第七章 立井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)

1、第七章 立井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)4 課時(shí)第一節(jié) 豎井提升容器的選擇 一、提升容器的比較及其應(yīng)用范圍 提升容器主要是底卸式箕斗和普通罐籠。箕斗的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，所需井筒斷面積小，裝卸載可自動(dòng)化，且時(shí)間短，提升能力大。箕斗的缺點(diǎn)是：井底及井口需要設(shè)置煤倉(cāng)和裝卸載設(shè)備，只能提升煤炭，不能升降人員、設(shè)備和材料，井架較高，需要另設(shè)一套輔助提升設(shè)備。 罐籠的優(yōu)點(diǎn)是：井底及井口不需設(shè)置煤倉(cāng)，可以提升煤炭、矸石，下放材料，升降人員和設(shè)備，井架較矮，有利于煤炭分類運(yùn)輸，罐籠的缺點(diǎn)是：質(zhì)量大，所需井筒斷面積大，裝卸載不能自動(dòng)化，而且時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低。 選擇箕斗還是選擇罐籠，需要根據(jù)多方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)確定。

2、 二、主井箕斗規(guī)格的選擇 進(jìn)行提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)時(shí)，礦井年產(chǎn)量An和礦井深度Hs為已知條件。當(dāng)提升容器的類型確定后，還要選擇容器的規(guī)格。在提升任務(wù)確定之后，選擇提升容器的規(guī)格有兩種情況：一是選擇較大規(guī)格的容器，一次提升量較大，則提升次數(shù)少。這樣，因?yàn)橐淮翁嵘枯^大，所需的提升鋼絲繩直徑和提升機(jī)直徑較大，因而初期投資較多。但提升次數(shù)較少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較少。二是選擇較小規(guī)格的容器，情況和上述的相反，因而初期投資較少，而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用則較多。那么，應(yīng)該如何選擇提升容器的規(guī)格才是合理的呢?其原則是：一次合理提升量應(yīng)該使得初期投資費(fèi)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)的加權(quán)平均總和最小。為了確定一次合理提升量，從而選擇標(biāo)準(zhǔn)的提升容器，可按以下

3、步驟計(jì)算： (1)確定合理的經(jīng)濟(jì)速度Vj 與一次合理提升量相對(duì)應(yīng)的，有一個(gè)合理的經(jīng)濟(jì)速度。經(jīng)研究證明，合理的經(jīng)濟(jì)速度Vj 可用下式計(jì)算： （）式中：H為提升高度，m，H=Hz+Hs+Hx；Hz為裝載的高度，m，Hz=1825m，Hs為礦井的深度，m，Hx為卸載高度，m，Hx=1525m。(2)估算一次提升循環(huán)時(shí)間（）式中：a為提升加速度，一般a=0.8m/s2；為箕斗低速爬行時(shí)間，一般取=10s；為箕斗裝卸載休止時(shí)間，一般取=10s。(3)計(jì)算小時(shí)提升量As （）式中：C為提升不均衡系數(shù)；An為礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量；af為提升富裕系數(shù)；ts為提升設(shè)備每天工作小時(shí)數(shù)，一般為14h；br為提升設(shè)備每年工

4、作日數(shù)，一般為300天(4)計(jì)算小時(shí)提升次數(shù)ns （次） （）(5)計(jì)算一次合理提升量 （）根據(jù)式（1-5）求出的一次合理提升量，查表選取與相等或接近的標(biāo)準(zhǔn)箕斗，其名義裝載量可以大于或小于。在不加大提升機(jī)滾筒直徑的條件下，應(yīng)盡量選用大容量箕斗，以較底的速度運(yùn)行，降低能耗，減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。(6)計(jì)算一次實(shí)際提升量 選取標(biāo)準(zhǔn)箕斗后，根據(jù)所選箕斗的有效容積和煤的松散容重計(jì)算一次實(shí)際升量Q（）式中：為煤的松散容重，V為標(biāo)準(zhǔn)箕斗的有效容積。 三、副井罐籠的選擇副井罐籠規(guī)格的選擇按如下規(guī)定確定： (1)根據(jù)井下運(yùn)輸使用的礦車名義載重量(主井為箕斗提升時(shí)按輔助運(yùn)輸?shù)V車名義載重量)確定罐籠的噸位； (2)根據(jù)運(yùn)

