矿井提升机选型设计.docx
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矿井提升机选型设计
第一章 矿井概述
一、位置、交通及气象
石炭井A矿位于石炭井矿区北部，南邻B矿。
本矿距大武口大西洗煤厂为33Kｍ，距平罗车站44Kｍ，距包头为498Kｍ，距洒泉为999Kｍ。
二、地形及地貌
矿井地势北高南低，北部及东部且有高山环绕，井口内海拔标高在1480－1530之间。
三、气象
本区呈大陆性气候，常年干燥少雨，最高气温为7月，38℃，最低气温为12月至次年1月,-28℃雨季在6－9月，最大降雨量为76ｍｍ，风季为1月至次年3月，风力可达10级且多属西北风，冻士深为0.3-1.2米.
四、水文地质
井口水文条件简单，本区气候干燥少雨岩层主要靠大气层降雨补给，地面水的经济条件好，岩层一般比较致密，渗透性极弱，煤层顶、底板岩层渗透系数一般为0.0001cm/s.井口内位于上游已修筑防洪堤,降雨后洪水可排出井田之外.
五、地质构造
本井田以单斜构造为主，地层走向，Ⅲ线以南为N15W倾斜25°左右，Ⅲ线以北渐转为N52°E，倾角60°左右，井田次级褶皱较发青，主要分布在石炭井断层上、下盘，对煤层影响不大。
六、矿井瓦斯、煤尘及发火
本矿瓦斯相对涌出量为5.87m3/T日;CO2涌出量为11.54m3/日吨,属低沼气高CO2矿井。
煤尘爆炸指数29～39.2%;煤层发火期为6～12个月。
七、矿井可采煤层和储量
本井田内具体有可采或局部可采煤层七层，二层煤为主要可采层厚度10米，煤层倾角16度，在向斜西翼线达25-40度，可采储量为8520万吨。
八、矿井开拓方式、开采水平及采煤方法
本矿采用立井多水平上山式开拓，分两个水平开采，第一水平+1200，运输水平+1300，向风水平+1370；第二水平，运输水平为+1000。
采煤方法：
对溥及中厚煤层采用单一走向多壁，全部垮落采煤法；对厚煤层采倾斜分层，金属网假顶，全部垮落采煤法。
第二章设计依据
本矿井设计年产量为60万吨，矿井深度Hc＝270米，装载高度Hz=18米，卸载高度Hx=18米，散煤容重0.92t/n3，年工作日300天，每天工作小时t=14小时，矿井电压等级6KV。
本矿提升方式采用立井双箕斗提升，提升机选择2JK－3.5/20单绳缠绕式提升机，提升容器选择JL-6型立井单绳箕斗,钢丝绳选择ф40mm，6*19的钢丝绳。
电动机选择YR800-8/1180型6KV高压三相交流异步电动机。
第三章 矿井提升机选型设计
第一节 提升容器的选择：
容器容量在大小是确定钢丝绳、提升机和电动机的主要参数，而提升速度是影响提升机工作时间及电能消耗的重要参数。
另外，容器的容量与提升速度之间又存在着密切的联系。
一般认为经济的提升速度为：
Vj=（0.3-0.5）
，一般取Vj=0.4
其中：
H:
提升高度，双箕斗提升H=Hs+Hx+Hz=370+18+18=406m
式中：
Hs:
矿井深度，Hs=370m
Hz:
装载水平与井下运输水平的高差。
Hz=18m
Hx:
卸载水平与井口高差（卸载高度）箕斗提升Hx=18m
因而，经济提升速度为Vj=0.4
=0.4
=8.06m/s
1.估算经济提升时间：
Tj=
+
+u+θ
式中：
a:
为提升加速度，对于箕斗，a取0.8m/s2
u:
为容器爬行阶段附加时间，u取10s
θ：
每次提升终了后的提升时间，可暂取10s
因而：
Tj=
+
+u+θ=
+
+10+10
=10.07+50.37+10+10
=80.44s
2.求一次经济提升量：
一次经济提升量：
Qj=
式中：
An：
为矿井年产量，An=60万吨
af：
提升富裕系数，af取1.3
C:
提升不均匀系数，C=1.15
t:
日工作小时数，t取14小时
b:
年工作日（一般取300天）
∴Qj=
=4.77吨
3.确定提升容器：
根据上面所计算的一次提升量,选择JL-6型立井单绳箕斗
JL-6的技术参数如下：
名义载重量
有效容积
箕斗质量
最大提升高度
