hz = 35+360+29=424（m）

由手册（4-4-18）式计算钢丝绳单位长度质量：

q='

kmd11σB-HCma=8060=3.66(Kg/m)11⨯1550-4246.5

从附录钢丝绳标准中选用：6V×37S＋FC、d=32mm右同向

'捻钢丝绳：qk=4.35kg/m＞qk；Fs=646000 N。

钢丝绳的静力安全系数：

ma=646000=6.523≥6.5 8060+4.35⨯424⨯10

三、提升机的选择：

1、滚筒直径：

'≥80d Dg

'≥80⨯31=2480即Dg(mm)

'≥1200D

gδ

'≥1200⨯1.85=2220即Dg(mm)

钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力及最大静张力差：

由手册（4-4-35）式计算最大静张力：

Fj=(md+qKHC)g=(8060+4.35⨯424)10=9904.4(N)

由手册（4-4-36）式计算最大静张力差：

FC=(m+qKHC)g=(4000+)10=5844.4(N)

'；B=1.5m；决定选用2JK-3×1.5/11.5E型矿井提升机，见表4-2-5。Dg=3m＞Dg

Fje=1300000N＞Fj；Fec=80000N＞Fc; i=11.5；Vmax=8m/s。

由手册（4-4-31）式计算钢丝绳在滚筒上的缠绕宽度：

B'=(Ht+Lm409+30+3)(d+ε)=(+3)(31+3)=1685(mm)＞B πDg3π

即钢丝绳将在滚筒上作双层缠绕.

四、天轮的选择计算

天轮直径：取Dt=Dg=3000mm

五、矿井提升机与井筒相对位置的计算

井架高度： Hj=Hx+Hr+Hp+Hg+0.75Rg

=20+8.06+0.3+4+0.75⨯1.5=33.4(m)

取井架高度：Hj=35(m)

滚筒中心至提升容器中心的距离：

bmin=0.6Hj+3.5+Dg=0.6⨯35+3.5+3=27.5(m)

取 b=35(m)

提升钢丝绳弦长： Lx=(b-Dt23)+(Hj-C)2=(35-)2+(35-1)2=47.7(m) 22

注：通常工业场地较平坦时，C取1（m）。

钢丝绳的偏角：

外偏角： B-

tanα1=

0S-a2050-134-3⨯(d+ε)1500--3⨯(31+3)==0.00922 Lx47700 α1=031'44''

内偏角：tanα2=S-a2050-134==0.02 2Lx2⨯47700

α2=108'44''

钢丝绳的仰角：

下绳仰角： Hj-CDtϕ1=tan+sin-1

DDb-t(b-t)2+(Hj-C)2

22

3000-135-1+sin-1=tan-11.01+sin-10.067 =tan34770035-2

=45017'+3050'30''=4907'30''-1

上绳仰角： -1 ϕ2=tanHj-C=tan-11.01=45017' Db-t

2

六、电动机预选 Ns=KmgVmax1.15⨯40000⨯8ρ=⨯1.3=562(KW) 1000η1000⨯0.85

可用图4-4-12校核。 '= nd60Vmaxi60⨯8⨯11.5==586 (r/min) πDg3π

选用YR630-10/1180型电动机，Ne=630KW；nd=580 (r/min)； V=6000V； Jd=1952 N·m2。

提升机实际运行速度：

Ns=KmgVmax1.15⨯40000⨯8ρ=⨯1.3=562(KW)1000η1000⨯0.85

Vmax=πDgnd

60i=3⨯580⨯π≈8(m/s) 60⨯11.5

六、变位质量计算

i2∑M=m+2mc+2⨯(Hc+Lx+3.5πDg+Lm)⨯qk+2Mt+Mj+4JdD2g

=4000+2⨯4060+2⨯(424+47.7+3.5⨯3⨯π+30)⨯4.35+2⨯781+16300

11.52

+4⨯195.223

=4000+8120+2⨯535⨯4.35+1562+16300+11473

=46109(kg)

七、提升速度图、力图的计算

按六阶段速度图

1、加速度的确定：

初加速度：

V01.52

a0===0.45(m/s2) 2h02⨯2.5

正常加速度：

按减速器输出轴允许的最大力矩计算： 2

a1=

=Mmax-(Km+qkHt)gRgm180000-(1.15⨯4000+4.35⨯409)10=1.5 [1**********]-(4600+1779)10=1.22(m/s2)46109

按充分利用电动机的过负荷能力计算： 3Neη630⨯0.85⨯100.8λ-(Km+qkHt)g0.8⨯1.8⨯-62220Vmaxa1== 46109m

=98310-62220=0.78(m/s2)46109

2 取a1=0.78(m/s)

2、减速度的确定：

按自由滑行：

a3=[Km-qk(Ht-2h3)]g1.15⨯4000⨯10-4.35⨯(409-2⨯50)⨯10=46109 m

≈0.706(m/s2)

取a3=0.71(m/s2)

爬行段计算：

爬行速度：V4=0.5(m/s)

爬行距离：h4=3(m)

