矿井提升选型设计.docx
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矿井提升选型设计
2.8矿井提升选型设计
2.8.1副斜井提升设备选型设计[1]。
1、设计依据
上部车场标高+1433.0m
下部车场标高+1220.0m
井筒斜长545.13m
井筒倾角23°
井底车场增加的距离25m
串车车场运行距离25m
最大件重量(液压支架、采煤机)10t
最大班提升工作量:
下井工人51人
矸石20车
沙石3车
水泥1车
坑木3车
火药、雷管各1次
饮水车1车
油脂车1车
掘进煤77车
其它2车
提升容器采用1t固定箱式矿车,矿车自重610kg,容积1.1m3;装矸重量按1700kg、装煤重量按1000kg。
人车选用XRB15-6/6型,满载人数30,头车自重2200kg、挂车自重1200kg,最大牵引力5000kg。
平板车自重按1150kg计算。
井下+1220水平、井口均为平车场。
2、钢丝绳选择
A=sinα+f1cosα=sin23+0.01cos23=0.3999
B=sinα+f2cosα=sin23+0.25cos23=0.6209
绳端荷重:
提矸(串3辆车):
Qd=3×(1700+610)×A=2771.56kg
提煤(串5辆车):
Qd=5×(1000+610)×A=3219.49kg
提人(3个人车):
Qd人=(2200+2×1200+30×75)×A=3189.49kg
提大件:
Q大件=(10000+1150)×A=4458.89kg
提升长度Lt=545.13+25+25=595.13m
钢丝绳悬垂长度:
Lc=Lt+50=645.13m
钢丝绳单重(按提大件计算):
pk=
=
=2.1764kg/m
设计选择6V×18+FC-24-1670-特-右同型钢丝绳
直径24mm
单位重量2.33kg/m
抗拉强度1670N/mm2
钢丝绳最小破断拉力360kN
最小钢丝破断拉力总和42422.02kg(360000×1.156÷9.81)
钢丝绳安全系数:
提矸石:
m矸=
=11.45>7.5
提煤:
m矸=
=10.22>7.5
提人:
m人=
=10.29>9
提大件:
m大件=
=7.86>7.5
3、提升机校核
滚筒直径:
Dg≥80d=80×24=1925mm
最大静张力(提大件):
Fj=Qd+pkLcB=4458.89+2.33×645.13×0.6209=5392.20kg=52.90kN
最大静张力差:
Fc=Fj=52.90kN
选择JK-2/30E型单绳缠绕式提升机主要技术参数:
滚筒直径2000mm
滚筒宽度1500mm
最大静张力60kN
最大静张力差60kN
传动比30
变位重量:
7242kg
缠绳宽度(按双层缠绕):
Dp=Dg+(Kc-1)d=2+(2-1)×0.024=2.024
B'=(Lt+Lm+7πDg)(d+ε)/KcπDp
=(593.7+30+7л×2)×(24+2.5)/(2π×2.024)
=1391.31mm<B=1500mm
因此,钢丝绳在滚筒上作双层缠绕,满足《煤矿安全规程》要求。
4、提升系统
规程要求的天轮直径:
Dt≥60d=60×24=1440mm
天轮选择TD1600/800型游动天轮,天轮直径Dt=1600,游动距离800mm,变位重量Gt=358kg。
滚筒中心与锁口的高差C=500mm。
井架高度(相对于井口)Hj=6.8m。
井口与天轮的水平距离L'=L1'+L2'+L3=(2×2.2×5+2)+8+12=44,取L'=62.5m。
确定滚筒中心线与天轮中心的水平距离Ls:
按内外偏角要求的钢丝绳弦长:
Lx=
=13.37m;
选取滚筒中心与天轮中心的水平距离Ls=22m
钢丝绳的实际弦长:
Lx=
=22.83m
钢丝绳的仰角:
φ=
=15°25′37″
副斜井提升系统见图6-1-2。
5、预选电动机(按提升煤炭计算)
最大提升速度:
Vmax=
=
=2.57m/s
提升煤炭最大静张力:
Fj=Qd+pkLcB=3219.49+2.33×645.13×0.6209=4152.80kg=40.74kN
提升煤炭最大静张力差:
Fc=Fj=40.74kN
Ns=
=