箕斗高度
箕斗中心距
6t
6.6m3
5000kg
700m
9450m
1870mm
箕斗的实际装载量Q=6.6γ=6.6*0.92=6.07t
γ:
为散煤容重：
γ取0.92t/M3
则完成任务所需要的最大提升循环时间T1x
T1x≤
.Q
=
*6.07
=96.9s
从而可以估算出完成生产任务所需提升速度的最小值
v≥
=
=5.835m/s
第二节提升钢丝绳的选择
钢丝绳的强度计算应按《煤矿安全规程》规定：
钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。
一、按最大静载荷计算
如图所示为钢丝绳计算示意图：
由图可知，钢丝绳最在静载荷Qmax是在A点。
其值为：
Qmax=（Q+Qz）g+pHc，N
式中：
Q:
一次提升量：
Q=6.07t=6070Kg
Qz:
容器质量：
Qz=5000Kg
Hc:
为纲丝绳最大悬垂长度：
Hc=Hj+Hs+Hz
Hj:
为估算井架高度，对箕斗估取30m
Hs:
为矿井深度，Hs=370m
Hz:
装载高度，Hz=18m
∴Hc=30+370+18=418m
立井缠绕式提升机一般用6*19的钢丝绳，钢丝绳的抗拉强度σB=170000N/m2箕斗的拉煤安全系数ma=6.5,则每米绳重为：
=44.3N/M
因而选直径Ф=40mm,6*19右捻度镀锌钢丝绳，钢丝绳钢丝拉断力之和为Qg=1025000N单位重力为：
57.1N/m,则实际安全系数为：
Ma=
=
=
=
=7.74>6.5
∴符合要求
二、钢丝绳的安全系数
《煤矿安全规程》规定单绳缠绕式提升设备采用的钢丝绳安全系数ma；专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5，所以所选钢丝绳符合要求，钢丝绳能够安全可靠的运行。
第四节提升机及提升电动机的选择.
1.提升机的选择
确定滚筒直径：
式中：
δ----为纲丝绳中钢丝直径δ=2.6mm
d-----为纲丝绳中直径
对无尾绳系统最大静张力
Fj=（Q+Qz）g+PH
=（6070+5000）*9.8+57.1*406
=131669N
最大静张力差
Fjc=Q+PH=6070*9.8+57.1*406=82669N
选2JK-3.5单绳缠绕式提升机，卷筒个数为2，卷筒直径D=3.5m,卷筒宽度B=1.7m,两卷筒中心距1840mm，最大静张力差Fjc=11.5t.
计算滚筒上缠绕宽度B´：
B´=（
+3）（d+ε）
式中ε:
钢丝绳圈间距离ε=3mm
∴B´=（
+3）（40+3）
=1835mm
B＜B´＜2B,主井提升设备不提人可缠绕两层。
提升机直径确定后，按Vm=
列表（表中
与提升机表中
相对应）
980
740
590
490
370
11.5
15.61
11.8
9.4
7.8
5.9
20
8.98
6.78
5.4
4.49
3.39
从表中送取6.78m/s定位提升速度Vm，Vm=6.78m/s＜提升机的最大允许速度12m/s,提升机型号选为：
ZJK-3.5/20
2.估算电动机功率
提升电动机应满足功率、电压及转速三个方面的要求。
提升电动机的功率与一次提升量和标准速度（钢丝绳最大速度）有关，一般双容器提升用下列公式计算：
P´=
式中
K--------为矿井阻力系数.箕斗提升K=1.15
--------动力系数：
单绳缠绕式，箕斗无尾绳取1.3
j--------减速器效率，取0.85
∴p´==
=
*1.3
=709Kw
选用YR800-8/1180型6KV高压三相交流绕线异步电动机
额定功率Pe=800Kw,转速ne=740r/min,效率ηD=92%,功率因数COSφ=0.82,最大力矩与额定力矩之比λ=2.3，飞轮转距GD2=5760N.M2
第五节提升机与井筒的相对位置
当井筒位置确定后，应确定提升机的安装地点。
当提升机安装地点一经确定后，就具体确定了提升机轴线与井筒中心线的距离，另外还要算出井架高度。
