矿井井筒内提升设备概述.docx

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矿井井筒内提升设备概述

矿井井筒内提升设备

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

组成：

主要由提升容器、提升钢丝绳、悬挂油缸、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电气设备等组成。

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。

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。

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

2、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。

提升钢丝绳：

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。

3、钢丝绳的维护和保养

由于钢丝绳在工作过程中受拉、挤压、摩擦、扭转等载荷作用，不可避免地会产生各种损伤。

若在使用中不注意维护和保养，则会缩短钢丝绳的使用时间，严重者会发生断绳事故，因此对钢丝绳的日常维护和保养具有重要意义。

一、钢丝绳的日常检测

日常维护中，钢丝绳定期检查对预防断绳事故的发生，实现科学用绳，保证安全生产具有非常重要的实践意义。

以多绳摩擦式提升机为例：

钢丝绳工作时不停地通过滚筒和天轮（导向轮），承受不同类型载荷作用，不时地承受反复弯曲和挤压，这种情况下会广泛引起疲劳断丝，加之磨损和锈蚀等其它因素的影响，会加剧钢丝绳断丝的恶化。

因此，每天应对钢丝绳进行一次外观检查，每周应进行一次全面、深入、细致的具体检查，对少数断丝要妥善处置好，以防止断丝造成其它钢丝的折断。

钢丝绳检测主要包含以下检测项目：

（1）检查断丝的根数、部位和捻距断丝情况；

（2）检测钢丝绳直径变细情况，除目测外还需定期采用游标卡尺测量绳径和磨损情况；（3）检查钢丝绳的张力，尽量保证各绳张力平衡；（4）观察钢丝绳的出油情况、清洁和锈蚀情况；（5）检查绳头及其组合情况，全长有无其它异常情况，如绳的异常伸长变化等。

对断丝原因的分析：

（1）疲劳断丝。

出现在股弯曲程度最大一侧的外层钢丝，断口形状平齐。

（2）磨损断丝。

由钢丝绳天轮（导向轮）之间磨擦打滑造成。

这种断丝发生于磨损极其严重的外层钢丝，断口两侧呈斜茬状，断口扁平。

（3）锈蚀断丝。

发生在锈蚀严重的位置，断口不整齐，呈钎尖状。

（4）剪切断丝。

被硬性拉断或受较大外力打击、挤压造成，多数是由于安装不当造成，断口呈剪切状。

二、润滑对钢丝绳使用寿命的影响

当钢丝绳绕过滚筒和天轮（导向轮）时，钢丝绳受到多次反向弯曲，其弯曲应力的方向也随之变化，在此交变应力作用下，钢丝与钢丝之间相互摩擦产生磨损，必定会减小钢丝绳的寿命。

因此，使钢丝绳外部和内部有足够的油脂润滑，对减少相对磨损，提高钢丝绳使用寿命有很大的作用。

实践经验显示，对钢丝绳进行良好的系统润滑后，可使其寿命延长2~3倍。

且据《煤矿安全规程》第四百一十一条规定：

对使用中的钢丝绳，应根据井巷条件及锈蚀情况，至少每月涂油1次。

摩擦轮式提升装置的提升钢丝绳，只准涂、浸专用的钢丝绳油（增磨脂）；但对不绕过摩擦轮部分的钢丝绳，必须涂防腐油。

由此可见，采用油脂润滑的重要性。

鉴于润滑对延长钢丝绳使用寿命的影响，故要定期对钢丝绳进行涂油，特别是提升钢丝绳保养方面工作更为重要，应使之处于良好的润滑状态。

进口钢丝绳绳芯和表面都涂有NYROSTEN（尼罗斯滕）公司的N113增磨脂。

在使用中这种增磨脂对钢丝绳的润滑效果很好。

基本上钢丝绳前8个月到12个月都不需要对钢丝绳进行喷油维护。

后期可根据钢丝绳厂家的建议，采用NYROSTEN尼罗斯滕公司的N113FS后期维护油脂，对钢丝绳进行喷涂维护，这种油脂喷涂时不需要加热，喷涂后润滑脂能充分浸透到钢丝绳的内部。

