【采矿课件】第六章矿井提升设备

第六章矿井提升设备§6—1概述一、矿井提升设备的任务提升煤炭和矸石，下放材料，升降人员、设备。二、矿井提升设备的分类1、按用途分可分为主井提升设备和副井提升设备。主井提升设备主要用于提升有益矿物（如提升煤炭或矿物）；副井提升设备用于辅助提升（如提升矸石，升降人员、设备，下放材料等。）。2、按提升容器分可分为箕斗提升设备和罐笼提升设备。3、按提升机类型分可分为缠绕式提升设备和摩擦式提升设备。4、按井筒倾角分可分为立井提升设备和斜井提升设备。三、矿井提升设备的组成图6-1塔式多绳摩擦提升机罐笼提升系统和图6-2单绳缠绕式提升机箕斗提升系统。主要由提升容器、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电气设备等组成。§6—2提升容器一、提升容器的种类按用途和结构可分为：箕斗、罐笼、矿车、吊桶等。箕斗分为立井箕斗和斜井箕斗，专用于主提；罐笼既可用于主提，也可用于副提；矿车斜井提升；吊桶立井井筒开凿时的提升。二、箕斗1、立井箕斗型号意义（1）立井单绳箕斗（如：JL—3）（2）立井多绳箕斗JDS—12/110×4、JDSY—12/110×4、JDG—12/110×42、立井箕斗结构原理（1）结构立井提煤多采用底卸式，底卸式箕斗分为平板闸门箕斗和扇形闸门箕斗。以单绳立井平板闸门箕斗为例：其结构如图6—3所示，主要由斗箱、框架、连接装置及闸门等组成。（2）卸载原理当箕斗提升至地面煤仓时，卸载滚轮进入安装在井架上的卸载曲轨内，随着箕斗提升，固定在箕斗框架上的小曲轨同时向上运动，则滚轮在卸载曲轨作用下，沿着箕斗框架上的小曲轨向下运动，并转动连杆，使其通过连杆锁角为零的位置后，闸门就借助煤的压力打开，开始卸载。在箕斗下放时，以相反的顺序关闭闸门。平板闸门底卸式箕斗较扇形闸门卸载时井架受力小，卸载曲轨短，装载时撒煤少，且动作可靠。三、罐笼罐笼按其构造不同可分为普通罐笼和翻转罐笼，后者应用较少。普通罐笼有单层、多层和单车、双车以及单绳、多绳之分。标准普通罐笼按固定车厢式矿车名义装载质量确定为1t、1.5t、3t三种形式。1、立井普通罐笼型号意义（1）单绳罐笼如：GLS—1×1/1、GLGY—1×2/2（2）多绳罐笼其它符号意义同上。2、罐笼的主要结构图6—4单绳1t单层普通罐笼。提升钢丝绳绕过双面夹紧楔形绳环与罐笼的主拉杆连接。罐笼是由横梁、垂直立柱通过铆接和焊接结合成的金属框架结构，周围用不同厚度的钢板包围，罐笼四角为切角型式，这样既有利于井筒布置又制作方便。罐笼顶部有半圆弧形淋水棚和可以打开的罐盖，以供运送长材料用，罐两端设有帘式罐门，为了将矿车推进罐笼，罐笼底部敷设轨道，为了防止提升过程中发生跑车事故装有阻车器。在罐笼上设有罐耳并使其紧靠在罐道上保证罐笼平稳的沿着罐道运行。罐道可分为刚性及柔性两种，刚性罐道有钢轨罐道、木罐道及组合罐道三种；柔性罐道即钢丝绳罐道。罐笼上部还设有防坠器（又称为断绳保险器）。防坠器的作用是当提升钢丝绳万一发生断裂后，可使罐笼牢固地支撑在井筒的罐道上，防止罐笼坠落井底造成严重事故。防坠器的型式与罐道类型有关。目前我国广泛采用的是制动绳防坠器。其工作原理如下：（以FLS型制动绳防坠器为例）（1）布置系统图6—5（2）抓捕机构极其传动装置图6—6（3）缓冲器图6—7（4）制动绳的拉紧装置图6—8§6—3提升钢丝绳作用：一、钢丝绳的结构组成：钢丝→股+绳芯（纤维绳芯（常用）、金属绳芯）。材质：1、钢丝为优质炭素结构钢，一般直径为0.4～4㎜。矿井提升抗拉强度一般采用1700Mpa以下的。2、钢丝绳表面光面和镀锌（常用于摩擦提升）两种。钢丝的表面状态标记代号为：光面钢丝，NAT；A级镀锌钢丝，ZAA；AB级镀锌钢丝，ZAB；B级镀锌钢丝，ZBB。3、绳芯分金属芯纤维芯。纤维绳芯作用：（1）减少股间钢丝的接触应力；（2）缓和弯曲应力；（3）储存润滑油，防止绳内钢丝锈蚀。金属绳芯的特点：与相同断面的纤维绳芯相比，金属断面大，抗破断能力大，具有耐横向压力大，不易变形等优点。但其柔软性差，不耐腐蚀。