5、送最大班下井工人的時(shí)間不超過(guò)40 min或每班總作業(yè)時(shí)間是否超過(guò)5h來(lái)確定罐籠的層數(shù)。一般應(yīng)先考慮單層罐籠，不滿足要求時(shí)再選擇雙層罐籠。此外，罐籠的選擇還應(yīng)考慮如下規(guī)定：(1)升降工人的時(shí)間，按運(yùn)送最大班下井工人時(shí)間的1.5倍計(jì)算；(2)升降其他人員的時(shí)間，按升降工人時(shí)間的20計(jì)算。升降人員的休止時(shí)間按下列規(guī)定取值；單層罐籠每次升降5人及以下時(shí)，休止時(shí)間為20s，超過(guò)5人，每增加1人增加ls；雙層罐籠升降人員，如兩層同時(shí)進(jìn)出人員，休止時(shí)間比單層增加2 s信號(hào)聯(lián)系時(shí)間。當(dāng)人員只從一個(gè)平臺(tái)選出罐籠時(shí)，休止時(shí)間比單層增加一倍，另外增加6 s換置罐籠時(shí)間；(3)普通罐籠進(jìn)出材料車和平板車休止時(shí)間為40

6、60s；(4)提升矸石量按日出矸石量的50計(jì)算；運(yùn)送坑木、支架按日需量的50計(jì)算；(5)最大班凈作業(yè)時(shí)間為上述各項(xiàng)提升時(shí)間與休止時(shí)間之和，一般不得超過(guò)5 h；(6)能夠運(yùn)送井下設(shè)備的最大和最重部件；(7)對(duì)于混合提升設(shè)備，每班提煤和提矸時(shí)間均應(yīng)計(jì)人1.25不均衡系數(shù)，其提升能力不宜超過(guò)5.5 h。 第二節(jié) 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算 提升鋼絲繩的選擇計(jì)算是提升設(shè)備造型設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。鋼絲繩在運(yùn)轉(zhuǎn)中受有許多應(yīng)力的作用和各種因素的影響，如靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和擠壓應(yīng)力等，磨損和銹蝕也將損害鋼絲繩的性能。綜合考慮以上應(yīng)力因素的精確計(jì)算是很困難的，目前國(guó)內(nèi)外都是按靜載荷近似計(jì)算的。我國(guó)是

7、按煤礦安全規(guī)程的規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)的，其原則是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。安全系數(shù)是指鋼絲繩鋼絲拉斷力的總和與鋼絲繩的計(jì)算靜拉力之比。但是應(yīng)當(dāng)注意，安全系數(shù)并不代表鋼絲繩真正具有的強(qiáng)度儲(chǔ)備，只不過(guò)表示經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明在此條件下鋼絲繩可以安全運(yùn)行。一、單繩纏繞式(無(wú)尾繩)立井提升鋼絲繩選擇計(jì)算 一、圖2-5所示為一立井單繩提升鋼絲繩計(jì)算示意圖。 鋼絲繩的最大靜拉力作用于A點(diǎn)處，其值為： (2-1)圖2-5 鋼絲繩計(jì)算示意圖式中：為鋼絲繩承受的最大計(jì)算靜載荷；為一次提升的有益載荷為容器質(zhì)量；為鋼絲繩每米重力；為鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度，。 為井架高度；礦井深度；為容器裝載高度。 根據(jù)煤礦安全規(guī)

8、程對(duì)安全系數(shù)的規(guī)定，必須滿足下式 ： （2-3）式中：ma為新鋼絲繩的安全系數(shù)。一般鋼絲繩的平均比重近似取0.09 Ncm3 ，于是有下式： （2-4）將式(24)代入式(23)并化簡(jiǎn)整理得： （2-5） 代人0 的值后，得出選擇每米鋼絲繩重的公式為： （2-6） 由于實(shí)際所選鋼絲繩的0不一定是0.09 Ncm3，因此所選繩是否滿足安全系數(shù)的要求必須按實(shí)際所選每米繩重按下式進(jìn)行驗(yàn)算，即所選繩的實(shí)際安全系數(shù)為： （2-7） 二、多繩摩擦提升鋼絲繩計(jì)算特點(diǎn)圖2-6所示為多繩摩擦提升鋼絲繩計(jì)算示意圖，圖中是尾繩環(huán)高度，可按下式計(jì)算： 式中：為過(guò)卷高度，m，S為兩容器的中心距，m；為容器卸載位置至天輪

9、中心線的距離，m，為容器卸載高度，m。 圖2-6中的為尾繩最大懸垂長(zhǎng)度，m。多繩摩擦提升鋼絲繩計(jì)算特點(diǎn)為： (1)有n根提升鋼絲繩，每根繩承受的終端載荷為(Q+Qz)/n；(2)有n1根尾繩，設(shè)每根尾繩每米重力為q Nm，而且根據(jù)主、尾繩每米重力的不同，又有等重尾繩np=nlq、輕尾繩npnlq和重尾繩npnlq之分。一般多采用等重尾繩，重尾繩有時(shí)也有采用，但輕尾繩則很少采用。因此下面也分兩種情況來(lái)分析。 圖2-6 多繩摩擦提升鋼絲繩計(jì)算示意圖等重尾繩情況：計(jì)算公式： （2-8） 驗(yàn)算公式： （2-9） 重尾繩情況:計(jì)算公式 （2-10）驗(yàn)算公式 （2-11）第三節(jié) 提升機(jī)的選型計(jì)算 選擇提升