所以井架高度、提升机轴线与井筒中心线的距离、钢丝绳弦长和出绳角是影响提升机与井筒相对位置的五个因素。
1、选定天轮
天轮安装在井架上，作支撑、引导钢丝绳转向之用。
选用TSH
型天轮，天轮直径为3500mm，变为重力为11330N
2、井架高度
井架高度Hj为从井口到天轮轴线的垂直距离：
Hj=Hx+Hr+Hg+0.75Rt+1
=18+9.54+5+0.75*3.5/2+1
=34.76m
式中：
Hｊ――――卸载距离，即井口水平到卸载位置的容器底座高度，米。
Hx--------卸载高度，取18m
Hr-------容器全高，取9.45m
Hg--------过卷高度，取5m
Rｔ―――－天轮半径，米。
因而井架高度Hj取35m
3、提升机滚筒中心到井筒中心线的水平距离
Ls≥0.6Hj+D+3.5
=0.6*3.5+3.5+3.5
=28m
考虑到减轻咬绳现象，这里取Ls=30m。
4、计算弦长
根据以确定的Lｓ值，复算钢丝绳的实际弦长及实际内外偏角值。
=43.6m
式中：
C------滚筒中心线与井口水平的高差，取1.8m。
5、求内外偏角
二层缠绕时内偏角为
аn=arctg
=arctg
=arctg
=1020´
式中：
s-------两天轮中心距，取2.1m。
a-------两卷筒之间的距离
二层缠绕时只考虑аn<1030´，不考虑咬绳。
二层缠绕时外偏角为
аω=arctg
=arctg
=0.730<1030
ε-------由钢丝绳直径、卷筒直径、内偏角关系曲线查得ε=3.95mm。
故满足《规程》规定的钢丝绳内、外偏角不小于1030的要求。
6、下出绳角
卷筒出绳角有大小影响着提升机主轴的受力情况。
限制下出绳角的最小值为15度。
因此，只需检验下出绳角B，令其不小于15度就可以了。
=54.20〉150
满足要求：
附：
提升机与井筒相对位置图：
第六节运动学和力学
提升系统示意图：
1.提升系统变位质量
提升绳全长
Lp=Ho+Hx+3ЛD+30+n´ЛD
=423+18+3*3.14*3.5+30+3*3.14*3.5
=537M
式中
Ho------钢丝绳悬垂高度
Ho=Hs+Hz+H´j
=370+18+35
=423m
电动机变位重力
Gd=GD（i/D）2
=5.76*（20/3.5）2=188.08KN
电动机的变位质量
md=Gd/g=188.08*1000/9.8
=19192kg
总变位质量m
m=（Qg+2QZ+2PLp+Gj+2Gt）/g+md
=6070+2*5000+2*57.1*537/9.8+24600+11330/9.8+19192
=67276kg
式中:
Gj/g为提升机包括减速箱的变位质量，Gj/g=24600kg
Gt为天轮的变位质量11330kg
2.加速度
按减速器最大扭矩计算
式中
k-----阻力系数，取1.15
Mmax---减速器许可的最大扭矩，JK-3.5/20所用的ZHLR-170型减速器取30tm
按电动机过负荷能力计算
a12≤（0.75λFe-kQg-PH）/m
=（0.75*2.3*100295-1.15*6070*9.8-57.1*406）/67276
=1.21m/s2
式中
Fe-------电动机额定力
=100295N
Z--------电机台数，取1
λ-------过负荷系数，取2.3
K-------矿井阻力系数，取1.15
根据《煤矿安全规程》对立井箕斗提升的加速度a1≤1.2m/s2,取a1=1.0m/s2。
3.减速度
一般情况下按自由滑行速度减速
=0.67m/s2
取a3=0.7m/s2
4.速度图计算
ho=2.35m,V0=1.5m/s
1）初加速度
选取V0=1.5m/s
=0.479m/s2
t0=v0/ao=1.5/0.479=3.13s
2）主加速阶段
t1=（Vm-Vo）/a1=（6.78-1.5）/1
=5.28s
h1=（Vm+Vo）t1/2=（6.78+1.5）*5.28/2
=21.86m
3）爬行阶段
t4=h4/v4=3/0.5=6s
h4取3m,V4取0.5m/s.
