10章--斜井提升设备的选型计算

第十章斜井提升的选型计算河北工程大学机电学院第一节概述对于煤层赋存较浅，表土层不厚以及水文地质情况简单的缓倾斜及倾斜煤层一般采用斜井开拓。有时，在平峒或竖井开拓的矿井中，深部水平延伸也采用暗斜井开拓方式。斜井提升方式有斜井串车，斜井箕斗及斜井胶带输送机提升等。斜井串车提升的特点：具有投资小和出煤快的优点。尤其在采用单钩提升时，井筒断面小，铺设轨道少，能节约投资。但因受提升速度限制(速度太大，容易掉道)，生产能力较低，还有钢丝绳磨损较快，井筒维护费用高等缺点。新井串车一般适用于中小型矿井，井筒倾角不大于25°(因超过25°，煤炭容易从矿车中撒出)。按钩头的数目，斜井串车有单钩与双钩之分。单钩提升量小，电耗大，可用于多水平提升；双钩提升量大，电耗小，但不能用于多水平提升。当单钩能满足产量要求时，不采用双钧，一般小型矿井用单钩，中型矿井(年产量大于21万t)用双钩。斜井箕斗提升的特点：具有提升速度大，生产能力较大，容器自重小以及装卸载自动化等优点。但需安设装卸载设备和煤仓，故投资多，设备安装时间长，此外，为了提升矸石、下放材料、升降设备和人员，需另设一套副井提升设备。一般年产量为45万t以上的中型矿井，倾角为25°~35°时可采用箕斗提升。斜井箕斗提升多采用双钩系统。斜井胶带输送机提升的特点：具有连续运输，安全可靠及运输量大等优点。但初期投资多，设备安装时间较长，并需安设装卸载设备和煤仓。井筒倾角一般不大于17°的大型矿井、宜采用胶带输送机。《煤炭工业设计规范》规定年产量为180万t及以上的矿井不宜选用胶带输送机。但有的设计单位建议，只要技术经济条件合理，经过方案比较，可在年产量60万吨时选用胶带输送机。上述各种斜井提升设备中，由于串车提升设备简单、安装容易，所以使用比较广泛。第二节串车提升系统一、平车场与甩车场•斜井串车提升用的车场分平车场和甩车场两种。•如图9-1所示，在双钩平车场上串车开始提升时，空串车由井口车场推车器用1m/s的低速向下推进，重串车也以相同的低速由井底车场重车线上提。当空串车与重串车全部进入井筒后，开始主加速阶段。在主加速阶段和等速阶段内串车走完井筒全程。重车出井口后，提升机制动，矿车借惯性继续前进。此时，自动或手动把钢丝绳的钩头由重串车摘下井挂在空串车上，打开空车线上的阻车器，准备推车下放。空串车到井底车场进入空车线,摘挂钩后,也为下一循环做好准备.有时，提升速度较大，重串车不宜以此过高的速度在车场和地面运行，则需在井筒内减速。如图9-2所示为单钩甩车场速度图。重串车沿井下重车道上提时，为了防止在弯道上掉道，应以1.5m/s的低速上提。待重串车进入井筒后，开始主加速阶段。重串车出井口前后开始减速，提过道岔A后停车。搬过道岔，提升机松闸，重串车反向下滑进入井上重车甩车道。摘挂钩后，提升机把空串车提过道岔A。搬过道岔，下放空串车到井底车场入空车道。摘挂钩后，再开始下—循环(双钩甩车场在地面上若仍向同侧甩车，需要用压绳道岔)。由上述情况看出，平车场内没有往返操作时间，如果运用得当，生产能力较大。但是平车场上需要阻车器和推车器等辅助设备，需要的工作人员也较多，过去工人要在重车前进时在车前摘钩，很不安全(现在大多改用自动摘钩装置)。在平车场上为了改善工人劳动条件、维护车场设备，应建井口棚。而在甩车场则不需要。二、一次提升量的确定(一)提升长度L采用甩车场时，(9-1)采用平车场时．(9-2)式中LD——井底甩车道长，即从井底至井底尾车停车点的距离。应根据设计出的甩车场长度及一次拉的矿车数而定，一般可取25~35m；LB——从井口至栈桥尾车停车点的距离，它近似地等于从井口至道岔A的距离。根据一次拉车数或由车场设计确定，一般可取25~35m；Ls'——井筒斜长，m。