10、機(jī)的主要參數(shù)有：卷簡(jiǎn)直徑D；卷筒寬度B;提升機(jī)最大靜張力Fjmax及最大靜張力差Fjc。其中卷筒直徑D為選擇提升機(jī)規(guī)格型號(hào)的依據(jù)；其他三個(gè)參數(shù)為校核參數(shù)。選擇提升機(jī)卷筒直徑的主要原則是：使鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過(guò)大，以保證提升鋼絲繩具有一定的承載能力和使用壽命。理論與實(shí)踐已證明，繞經(jīng)卷筒和天輪的鋼絲繩，其彎曲應(yīng)力的大小及其疲勞壽命取決于卷筒與鋼絲繩直徑的比值。 圖3-2所示是鎖股(密封)鋼絲繩進(jìn)行彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，由圖示可知，在同一鋼絲繩直徑條件下，卷簡(jiǎn)直徑愈大，彎曲應(yīng)力愈?。辉谙嗤砗?jiǎn)直徑條件下，繩徑愈小，彎曲應(yīng)力愈小，即比值Dd愈大，彎曲應(yīng)力愈小。 圖3-3所示為在不同的D

11、d彎曲條件下，鋼絲繩試驗(yàn)載荷與其耐久性的關(guān)系。由圖3-3可知，在試驗(yàn)載荷相同時(shí)，Dd愈大，鋼絲繩所能承受的反復(fù)彎曲次數(shù)愈多，疲勞壽命愈長(zhǎng)。 圖3-3 不向的D/d時(shí)載荷與耐久性的關(guān)系圖3-2 鋼絲繩彎曲應(yīng)力圖對(duì)于安裝在地面的提升機(jī)，其直徑與鋼絲繩直徑的關(guān)系如下： (3-1) (3-2)式中：D為提升機(jī)卷筒直徑；d為提升鋼絲繩直徑；為提升鋼絲繩中最粗鋼絲繩直徑。對(duì)于安裝在井下的提升機(jī)則有： (3-3) (3-4)選定了標(biāo)準(zhǔn)卷簡(jiǎn)直徑后，卷筒的標(biāo)準(zhǔn)寬度B則為巳知，然后根據(jù)實(shí)際需要在卷筒上纏繞的鋼絲繩長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算卷筒的實(shí)際寬度B。在提升機(jī)卷筒上應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩： (1)提升高度H，m; (2)提升

12、鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉5 m，按提升鋼絲繩的使用壽命為三年計(jì)，則試驗(yàn)長(zhǎng)度為30 m； (3)為了減少鋼絲繩在卷筒上固定處的拉力，鋼絲繩在卷筒上松繩時(shí)，不能全部松放，應(yīng)在卷筒表面保留三圈摩擦圈，則卷筒的實(shí)際容繩寬度B為： (3-)式中：H為提升高度；D為提升機(jī)卷筒直徑；d為提升鋼絲繩直徑；為提升鋼絲繩繩圈間的間隙，一般為2-3mm，卷筒直徑較大時(shí)，取大值。如果BB：若提升機(jī)用于有升降人員的豎井副井提升，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，鋼絲繩在卷筒上只能纏繞一層。但是如果B比B稍大一點(diǎn)，所選提升機(jī)仍可滿足寬度要求，但是要是B-B的差值暫時(shí)固定在卷筒內(nèi)。如果B-B的差值較大，則所選提升機(jī)的寬度不滿足要求，則應(yīng)采取措施：一是另選強(qiáng)度較高的提升鋼絲繩型號(hào)；二是把提升機(jī)卷筒直徑增大一級(jí)。重新計(jì)算B到滿足BB。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：豎井主井提升的提升鋼絲繩可在卷筒上纏兩層，作雙層纏繞時(shí)，提升鋼絲纏在卷筒上的實(shí)際纏繞寬度B可按下式 (3-6)式中：Dp為平均纏繞直徑；K為纏繞層數(shù)；n為錯(cuò)繩圈數(shù)。其中： （3-7）為了避免繩圈總在一個(gè)地方過(guò)渡，每季度要將提升鋼絲繩錯(cuò)動(dòng)14圈，根據(jù)提升鋼絲繩的使用年限，一般取n=24圈。為了保證提升機(jī)在其設(shè)計(jì)強(qiáng)