绳芯的标记代号：纤维芯（天然或合成的），FC；天然纤维芯，NF；合成纤维芯，SF；金属丝绳芯，IWR；金属丝股芯，IWS。二、钢丝绳的分类、特点及应用（一）分类及特点1、按钢丝绳的捻法分可分为右交互捻（ZS）、左交互捻（SZ）、右同向捻（ZZ）、左同向捻（SS）四种。标记代号中，第一个字母表示钢丝绳的捻向；第二个字母表示股的捻向；“Z”表示右捻向，“S”表示左捻向。左捻：按左螺旋方向将股捻成绳。右捻：按右螺旋方向将股捻成绳。交互捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相反。同向捻：绳中的股的捻向与股中丝的捻向相同。特点：同向捻钢丝绳柔软，表面光滑，接触面积大，应力小，使用寿命长，绳有断丝时，断丝头部会翘起便于发现，所以矿井提升多用同向捻钢丝绳。但同向捻钢丝绳有较大的恢复力，稳定性较差，易打结。交互捻钢丝绳的结构稳定2、按钢丝在股中互相接触情况分（1）点接触钢丝绳股中各层钢丝捻距不等，钢丝间呈点接触状态。这种钢丝绳造价较低，但钢丝间接触应力大，特别是钢丝绳在绕过滚筒和天轮时，钢丝有应力集中和二次弯曲现象，所以寿命较短。（2）线接触钢丝绳股中各层钢丝以等捻距捻制，钢丝间呈线接触状态。这种钢丝绳工作时应力降低，耐疲劳性能好，结构紧密，无二次弯曲现象，寿命较长。（3）面接触钢丝绳它是将线接触钢丝绳股进行特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形而呈棉接触状态，然后再捻制成绳的。面接触钢丝绳具有结构紧密，表面光滑，不易变形，钢丝间接触面积大，刚性强和耐磨损等优点。3、按绳股断面形状分（1）圆形股绳绳股断面为圆形。这种绳易于制造，价格低，是矿井提升应用最多的一种钢丝绳。（2）异形股绳绳股断面形状有三角形和椭圆形两种。三角股钢丝绳：强度比同直径圆形股绳要高，承压面积大，外层钢丝磨损小；外层钢丝粗，排列方式好，抗挤压性能好，尤其是在多层缠绕时，过渡比较稳定；寿命比圆形股长。椭圆股钢丝绳：支撑面积大、抗磨损性能好，但绳的稳定性差，不适于承受较大的挤压力。这种绳股多用来与其它绳股捻制成多层不旋转钢丝绳。（二）钢丝绳结构选择1、对于单绳缠绕式提升，一般宜选用光面右同向捻、断面形状为圆形股或三角股、接触形式为点或线接触的钢丝绳；对于矿井淋水大，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、在磨损严重的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；斜井串车提升时，宜采用交互捻钢丝绳。3、对于多绳摩擦提升，一般应选用镀锌、同向捻(左右捻各半)的钢丝绳，断面形状最好是三角股。4、罐道绳最好用半密封钢丝绳或三角股绳，表面光滑，比较耐磨。三、提升钢丝绳的选择计算钢丝绳在工作过程中，产生许多复杂的应力，如静应力、动应力、弯曲应力，扭转应力、挤压应力及接触应力等，这些应力的反复作用，必将引起钢丝的疲劳、损坏；另外还受到磨损及腐蚀这也导致钢丝绳的损坏。如此复杂的各种影响因素，计算时不能一一考虑。因此，《煤矿安全规程》规定，计算钢丝绳时按最大静载荷计算并考虑一定的安全系数。且规定：单绳缠绕式提升装置的安全系数为专为升降人员的不得小于9；升降人员和物料用的—升降人员时不得小于9，提升物料时不得小于7.5；专为升降物料用的不得小于6.5。1、立井单绳提升钢丝绳的选择计算如图，A点承受静载荷最大，其最大静载荷Qmax为：Qmax=Q+Q2+pH0Qmax=m·g+mz·g+mp·g·H0式中Q=m·g一次提升货载的重量，N；m—货载质量，kg；Qz=mz·g容器的自身重量，N；mz—容器质量，kg；p=mp·g钢丝绳每米重量，N/m；mp—钢丝绳质量，kg/m；H0=Hj+Hs+Hz，mH0—钢丝绳最大悬垂长度，m；Hj—井架高度，m；此值在计算钢丝绳时尚不能精确确定，可采用下列数值：罐笼提升Hj=15～25m；箕斗提升Hj=30～35m；Hs—矿井深度，m；Hz—由井底车场水平到容器装载的距离（m），罐笼提升Hz=0；箕斗提升Hz=18～25m。