能够明显降低钢丝绳的锈蚀程度，增加钢丝绳的使用寿命。

三、导向轮直径对提升钢丝绳使用寿命的影响

对于矿井提升系统钢丝绳而言，导向轮主要起到对提升钢丝绳的导向作用。

提升过程中，钢丝绳经过导向轮不断做反复的弯曲运动，这时钢丝绳上所受的弯曲应力称为一次弯曲应力。

导向轮的直径对使用时钢丝绳的一次弯曲应力有直接影响，并且提升速度越快，影响越明显。

根据《煤矿安全规程》第四百一十六条规定：

导向轮直径与提升钢丝绳的直径之比（D/d）不得小于90，过低就会影响钢丝绳的弯曲疲劳性能。

四、滚筒衬垫绳槽直径对提升钢丝绳使用寿命的影响

实践证明，提升钢丝绳出现断丝现象与滚筒绳槽直径不合适及滚筒衬垫损坏有密切联系。

我矿主副井均使用英国BRIDON公司生产的提升钢丝绳，英国BRIDON公司推荐滚筒绳槽直径比钢丝绳公称直径大10％～12.5％。

如果绳槽直径过小，钢丝绳卡在绳槽内，钢丝绳就会受到严重挤压，寿命将显著降低；过大则容易使钢丝绳在绳槽内产生滑动，使钢丝绳磨损加剧，严重时还会出现提升机滑绳事故。

另外，当钢丝绳出现严重冲击载荷时，也会降低钢丝绳使用寿命，例如在重负荷、全速运行情况下急停跳车，甚至会造成断绳事故的发生。

五、换绳工艺对提升钢丝绳使用寿命的影响

目前，我矿对提升绞车主提升钢丝绳的更换，主要采取旧绳带新绳的方式进行更换，就是利用钢丝绳卡，将所需更换的新钢丝绳卡在旧提升钢丝绳上，每隔10米卡一道钢丝绳卡，每隔50米卡一副通长板卡，开动绞车，将新绳下放，直至新绳完全放完。

开断旧绳，将新绳与提升容器相连，开动绞车，上提容器，再利用新绳带旧绳的方式，将旧绳拆除。

由于新旧钢丝绳公称直径不同，在新绳受力后会导致长度变化，在拆除钢丝绳卡过程中，新绳与旧绳之间会产生相互错动，从而使钢丝绳表面受到损伤，在正常提升过程中，由于反复受到弯曲应力的影响，损伤处就会出现断丝。

六、滚筒衬垫、导向轮衬垫材质对钢丝绳使用寿命的影响

选择类型合适的钢丝绳和滚筒、天轮衬垫材料，对延长钢丝绳的使用寿命有着很重要的作用。

通过多年的使用我们发现，滚筒衬垫要有稳定的0.25以上的摩擦系数，衬垫硬度在50邵氏D~60邵氏D之间。

衬垫硬度过低，则不能在运行过程中给钢丝绳以足够的支撑力；硬度过高，则在运行过程中会挤压钢丝绳，且不能提供足够的接触面积给钢丝绳，以致造成钢丝绳变形磨损。

而天轮（导向轮）衬垫要保证硬度和主滚筒一致，摩擦系数要比较低（0.1），因天轮（导向轮）的作用只是提供钢丝绳足够的支撑，而较低的摩擦系数能够使钢丝绳扭力得到很好地释放，从而提高钢丝绳的使用寿命。