井口甩车道长LK是指从道岔A至重串车尾车停车点的距离，一般取为30m。',DsBLLLLm',sBLLLm(二)速度图参数的确定1．最大提升速度vm•《煤矿安全规程》规定斜井串车最大提升速度vm为：1)升降人员或用矿车升降物料时，vm≤5m/s；2)箕斗升降物料时，vm≤7m/s，当铺设固定道床，采用重型钢轨时，vm≤9m/s。根据此项规定，结合设计条件应首先预选提升机，确定提升机的速度为vm。2．初始加速度a0≤0.3m/s2。3．车场内速度v0•甩车场v0≤1.5m/s；平车场v0≤1m/s。4．加速度a1和减速度a3•《煤矿安全规程》规定：升降人员时，a1和a3都不得超过0.5m/s2，对物料提升的a1和a3没有限制。一般可用0.5m/s2，也可稍大一些。但要考虑自然加速度与自然减速度的问题。5．摘挂钩时间θ1•甩车场θ1＝20s；平车场θ1＝25s。6．电动机换向时间•θ2＝5s。(二)速度图参数的确定(三)一次提升循环时间Tx1．速度图各阶段运行时间及路程计算以单钩甩车场为例进行计算。串车在井底车场运行阶段：初加速时间t1为(9-3)初加速行程L1为(9-4)等速阶段行程L2为(9-5)等速阶段运行时间t2为(9-6)总运行时间tD为：010,vtsa2010,2vLma21,DLLLm220,Ltsv12,Dttts串车在提出车场后的主加速阶段：运行时间t3为(9-7)行程L3为(9-8)031,mvvtsa033,2mvvLtm主减速运行阶段：运行时间t5为(9-9)运行行程L5为(9-10)53,mvtsa253,2mvLma等速运行阶段：运行行程L4为(9-11)运行时间t4为(9-12)435,DLLLLLm354,DmmLLLLLtsvv井口甩车运行阶段：加速时间t6与减速时间t8为(9-13)加速行程L6与减速行程L8为(9-14)等速行程L7为(9-15)等速运行时间t7为(9-16)井口甩车运行时间tk为(9-17)0680,vttsa20680,2vLLma768,kLLLLm770,Ltsv678,ktttts2．一次提升循环时间Tx的确定甩车场单钩串车提升一次循环时间Tx为(9-18)同样方法可求出甩车场双钩串车提升一次循环时间Tx为(9-19)平车场双钩串车提升一次循环时间Tx为(9-20)3535212,DxDkmLLLLTttttsv331222,DxDkmLLLTtttsv33122,DxDmLLLTttsv(四)一次提升量和矿车数的确定1．根据矿井年产量要求计算1)小时提升量Ax：(9-21)式中C——提升不均衡系数。有井底煤仓时，C＝l.10~1.15；无井底煤仓时，C＝l.20；当矿井有两套提升设备时，C＝1.15；只有一套提升设备时，C＝1.25；af——提升能力富裕系数，对于第一水平af＝1.20；A——矿井年产量t/a；br——年工作日数；t——日工作小时数。,fxrCaAAthtb2)一次提升量Q(9-22)3)一次提升矿车数z1(9-23)(9-24)式中φ——装载系数。倾角为20°以下时，φ＝1；倾角为21°~25°时，φ＝0.95~0.9；倾角为25°~30°时，φ＝0.85~0.8；γ——煤的散集密度，t/m3；Vc——矿车容积，m3；G——矿车中货载质量，t。•计算出的z1值如果不是整数，应圆整为较大整数。,36003600fxxxrCaATATQtbt次1QzG,cGVt2．根据连接器强度计算矿车数矿车沿倾角为β的轨道提升时，z2辆矿车的总阻力由串车最前面的连接器来承担，因连接器强度有限，所拉的矿车数就要受到限制。连接器的强度（最大牵引力）一般为58800N。z2辆矿车提升时总阻力与连接器强度的关系为(9-25)则(9-26)式中G——矿车中货载质量，kg；G0——矿车质量，kg；g——重力加速度，m/s2；ω——矿车运行阻力系数，一般可采用ω＝0.01~0.015。