SHmmmgBpz)(0以σB为所要选择的钢丝绳公称抗拉强度（N/㎡），S为所有钢丝断面积之和（㎡），如果钢丝绳不被拉断，就必须满足：设ma为《煤矿安全规程》规定钢丝绳的安全系数，则SHmmmgBpz)(0为解上式，找出mp与S的关系，设钢丝绳的平均密度为9400kg/m3，断面积和为S（㎡），长度为1m的质量mp为：mp=9400·Skg/m)(10110940026mmSp上式中的S可写成：)(10110940026mmSpaBpzgmSHmmm0)/(101106mkgHmmmmaBzp安全规程规定值0pHQQQmzpa将上式代入设g=10m/s2，则可得：根据计算出的值，在规格表中选取与计算相近的标准钢丝绳直径，再按选出的资料，验算其安全系数是否符合要求即：式中Qp—所选钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；Q+Q2+pH0—货载、容器、钢丝绳重量总和。若验算结果不满足要求，即不满足《煤矿安全规程》要求，应重新选钢丝绳，并重新验算，直到满足要求为止。2、斜井钢丝绳的选择计算斜井钢丝绳的选择计算与立井相同，其不同之处，只是因斜井井筒倾角小于90º，在钢丝绳A点的作用力，只是串车、货载、钢丝绳重力的一个分量，及串车、钢丝绳在轨道和地滚上运动的摩擦阻力。作用于A点沿井筒方向的分力有：串车及货载的重力分力为：n（m1+m21）g·sinα串车及货载的摩擦力为：f1n（m1+m21）g·cosα钢丝绳的重力分力为：mpgL0sinα钢丝绳的摩擦力为：f2gL0cosα与立井的钢丝绳计算相似，为保证钢丝绳不被拉断，并有一定安全系数，可写出下式：aBpmSfgLmfgmmn)cos(sin)cos(sin)(201211每米钢丝绳质量为：mkgfLmfmmnmaBp/)cos(sin1011)cos)(sin(2061211式中L0—钢丝绳由A点至串车车尾车在井下停车点之间的斜长，m；f1—矿车运行摩擦阻力系数；矿车为滚动轴承取f1=0.015；矿车为滑动轴承f1=0.02；f2—运行的钢丝绳摩擦系数，此数值与矿车中托辊支承情况有关。钢丝绳全部支承在托辊上取f2=0.15～0.20；局部支承在托辊上取f2=0.25～0.4；全部在底版或枕木上拖动时取f2=0.4～0.6；ma—安全系数，与立井要求相同；m1—每一个矿车货载质量，kg；m21—每一个矿车自身质量，kg；n—矿车数量；α—井筒平均倾角。根据上式计算的数值，从钢丝绳规格表中选择标准钢丝绳mp，并按下式验算安全系数：安全规程规定值)cos(sin)cos(sin)(20121fgLmfgmmnQmppa式中Qp—钢丝破断拉力总和，N。—钢丝绳公称抗拉强度，N/㎡；B§6—4矿井提升机矿井提升机是矿井提升设备中的动力部分，由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成。我国目前广泛使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机（分为小绞车（滚筒直径2m以下）和提升机）和多绳摩擦式提升机。一、单绳缠绕式提升机单绳缠绕式提升机的工作原理：把钢丝绳的一端固定到提升机的滚筒上，另一端饶过井架上的天轮悬挂提升容器。这样，利用滚筒转动方向不同，将钢丝绳缠上或松放，以完成提升或下放容器的工作。按滚筒数目不同，单绳缠绕式提升机有单滚筒和双滚筒提升机两种。双滚筒提升机在主轴上装有两个滚筒，其中一个与主轴用键固定连接，称为固定滚筒或死滚筒；另一个滚筒滑装在主轴上，通过调绳离合器与主轴连接，称为游动滚筒或活滚筒。将两个滚筒做成这种结构的目的，是为了在需要调绳及更换提升水平时，两个滚筒可以有相对运动。单滚筒提升机只有一个滚筒，一般用于单钩提升。型号意义：□JK—□/□滚筒名义直径，m；矿用；卷扬机（即提升机）；滚筒数目（2—表示双滚筒；1—表示单滚筒，一般省略）1、主轴装置（1）作用1）缠绕提升钢丝绳；2）承受各种正常载荷，并将载荷经轴