综上所述，对钢丝绳进行定期检测及良好维护保养，对提高钢丝绳的使用寿命有着非常重要的指导意义。

这也要求煤炭系统从事安全生产的各级管理人员、技术人员、作业人员，严格落实各项规章制度，安全生产，科学用绳，为煤矿的安全生产提供可靠保障。

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。

以顾桥矿副井单罐提升为例：

1.满足提升机最大静张力Fjm要求时的Q值验算

（1）载荷Q时静张力Fjm（以宽罐在下井口为工况点，且-780水平到尾绳环的距离大约为22m）

Fjm=Q+Qz+n1pHs+n2qHh

=Q+280+4×0.098×（58+808.85）＋2×0.1912×22

=Q+628.2

式中Q——重物（包括平板车）总重，N

Qz——罐笼自重280，N

n1——主绳根数

n2——尾绳根数

p——一根主绳每米重量，0.098N/m

q——一根尾绳每米重量0.1912KN/m

Hc——下井口到天轮中心线高度866.85m

Hh——尾绳高度22m

［Fjm］——提升机设计许用最大静张力，980kN

（2）验算Fjm≤［Fjm］时的Q值

Q+628.2≤［Fjm］=980kN

Q≤351.8kN=35t

2、满足提升机最大静张力差要求时的Q值验算（平衡锤重量为38吨，罐笼在下口）

（1）载荷Q时最大静张力差Fjc

Fjc=Fjm－Fjh

=Q+628.2－［380＋4×0.098×58＋2×0.1912×（22＋808.85）］=Q-92.25KN

（2）验算Fjc＜［Fjc］时的Q值

式中［Fjc］——提升机设计许用最大静张力差，340kN

Q-92.25KN＜340KN

Q＜432KN=43t

式中Fjh——配重侧总重

3、通过提升绳安全系数验算选择Q值

（1）钢丝绳安全系数最低值

Nmin=8.2－0.0005Hc

=8.2－0.0005×（808.85+58）

=7.767

（2）合格钢丝绳拉断力总和

F=∑Fi

＝（1919.52+1924.56+1916.56+191912.4）

=7673.04

（3）送检钢丝绳的安全系数（n1）

n1=F/Fjm

=7673.04/（Q+628.2）

（4）根据Nmin≥n1计算的Q值

7.767≥7673.04/（Q+628.2）

Q≤360KN=36t

（实测钢丝绳破断拉力见钢丝绳检验报告）

4、根据钢丝绳悬挂装置终端载荷验算Q

根据升降物料（按照重物（包括平板车）总重为准）时钢丝绳所承受的静拉力必须小于罐笼四根钢丝绳的最大终端载荷进行计算：

（1）罐笼设计四根钢丝绳最大终端载荷要求

Fjm≤Qzd

式中Qzd——首绳悬挂装置最大终端载荷，870KN

（2）根据终端载荷要求计算的Q值

Q+628.2≤870

Q≤241KN=24.1t

一、对下放24.1吨重重物时设备能力验算

1.提升机强度验算

单罐电机额定功率P=1700KW,下放重物最大线速度V=2m/s,滚筒半径R=2.25m单罐提升机设计最大静张力［Fjm］=980KN最大静张力差［Fjc］=340KN则电机下放重物最大转速n=（2×60）/（2.25×2×3.14）=8.49转/分

此时电机输出扭矩：

T=9550P/n=9550×1700÷8.49=1912.25KN.m

则电机等效力为：

F=T/R=1912.25÷2.25=849.9KN＞［Fjc］

所以应根据提升机设计许用最大静张力差［Fjc］验算

1、下放重物最大静张力的验算（以宽罐在上井口为工况点，且-780水平到尾绳环的距离大约为22m）

Fjm=Q+Qz+n1pHc+n2qHh

=241+280+4×0.098×（58+808.85）＋2×0.1912×22

=869.2KN＜［Fjm］=980KN符合要求

式中Q——重物（包括平板车）总重24.1T

Qz——罐笼自重28T

n1——主绳根数

p——主绳每米重量0.098KN/m

Hc——井口到天轮中心线高度58m

N2——尾绳根数

q——尾绳每米重量0.1912KN/m

Hh——提升高度808.85m

2、下放重物最大静张力差的验算为

Fjc=Fjm－Fjh=869.2－［380＋4×0.098×58＋2×0.1912×（22＋808.85）］=148.7KN＜［Fjc］=340KN　符合要求

式中Fjh——配重侧总重

3、提升绳安全系数验算

根据《规程》规定，提升绳最小安全系数为：

N≥8.2－0.0005Hc=8.2－0.0005×（808.5+58）=7.767

则：

实际安全系数n1＝7751/869.2=8.9＞7.767符合要求

其中查钢丝绳实验报告得钢丝绳最大破断力为∑Fi=7751KN

4、衬垫比压验算

（Fjm+Fjh）/Ddn=（869.2+720.5）×1000/（450×4.8×4）

=184N/cm2＜300N/cm2符合要求

式中300N/cm2——K25SB摩擦衬垫最大比压

5、防滑验算

（1）静防滑验算

σj=T2j（eμα－1）/（T1j－T2j）　

式中T1j，T2j是重载侧和轻载侧钢丝绳静张力，N

其中T1j=FjmT2j=Fjh

μ——计算摩擦因数，取μ=0.25

α——围包角按顾桥矿设计说明书α=182°1′52″　

eμα=2.213

则σj=T2j（eμα－1）/（T1j－T2j）

=5.78＞1.75　符合要求

（2）加速段的动防滑验算

σd=（T2j＋m2a1）（eμα－1）/〔（T1j－T2j）－（m1＋m2）a1〕

=14.14＞1.25符合要求

（3）减速段的动防滑验算

σd=（T2j－m2a2）（eμα－1）/〔（T1j－T2j）＋（m1＋m2）a2〕

=3.49＞1.25符合要求

式中a1——根据安全检验报告得主加速度a1＝0.54m/s2

a2——根据安全检验报告得主减速度a2＝0.54m/s2

m1——T1j／g

　　m2——T2j／g

6、制动性能验算

根据摩擦提升机安全检验报告得总制动力矩Mz=1493KN.m

最大静载荷重旋转力矩Mj=148.7×2.25

=334.6KN.m

则：

安全倍数K=Mz/Mj=1493/493.4

=4.46＞3符合要求

首绳悬挂装置：

一、用途：

首绳悬挂装置是针对国内外普通使用的液压螺旋式和液压垫块式调绳器存在的不能自动调整钢丝绳张力平衡而研制的一种实用新型产品。

该装置采用闭环无源液压连通自动调整平衡系统，能高精度地实现钢丝绳在动静状态下的张力自动平衡，完善了多绳提升机的一项关键技术，使多绳提升机无论从安全上、生产效率上都跃上了一个新水平。

该装置现已系列化，可供老矿井改造，新矿井设计选用。

二、功能：

1、能使提升钢丝绳在动、静状态下实现张力自动平衡，不需停车调整；

2、能减少因滚筒绳槽直径误差而引起的钢丝绳张力差；

3、能减少或消除钢丝绳本身刚度误差引起的钢丝绳应力变化；

4、能有效提高钢丝绳使用寿命，减少因张力不平衡而造成的断绳事故；

5、能大大减轻提升机衬垫摩损，延长衬垫使用寿命；

6、能大大减少或取消车削衬垫，测试张力，调整平衡减少维护工作量；

7、能减少调整对罐截绳次数。