矿井提升设备的选型设计.docx
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矿井提升设备的选型设计
矿井提升设备的选型设计
前言
一、概述
郑州煤炭工业（集团）xx煤炭有限责任公司煤矿是一座资源整合矿井，位于新密市超化镇内，双鼰河南岸，西距超化镇4km，矿区内有公路直通新郑、郑州等地，省地方窄轨铁路横穿井田，西部为宋大铁路，交通极为便利。
xx煤矿井田范围由原新密市超化镇申沟xx煤矿井田、郑州煤炭工业（集团）裴沟煤矿井田南部边角区组成，设计生产能力30万吨/年，开采二1煤层。
矿井瓦斯等级为低沼。
二、设计特点:
1、技术改造利用井田保有二1煤资源储量1089万吨，保有二1煤工业资源储量865.6万吨，设计利用储量582.85万吨，可采储量437.14万吨。
矿井生产能力为30万吨/年，服务年限10.4年。
2、井田开拓为立井开拓方式，采区上山双翼工作面布置。
开采水平（井底车场）为-210m。
投产时井巷总长度8101.5m。
技改设计新增巷道总长度7869.5m。
矿井生产为“一面两头”，回采工作面走向长臂布置，工作面单体液压支柱配∏型钢梁支护，炮采放顶煤回采工艺。
3、主井为新建井，净直径4.6m，井深368m，装备一对JDG-4/60×4型标准箕斗，提升绞车为JKMD-2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机。
4、副井为新建井，净直径5.0m，井深368m，装备一对1.0t双层单车罐笼，提升绞车为JKMD-2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机；井筒安装梯子间，作为矿井一个安全出口。
5、风井净直径3.2m，井深232m。
井筒安装梯子间，作为矿井一个安全出口。
6、矿井通风方式为边界对角抽出式，矿井主要通风机为FBCDZ-6-№18型轴流式通风机2台，其中一台工作，一台备用。
电机选用防爆电机，功率为2×132kw，额定电压380v，该风机风量范围32-83m³/s，静压范围1350-3300Pa。
7、矿井主排水选用D280-65×7型离心式水泵5台，正常涌水时两台工作，两台备用，一台检修，最大涌水时四台工作，泵房内预留一台水泵安装位置。
8、供电：
矿井有双回路电源供电，一回路取自距该矿4.5km的超化变电站，供电电压35kv；另一回取自据该矿4.5km的鸿山变电站，供电电压10kv。
第一章井筒布置及装备
主井为立井，断面为圆形，井筒净直径4.6m，净断面积16.6m²。
掘进断面22.9m²，采用混凝土浇灌支护，支护壁厚400mm。
井口标高+158m，井底标高-210m，井筒深度338m，落底于二1煤层地板岩层中。
井筒内布置一对标准箕斗、钢丝绳罐道、稳绳及通讯电缆等。
井筒特征表
项目
主井
井口坐标（X、Y）
3814139.1
38449015.7
井口标高（m）
+158
落底标高（m）
-210
倾角
（立）
垂高（m）
368
支护
材料
砼
厚度
1000/400mm
断面（m²）
净
16.6（D4.6m）
掘
34.2/22.9
井口装备
JKMD-2.25×4多绳摩擦式提升绞车
井筒装备
钢丝绳罐道
提升容器
一对4t箕斗
井筒方位角
142º
提升方位角
52º
主要任务
提煤、辅助进风
第二章提升设备
一、设计依据
1、井型：
An=30万t/a
2、工作制度：
年工作日330d，每天净提升时间16h
3、井筒深度：
Hs=368m
4、装载高度：
Hz=25.4吗m
5、卸载高度：
Hx=12m
二、提升容器的确定
根据矿井年产量，主井提升容器选用JDG-4/60×4型标准四绳箕斗，用于全矿井的煤炭提升任务。
箕斗自重Qz=7416㎏（含首尾绳悬挂装置），载重量Q=4000㎏。
三、钢丝绳的选择
1、绳端荷重
Qd=Qz+Q
=7416+4000
=11416㎏
2、钢丝绳悬垂长度
Hc=Hs-Hz+Hh+Hx+Hg+Hr+0.75Rt+Hzx
=368-25.4+11+12+6.5+10.9+0.75×1.125+5
=388.8m
式中：
Hg—过卷高度6.5m
Hh—尾绳环高度Hh=Hg+0.5+2S
=6.5+0.5+2×2=11m
Hr—容器高度Hr=10.9m
Rt—天轮半径
Hzx—上下天轮垂直距离Hzx=5m
S—提升容器中心距
3、首绳单位长度重量计算
Pk’=
=1.28㎏/m
式中：
δB—钢丝绳计算抗拉强度，取1670MPa
m—钢丝绳安全系数，取7
根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V×30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。
其技术参数如下：
钢丝绳直径dK=22mm，钢丝绳破断拉力总和Qq=307200N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96㎏/m。
4、尾绳单位长度重量计算
qk'=
=
×1.96
=3.92㎏/m
式中：
n-首绳钢丝绳根数n=4
n’-尾绳钢丝绳根数n’=2
根据以上计算，尾绳选用32NAT18×7+FC-1470型钢丝绳两根，其主要技术参数为：
钢丝绳直径d’K=32mm，钢丝绳破断拉力总和Qq=632520N，钢丝绳单位长度质量为qk=3.99㎏/m。
四、提升机选择
1、主导轮直径
D≥90d
=90×22
=1980（㎜）
2、最大静拉力和最大静拉力差
最大静拉力：
Fj=Q+Qc+nPkHc
=7416+4000+4×1.96×388.8
=14464kg
最大静张力差：
Fc=Q=4000kg
据此主井提升装置选用JKMD-2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：