=147.76kW
电动机为YR5001-8型,其主要技术参数如下:
额定功率200kW
额定电压10kV
额定转速736r/min
转动惯量39kg·m2
过载系数2.27
5、提升系统运动学计算
V0=1.5m/s、a0=0.3m/s2、a1=a3=0.5m/s2。
重车在井底车场内运行:
初加速:
t0=
=5s,L0=
=3.75m;
初等速:
t01=
=14.17s,L01=LH-L01=21.25m。
重车在井筒内运行:
主加速:
t1=
=2.14s,L1=
=4.35m;
主等速:
t2=
=208.17s,L2=Lt-L1-LH-L3-LB=536.43m;
主减速:
t3=
=2.14s,L3=
=4.35m。
重车在井口车场内运行:
低等速:
t4=
=14.17s,L4=LB-L5=21.25m。
低减速:
t5=
=5s,L5=
=3.75m。
一次提升循环时间T=2(∑ti+25)=552.82s
最大班作业平衡时间详见表6-1-1。
最大班作业时间为5.305h,工人下井时间18.38min。
提升设备能力符合《规程》和《规范》要求。
最大班平衡作业时间表
序号
提升项目
单位
每班提升量
每次提升量
每班提升次数
一次提升时间(s)
每班提升时间
(s)
1
下送工人
人
51
30
2
552.82
1105.63
2
上提工人
人
552.82
3
其它人员
人
331.69
4
提升矸石
车
20
3
7
552.82
3869.72
5
运送坑木
车
3
5
1
552.82
552.82
6
下炸药
车
1
1
1
537.57
537.57
7
下雷管
车
1
1
1
537.57
537.57
8
掘进煤
车
77
5
16
552.82
8845.06
9
油脂
车
1
3
1
552.82
552.82
10
水车
车
1
3
1
552.82
552.82
11
砂石
车
3
3
1
552.82
552.82
12
水泥
车
1
3
1
552.82
552.82
13
其它
车
2
3
1
552.82
552.82
14
总作业时间
s
19096.95
15
总作业时间
h
5.305
6、提升系统动力学计算
电动机的变位重量Gd=
=8775kg
钢丝绳的总长度Lk=Lc+Lx+7πDg+Lm=698.11m
(1)提升煤炭
系统变位重量:
∑G=Gj+Gd+Gt+n1Qz+n1Q+LkPk=26035.3kg
系统变位质量:
∑m=
=2654.0kg.s2/m
提升煤炭时各阶段力的计算见下表:
提升煤炭时各阶段力的计算表
序号
计算项目
单位
计算结果
1
提升开始时:
F01=Kn1(Qz+Qk)A+LtPkB+∑ma0
kN
52.58
2
初加速终了时:
F02=F01-L0PkB
kN
52.47
3
低等速开始时:
F03=F02-∑ma0
kN
44.66
4
低等速终了时:
F04=F03-L01PkB
kN
44.06
5
在井筒中加速开始时:
F1=F04+∑ma1
kN
57.07
6
在井筒中加速终了时:
F2=F1-L1PkB
kN
57.01
7
在井筒中等速开始时:
F3=F2-∑ma1
kN
43.99
8
在井筒中等速终了时:
F4=F3-L2PkB
kN
36.38
9
在井筒中减速开始时:
F5=F4-∑ma3
kN
23.36
10
在井筒中减速终了时:
F6=F5-L3PkB
kN
23.30
11
在栈桥上末等速开始时:
F7=F6+∑ma3
kN
36.32
12
在栈桥上末等速终了时:
F8=F7-L4PkB
kN
36.02
13
在栈桥上末减速开始时:
F9=F8-∑ma5
kN
28.21
14
在栈桥上末减速终了时:
F10=F9-L5PkB
kN
28.16
=410541.24kN2·s
等效时间:
Td=
=238.44s
等效力:
Fd=
=41.49kN
等效容量:
Nd=
=
=144.23kW<Ne=200kW
(2)提升矸石
系统变位重量:
∑G=Gj+Gd+Gt+n1Qz+n1Q+LkPk=24915.3kg
系统变位质量:
∑m=
=2539.8kg.s2/m
提升矸石时各阶段力的计算见下表:
提升矸石时各阶段力的计算表
序号
计算项目
单位
计算结果
1
提升开始时:
F01=Kn1(Qz+Qk)A+LtPkB+∑ma0
kN
47.19
2
初加速终了时:
F02=F01-L0PkB
kN
47.08
3
低等速开始时:
F03=F02-∑ma0
kN
39.61
4
低等速终了时:
F04=F03-L01PkB
kN
39.00
5
在井筒中加速开始时:
F1=F04+∑ma1
kN
51.46
6
在井筒中加速终了时:
F2=F1-L1PkB
kN
51.40
7
在井筒中等速开始时:
F3=F2-∑ma1
kN
38.94
8
在井筒中等速终了时:
F4=F3-L2PkB
kN
31.33
9
在井筒中减速开始时:
F5=F4-∑ma3
kN
18.87
10
在井筒中减速终了时:
F6=F5-L3PkB
kN
18.81
11
在栈桥上末等速开始时:
F7=F6+∑ma3
kN
31.27
12
在栈桥上末等速终了时:
F8=F7-L4PkB
kN
30.97
13
在栈桥上末减速开始时:
F9=F8-∑ma5
kN
23.49
14
在栈桥上末减速终了时:
F10=F9-L5PkB
kN
23.44
=314648.23kN2·s
等效时间:
Td=
=238.44s
等效力:
Fd=
=36.33kN
等效容量:
Nd=
=
=126.27kW<Ne=200kW
(3)提升人员
系统变位重量:
∑G=Gj+Gd+Gt+n1Qz+n1Q+LkPk=25960.3kg
系统变位质量:
∑m=
=2646.3kg.s2/m
提升人员时各阶段力的计算见下表:
提升人员时各阶段力的计算表
序号
计算项目
单位
计算结果
1
提升开始时:
F01=Kn1(Qz+Qk)A+LtPkB+∑ma0
kN
52.22
2
初加速终了时:
F02=F01-L0PkB
kN
52.11
3
低等速开始时:
F03=F02-∑ma0
kN
44.32
4
低等速终了时:
F04=F03-L01PkB
kN
43.72
5
在井筒中加速开始时:
F1=F04+∑ma1
kN
56.70
6
在井筒中加速终了时:
F2=F1-L1PkB
kN
56.64
7
在井筒中等速开始时:
F3=F2-∑ma1
kN
43.66
8
在井筒中等速终了时:
F4=F3-L2PkB
kN
36.04
9
在井筒中减速开始时:
F5=F4-∑ma3
kN
23.06
10
在井筒中减速终了时:
F6=F5-L3PkB
kN
23.00
11
在栈桥上末等速开始时:
F7=F6+∑ma3
kN
35.98
12
在栈桥上末等速终了时:
F8=F7-L4PkB
kN
35.68
13
在栈桥上末减速开始时:
F9=F8-∑ma5
kN
27.89
14
在栈桥上末减速终了时:
F10=F9-L5PkB
kN
27.84
=403718.56kN2·s
等效时间:
Td=
=238.44s
等效力:
Fd=
=41.15kN
等效容量:
Nd=
=
=143.03kW<Ne=200kW
电机额定力:
Fe=
=
=66.15kN
过载系数:
λ=
=
=0.857<
=0.8×2.27=1.816
(4)提升大件
系统变位重量:
∑G=Gj+Gd+Gt+n1Qz+n1Q+LkPk=29135.3kg
系统变位质量:
∑m=
=2970.0kg.s2/m
提升大件时各阶段力的计算见下表:
提升大件时各阶段力的计算表
序号
计算项目
单位
计算结果
1
提升开始时:
F01=Kn1(Qz+Qk)A+LtPkB+∑ma0
kN
67.49
2
初加速终了时:
F02=F01-L0PkB
kN
67.39
3
低等速开始时:
F03=F02-∑ma0
kN
58.65
4
低等速终了时:
F04=F03-L01PkB
kN
58.04
5
在井筒中加速开始时:
F1=F04+∑ma1
kN
72.61
6
在井筒中加速终了时:
F2=F1-L1PkB
kN
72.55
7
在井筒中等速开始时:
F3=F2-∑ma1
kN
57.98
8
在井筒中等速终了时:
F4=F3-L2PkB
kN
50.37
9
在井筒中减速开始时:
F5=F4-∑ma3
kN
35.80
10
在井筒中减速终了时:
F6=F5-L3PkB
kN
35.74
11
在栈桥上末等速开始时:
F7=F6+∑ma3
kN
50.31
12
在栈桥上末等速终了时:
F8=F7-L4PkB
kN
50.01
13
在栈桥上末减速开始时:
F9=F8-∑ma5
kN
41.27
14
在栈桥上末减速终了时:
F10=F9-L5PkB
kN
41.21
=742937.96kN2·s
等效时间:
Td=
=238.44s
等效力:
Fd=
=55.82kN
等效容量:
Nd=
=
=194.02kW<Ne=200kW
电机额定力:
Fe=
=
=66.15kN
过载系数:
λ=
=
=1.098<
=0.8×2.27=1.816
故电动机能够满足提升要求。
2.8.2混合井落地提升设备选型设计[1]
新建混合井净直径8.3m,装备二套提升设备。
主提升系统装备一对20t四绳箕斗,担负矿井煤炭的提升任务;副提升系统装备一对1.5t矿车双层四车四绳罐笼(一宽罐、一窄罐),担负矿井人员、矸石、设备、材料等辅助提升任务。
-1150水平到-850水平主运输下山采用皮带运输,材料、设备、矸石等辅助提升采用串车提升,人员采用架空乘人装置提升。
2.8.2.1混合井主提升系统提升设备
(一)设计依据
1、井口锁口标高:
+20.4m
2、井底车场水平标高:
-850m
3、装载点标高:
-807.43m
3、卸载高度:
14m
4、工作制度:
330d/a、16h/d
5、提升方式:
双箕斗提升,箕斗间距2160mm
6、设计提升能力:
2.0Mt/a
(二)提升容器选择
1、小时提升量Ah
Ah=
=
=454.55t/h
式中:
Ah-小时提升能力,t/h;
af-提升能力富裕系数,af=1.2;
br-年工作日,br=330d;
t-日工作时间,t=16h。
2、提升高度估算Ht'
Ht'=20.4+807.43+15=842.83m
3、提升速度估算
Vm'=
=
=17.42m/s
4、一次提升时间估算
Tg'=
=
=101.61s
5、一次提升量
Q'=
=
=14.75t
6、选择提升容器
由于主提升是矿井的咽喉,根据矿井现有提升的经验,主提升留有一定的富裕能力是很有必要的。
因此,主提升容器选择一对20t箕斗。
箕斗主要技术参数见下表。
箕斗主要技术参数
序号
项目
单位
结果
1
名义载重Qm
t
20
2
有效容积V
m3
22
3
自重Qz
t
22
4
全高Hr
m
12.11
5
装载口与卸载口高差Ho
m
7.61
7、一次提升量
一次提升量Q=20t。
(三)选择钢丝绳
1、绳端荷重
Qd=Qz+Q=(22+20)×103=42000kg
2、实际提升高度
Ht=20.4+807.43+15+7.61+0.3=850.74m
2、钢丝绳的悬垂长度
HC=Hj2+Ht+Hh-Hx=899.24m
3、钢丝绳单位长度重量
Pk≥
=
=6.69kg/m
主绳选择44ZAA6V×36+NF1570ZZ(SS)钢丝绳四根(左、右捻各半)。
其主要技术参数见下表:
主提升钢丝绳主要技术参数
主钢丝绳直径d
mm
44.00
主钢丝绳单重p
kg/m
7.84
主钢丝绳最粗钢丝直径δ
mm
2.70
主钢丝绳全部钢丝破断力总和Qp
kN
1090.00
主钢丝绳抗拉强度σb
MPa
1570.00
4、尾绳选择P8×4×19-177×28-1373扁尾绳二根。
其主要技术参数见下表。
尾绳钢丝绳主要技术参数
钢丝绳直径(宽×厚)
mm
177×28
钢丝绳单重q
kg/m
15.68
钢丝绳全部钢丝破断力总和Qpw
kN
2110
钢丝绳抗拉强度σbw
MPa
1373.00
5、系统不平衡重量计算
△=2qk-4pk=2×15.68-4×7.84=0kg/m
△/4pk=0/(4×7.84)=0
提升系统按等重尾绳计算。
(三)选择提升机
1、主导轮直径
Dg≥90d=90×44=3960mm
Dg≥1200δ=1200×2.7=3240mm
2、最大静张力
Fj=(42000+4×7.84×893.01)×9.81×10-3=686.75kN
3、最大静张力差
FC=20×9.81=196.2kN
4、选择提升机