20sincos58800,zGGgN2058800,sincoszNgGG若计算出的z2值不是整数，应圆整为较小整数。若z1＜z2，则可按z1确定矿车数z；若z1＞z2，即连接器强度不够，此时应提高提升速度，以保证产量要求。如果提升速度无法再提高，则说明这种提升方式已无法满足矿井生产要求，故应改变提升方式。三、钢丝绳的选择计算由图9-3可见，钢丝绳的最大静张力发生在钢绳天轮的切点C。钢丝绳长度Lc为：(9-27)'',cgtDschBTgtLLLRLLLLLLRmLT——从道岔A中心至首车停车点的斜长，它与提升串车数有关，一般按1.5串车长计算；Lg——过卷斜长，与竖井单绳缠绕式相同；Rt——天轮半径，m；Lch——串车长，m；(9-28)''0.5,DschBTchTchLLLLLLLLLLLm钢丝绳最大静张力Qmax(9-29)式中p——钢丝绳每米质量，kg/m；ω'——钢丝绳运行阻力系数，与钢绳支承情况有关。钢丝绳全部支承在地滚上，取ω'=0.15~0.20；钢丝绳局部支承在地滚上，取ω'=0.25~0.40；钢丝绳全部在底板或枕木上拖动时，取ω'=0.4~0.6；g——重力加速度，m/s2；max0sincossin'cos,cQzGGpLgN按竖井计算钢丝绳的方法，可求得钢丝绳的每米质量p为(9-30)式中σB——钢丝绳公称抗拉强度，Pa；ma——钢丝绳安全系数，同竖井；γ0——钢丝绳密度，kg/m3。•根据（9-30）式的计算值，从钢丝绳规格表中选标准钢丝绳，并按下式验算安全系数：(9-31)式中Qq——钢丝破断拉力总和，N。斜井提升一般选用6股7丝交互捻钢丝绳，因为这种钢丝绳的钢丝较粗，耐磨。当有面接触钢丝绳供应时，应优先选用。00sincos,sin'cosBcagzGGpkgmgLm0sincossin'cosqacQmzGGpLg四、提升机选择计算卷筒直径及卷筒宽度计算参看第七章第四节。当选用绳6（7）型钢丝绳时，若仍按钢丝直径的1200倍计算卷筒直径，则卷筒直径很大，这是很不经济的。为此，有时需请上级主管机关批准，仅按钢丝绳直径的80倍（井下可按60倍）的要求选用卷筒直径。提升机强度验算如下：从提升机规格表中查出最大静张力Fj，它应不小于提升机实际最大静张力，即(9-32)从提升机规格表中查出最大静张力差Fc，它就不小于提升机实际最大静张力差，即(9-33)式（9-33）等号右边第三项表示下放侧空串车作用于钢丝绳上的张力。0sincos'sin'cos,jFzGGpLgN00sincos'sin'cossincos,cFzGGpLzGgN五、提升机与井筒的相对位置(一)天轮天轮分为固定天轮与游动天轮。固定天轮工作可靠，维护量小，但由于钢丝绳偏角必须保证不超过1°30'，故使提升机至天轮距离较远。游动天轮的优点是，在允许的钢丝绳偏角下，可缩短提升机至天轮的距离，从而减少地面广场占用面积，若用于井下，可减少巷道开拓量。此外，由于提升机至天轮距离缩短，钢丝绳的垂度小，故克服了由于钢绳垂度过大而使车场侧摘挂钩困难。但游动天轮的维护量大，工作可靠性差。一般在井下或小型斜井可选用游动天轮。天轮直径D与钢丝绳直径d有关。1．固定天轮直径井上，(9-34)井下，(9-35)由于斜井提升钢丝绳在天轮上的围包角较小，故在设计中井上天轮直径也可以按60d选用。2．游动天轮直径为了使游动天轮容易游动，当钢丝绳在天轮上围包角小于60°时，《煤炭工业设计规范》建议按下式选择天轮直径(9-36)80,tDdmm60,tDdmm40,tDdmm(二)井架高度Hj斜井井架高度根据总平面布置的要求来确定。1．斜井甩车场(图9-4)井架高