摩擦轮直径D=2250㎜，天轮直径DT=2250㎜,最大静张力215KN，最大静张力差65KN,钢丝绳根数4根，摩擦轮钢丝绳间距300㎜，提升速度V=5.5m/s，减速比i=10.5，提升机旋转部分变位质量M=6500kg，天轮变位质量MT=2300kg，衬垫摩擦系数μ=0.23。
五、提升系统的确定
1、井架高度：
Hj=Hx+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.75×1.125+5
=32.5m
取Hj=36m
2、提升机与井筒提升中心线水平距离：
Ls≥0.6Hj+3.5+D
=0.6×36＋3.5+2.25
=27.35m
取Ls=28m
3、钢丝绳弦长计算
下弦长LX1:
=
=
=39.8m
上弦长LX:
=
=
=44.9m
4、卷筒的出绳角：
β下=arctan
arcsin
=arctan
arcsin
=52°37′6″
β上=arcsin
=51°37′28″
5、围包角a的确定
经计算包角a=180°59′30″
六、提升容器最小自重校核
1、按静防滑条件容器自重为
Qz’≥[
]Q-nPKHC
=[
]×5000-4×1.96×388.8
=5754.362㎏
经查表，当围包角a=180°59′30″时eμа-1=1.194
式中：
w1—箕斗提升时矿井阻力系数w1=0.075
δj—静防滑安全系数δj=1.75
2、按动防滑条件
Qz’≥[
]Q+[
]Gd-nPKHC
=A1Q+C1Gd-nPKHC
=2.2115×5000+0.1533×2300-4×1.96×388.8
=8361.898㎏
经查表，当围包角a=180°59′30″，加速度a1=0.5时，A1=2.2115，c1=0.1533
式中：
Gd—天轮的变位质量。
经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重。
3、紧急制动时的防滑计算
紧急制动时的临界值
[Kj0]=1+
=1+
=1.38
静防滑系数的临界值
Kj0=
=
=1.68
动防滑系数的临界值
Kj0d=
=
=1.59
式中：
Kj0—对应于静防滑系数的临界值
Kj0d—对应于动防滑系数的临界值
a—加速度
g—重力加速度
eμа—经查表，当围包角a=180°59′30″，衬垫摩擦系数μ=0.23时，eμа=2.194
上提重载紧急制动时的临界值
[Kj0]s=
=
=1.438
式中：
z—制动力矩倍数取3
γ—γ=
=
=0.622
ΣMl—提升系统中转动部分总变位重量
F2—提升机轻载侧的静张力
下放重载紧急制动时的临界值
[Kj0]x=
=
=1.42
因为计算的[Kj0]s、[Kj0]x值都大于[Kj0]则不需增加配重
4、提升系统的制动减速度及防滑系数校核
下放重载实际安全制动减速度1.56m/s²＜滑动极限减速度1.98m/s²
上提重载实际安全制动减速度2.2m/s²＜滑动极限减速度4.7m/s²
空载运行实际安全制动减速度2.5m/s²＜滑动极限减速度2.8m/s²
静防滑安全系数为1.99＞1.25
七、钢丝绳安全系数与提升机的校验
1、首绳安全系数校验
m=
=
=8.7>7.2-0.0005H
=7
满足要求
2、最大静张力和最大静张力差
最大静张力
Fj=14464㎏
=142KN＜215KN
最大静张力差
Fc=4000㎏
=39KN＜65KN
满足要求
八、预选电动机：
1电动机估算功率：
P’=
×Φ
=
×1.2
=323.4Kw
2电动机估算转数：
n=
=
=490.5r/min
3确定提升机的实际最大提升速度
Vm=
=
=5.6m/s
九、提升运动学及提升能力计算
经计算得初加速度a0=0.48m/s²，V0=1.5m/s，卸载曲轨行程h0=2.35m，主加速度a1=0.60m/s²，提升减速度a3=0.80m/s²（提升速度图附后）
1、初加速度阶段
卸载曲轨初加速度时间：
t0=V0/a0=1.5/0.48=3.13s
箕斗在卸载中曲轨内的行程：
h0=2.35m
2、正常加速度阶段
加速时间：
t1=
=
=6.8s
加速阶段行程：
h1=
×t1
=
×6.8
=24.14m
3、正常减速阶段
减速阶段时间：
t3=
=
=6.375s
减速阶段行程：
h3=
×t3
=
×6.375
=19.44m
4、爬行阶段
爬行时间：
t4=
=
=6s
爬行距离：
h4=3m
5、抱闸停车时间t5=1s
6、等速阶段
等速阶段行程：
h2=Ht-h0-h1-h3-h4
=358-2.35-24.14-19.44-3
=309.07m
式中：
Ht提升高度Ht=Hs-Hz+Hx+Hr
=358-25.4+12+10.9
=355.5m
等速阶段时间：
t2=
=
=55.2s
7、一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ
=3.13+6.8+55.2+6.38+6+1+12
=90.5s
式中：
θ—休止时间取12s
8、提升设备年实际提升量
An’=
=70万t/a
提升能力富裕系数为
aF=
=
=2.333
提升能力满足要求
十、提升系统动力学计算
1、提升系统变位质量
Σm=（m+2mz+4Pklp+2mt+mj+md）/g
=（5000＋2×7416＋4×1.96×500＋2×3.98×390＋6500＋4399＋2300×2）/9.8
=42355.4/9.8
=4322
2、运动学计算（按平衡系统计算）
（1）提升开始阶段
开始时：
F0=Kmg+ΔHt+Σma0
=1.15×5000＋4322×0.48
=7824.56kg
终了时：
F0’=F0-2ΔH0=7824.56-0
=7824.56kg
式中：
Δ—提升钢丝绳与平衡尾绳的总重量只差，平衡系统
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