选择JKMD-4.5×4(Ⅲ)E型落地式四绳摩擦提升机,其主要技术参数如下:
主导轮直径:
Dm=4.5m
天轮直径:
Dm=4.5m
最大静张力:
Fj0=900kN
最大静张力差:
FC0=220kN
旋转部分变位重量:
Gj=29t
天轮变位重量:
Gt=11.5×2=23t
衬垫摩擦系数:
μ=0.25
衬垫比压:
Pm=1.962MPa
钢丝绳间距:
a=350mm
(四)提升机衬垫比压及钢丝绳安全系数验算
1、钢丝绳安全系数验算
规程要求的安全系数:
m0=7.2-0.0005Hc=7.2-0.0005×899.24=6.75
钢丝绳实际安全系数:
m=
=7.47>6.75
2、比压验算
Pb=
=
=1.49MPa<1.962MPa
(五)选择电动机
2、提升速度
《煤矿安全规程》允许的最高速度:
=0.6×
=17.36m/s
取Vm′=14m/s。
3、电动机功率
Ne=
=
=3474.70kW
4、选用同步电动机1台,其主要技术参数如下:
额定功率:
Ne=3500kW
额定电压:
Ue=1500V
额定转速:
Ve=59.42r/min
转动惯量:
J=35000kg·m2
电动机的变位重量:
Gd=
=4×35000×
=6910kg=6.91t。
实际提升速度:
Vm=
=14m/s。
(六)提升系统几何尺寸计算
1、井架高度
(1)下天轮中心高度
Hj1=Hx+Hr+Hg+0.75Rt+2.5=15+13.14+10+0.75×2.25+2.5=42.3m
取Hj1=42.5m
(2)上天轮中心高度
取Hj2=Hj1+6=42.5+6=48.5m
2、主导轮中心至提升中心水平距离
Ls′=0.6Hj2+3.5+Dg=0.6×48.5+3.5+4.5=37.1m,取Ls=35m。
3、尾绳环高度
Hw=Hg+2S=10+2×2.3=14.6m取Hw=15m
4、钢丝绳弦长计算
上弦长:
L1=
=55.11m
下弦长:
L2=
=48.88m
5、钢丝绳的仰角计算
上绳仰角:
β1=tg-1
=52.1287°=52°7′43″
下绳仰角:
β2=tg-1
+sin-1
=55.1003°=55°6′1″
6、钢丝绳围抱角
α=180°+β2-β1=182.9726°=3.19347弧度
euα=e0.25×3.19347=2.22
主提升系统图见图
1-摩擦轮;2-天轮;3-提升钢丝绳;4-容器;5-尾绳。
图6-2-3立井多绳摩擦式提升系统示意图
(七)防滑验算
1、空载侧钢丝绳静张力
T0=Gz+nPkHc=22000+4×7.84×899.24=50200kg=50.2t=492.46kN
2、提升系统(提升机、电动机、天轮)变位重量之和
G=Gj+Gd+2Gt=29+6.91+2×11.5=58.91t
3、防滑计算
(1)主加速a1要求的静张力(a1=1m/s2)
T1≥
=28.89t=283.41kN
(2)下放重载紧急制动要求的静张力
满足《规程》不小于1.5m/s2的要求
T2≥
=26.838t=263.28kN
(3)上提重载紧急制动要求的静张力
满足《规程》不大于5m/s2的要求
T3≥
=16.60t=162.86kN,取T=max(T0、T1、T2、T3)=50.2t。
(4)上提重载紧急制动防滑验算
T=50.2t时,满足不滑动的要求为:
as=
≤ajs=
g≤5m/s2
紧急制动减速度:
as=
=3.688m/s2
上提重载紧急制动极限减速度:
ajs=
g=4.266m/s2
as<ajs<5m/s2
(5)空容器运行紧急制动防滑验算
T=50.2t时,满足不滑动的要求为:
ak=
≤ajk=
紧急制动减速度:
ak=
=1.42m/s2
紧急制动极限减速度:
ajk=
=3.027m/s2
ak<ajk
故取T=T0=50.2t,能满足提升各种运行方式下紧急制动防滑要求。
(八)运动学计算
取a1=a3=1m/s2,V4=0.5m/s,h4=3m,V0=1.5m/s,a0=0.5m/s2,Vm=14m/s。
运动学计算内容和计算结果详见下表。
运动学计算表
序号
计算内容和计算公式
单位
计算结果
1
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