3、速度图的具体计算

初加速阶段：

初加速时间：t0=V01.5==3.3(s) a00.45

11V0t0=⨯1.5⨯3.3≈2.5(m) 22 初加速运行距离：h0=

正常加速阶段：

加速时间：t1=Vmax-V08-1.5==8.3(s) a10.78

Vmax+V08+1.5t1=⨯8.3=39.4(m) 22 加速运行时间：h1=

正常减速阶段：

减速时间：t3=Vmax-V48-0.5=≈10.6(s) a30.71

Vmax+V48+0.5t3=⨯10.6=45(m) 22 减速运行距离：h3=

爬行阶段： 爬行段运行时间：t4=h43==6(s) V40.5

制动阶段：行程忽略不计，运行时间按1S计算。

等速阶段：

等速运行距离：

H2=Ht-(h0+h1+h3+h4)

=409-(2.5+44.2+44.2+3)=315.1(m)

等速运行时间：

t2=h2315.1==39.4(s) Vmax8

提升一次的持续时间：

纯运行时间：

TC=t0+t1+t2+t3+t4+t5)

=3.3+8.3+39.4+10.6+6+1=68.6(s)

提升一次的持续时间：Tg=TC+θ=68.6+8=76.6(s)

4、提升能力

年实际提升能力：

A=3600brtm3600⨯300⨯14⨯4000==686570(t/年) CTg1.15⨯76.6⨯1000

3600m3600⨯4000==188(t/h) Tg76.6⨯1000小时的最大提升能力： '= Ah

提升能力富裕系数： at=A686570==1.1443 即富裕能力为14.43% An600000

5、电动机等效功率计算：

提升开始时：

F0=(Km+qkHt)g+∑ma0=(1.15⨯4000+4.35⨯409)⨯10+46109⨯0.45=46000+17790+20749=84539(N)

初加速终了时：

F0'=F0-2qkh0g=84539-2⨯4.35⨯2.5⨯10=84321.5(N) 加速开始时：

F1=F0+∑m(a1-a0)=84321.5+46109⨯(0.78-0.45)=99537.5(N) '

加速终了时：

F2=F1-2qkh1g=99537.5-2⨯4.35⨯39.4⨯10=96109.7(N) 等速开始时：

F3=F2-∑ma1=96109.7-46109⨯0.78=60144.68(N) 等速终了时：

F4=F3-2qkh2g=60144.68-2⨯4.35⨯315.1⨯10=32730.98(N) 减速开始时：

F5=F4-

减速终了时：

F6=F5-2qkh3=-6.41-2⨯4.35⨯45⨯10=-3921.41(N) 爬行段开始时：

F7=F6+∑ma3=-3921.41+46109⨯0.71=28815.98(N) 爬行段终了时：

F8=F7-2qkh4g=28815.98-2⨯4.35⨯3⨯10=28554.98(N) ∑ma3=32730.98-46109⨯0.71=-6.41(N)

等效力计算：

∑F2t=12111F0+F0/2t0+F12+F22t1+F32+F3F4+F42t2+F72+F82t42232

11=⨯845392+84321.52⨯3.3+⨯99537.52+96109.72⨯9.322

1 +⨯60144.682+60144.68⨯32730.96+32730.962⨯39.43

1+⨯28815.982+28554.982⨯62

)⨯1010=19.4304⨯1010=(1.29109+8.90233+8.74324+0.49372()()()()()()()()

注：由于减速段采用自由滑行，该段运动力接近于零，故未列入计算。

等效时间： Td=

1(t0+t1+t3+t4+t5)+t2+1θ23

=18⨯(3.3+9.3+10.4+6+1)+39.4+=57.1(s)23

等效力：

Fdx=

等效功率： Ndx=∑F2t=Td0.194304⨯106=58309.5(N) 57.1KFdx⨯Vmax1.1⨯58309.5⨯8==603.7kW＜630(kW) 1000η1000⨯0.85

故所选的电动机容量是合适的。

八、电动机过负荷系数的校验

λ/=Fmax9500095000===1.391 Ne102⨯630⨯0.85Fe⨯103⨯103

Vmax8

（0.75～0.8）λ=1.35～1.44

特殊力作用下电动机过负荷系数：

当打开离合器后，调绳作单钩提升时：

Ft=μ1(mc+qkHc)g=1.1⨯(4060+4.35⨯424)⨯10=64948.4(N)

λt/=FtFt64948.4===0.9703 Ne630⨯0.85Fe⨯103⨯103

8Vmax

λt/＜0.9λ=0.9⨯1.8=1.62

故所选用的电动机是能够满足运转中的实际需要。

九、电耗及提升机效率计算：

提升一次的有效电耗：

E1=mgHt4000⨯409⨯10==4.54(kW∙h/次) 1000⨯36003600⨯1000

提升一次的实际电耗：

∑Ft=1111F0+F0/t0+(F1+F2)t1+(F3+F4)t2+(F7+F8)t42222

11=⨯(84539+84321.5)⨯3.3+⨯(99537.5+96109.7)⨯9.3 22

11+⨯(60144.68+32730.96)⨯39.4+⨯(28815.98+28554.98)⨯622

=278619.8+909759.5+1829650.1+172112.9=3190142.3()

E=1.02Vmax∑Ft1.02⨯8⨯3190142.3==9.629(KW∙h/次)1000⨯3600ηηdηx1000⨯3600⨯0.85⨯0.93⨯0.95

式中：1.02— 考虑提升机附属设备（如：润滑油泵、制动油泵、磁力站及动力制动电源装置等）耗电量的附加因数。

提升每吨煤的实际电耗： ET=E9.6299.629===2.4073(kW∙h/t) m40004

提升机效率：

ηT=E14.54==47.2% E9.629