4）减速阶段
t3=（Vm-V4）/a3=（6.78-0.5）/0.7
=9s
h3=（Vm+V4）t3/2=（6.78+0.5）*9/2
=32.76m
5）等速阶段
h2=H-h0-h1-h3-h4
=406-2.35-21.86-32.76-3
=346m
t2=h2/Vm=346/6.78=51s
6）抱闸及停车阶段
T5取1S，a5=V4/t4=0.5/1=0.5m/s2
7）一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+θ=3.13+5.28+51+9+6+8
=82.41s
θ--------停止时间，取8s。
5.实际提升能力及富裕系数
实际年提升量
=96.8417万吨
实际富裕系数af=
=1.61›1.2
6.力图计算
提升开始时拖动力
F0=kQg+PH+ma0
=1.15*6070*9.8+5.7*406+67276*0.479
=123.8kN
出轨时
F´0=F0-2ph0
=123817-2*57.1*2.35=123548.6N
=123.5kN
主加速开始
F1=F´0+m（a1-a0）
=123548+67276（1-0.479）=158599N
=158.6KN
主加速终了
F´1=F1-2ph1
=158599-2*57.1*21.86=156102.6N
=156.1KN
等速开始
F2=F´1+ma1=156102.6+67276*1
=88827N=88.8KN
等速终了
F´2=F2-2ph2
=88827-2*57.1*346=49314N
=49.3KN
减速开始
F3=F´2-ma3
=49314-67276*0.7=2221N
=2.22KN
减速终了
F´3=F3-2ph3
=2221-2*57.1*32.76=-1520N
=-1.5KN
爬行开始
F4=F´4+ma3
=-1520+67276*0.7
=45573N=45.57KN
爬行终了
F´4=F4-2ph4
=45573-2*57.1*3
=45230.4N=45.23KN
校核F´4
F´4=KQ-Ph=1.15*6070*9.8-57.1*406=45226N,符合要求。
附箕斗六阶段速度图、力图
第七节电动机功率校核
1、按等效容量验算：
（1）计算
=
=44.1*1010N2S
（2）等效时间
Td=（t0+t1+t3+t4）/2+t2+θ/3
=（3.13+5.28+9+6）/2+51+8/3
=65.37s
（3）等效功率
=655.7Kw
符合Pe=800kw>1.1Pd=1.1*655.7=721.3kw
（4）正常提升过负荷
Fmax/Fe=158599/100295
=1.58<0.75λ=0.75*2.3
=1.725
故所选电机符合要求。
第八节电耗及功率的计算
电耗和效率是提升设备的主要技术经济指标
因为电耗等于功率乖时间，所以提升电耗可计算如下：
一次提升电耗为：
式中：
1.02-考虑附属设备的耗电量的附加系数;
η-减速器的传动效率；
ηd-提升电动机的效率；
-提升循环中变化力对提升时间的积分，即提升循环中力图下包围的面积，此积分可计算如下：
=500199N.s
所以：
=13.3度
提升设备的吨煤耗
Wt=W/Q=13.3/6.07=2.19度/吨
一次提升有益电耗
Wy=QH/（3.6*102）=6.07*406/（3.6*102）=6.7度
提升设备的效率
η0=Wy/W=6.7/13.3=50.4%
设备实际年提升能力
=96.8417万吨
实际富裕系数af=
=1.61›1.2
第四章经济概算
一、主要设备
1、箕斗：
JL-6型11000元/台
查《煤炭工业常用设备及主要器材价格汇编》
2、钢丝绳：
选直径Ф40mm,6×19的右捻度镀钢丝绳.
查价格汇编:
3.39元/m
3、提升机：
2JK-3.5/20单绳缠绕式提升机，卷筒个数为2，卷筒直径D＝3.5ｍ，卷筒宽度B＝1.7米，两卷筒中心距1840ｍｍ。
查价格汇编：
9万元/台
4、电动机：
选择YR800-8/1180型6KV高压三相交流异步电动机。
查价格汇编：
23060元/台
5、天轮：
TSH
型天轮，天轮直径为3500mm，变为重力为11330N
查价格汇编：
2900元/台
二、设备购置费：
S1=设备出厂价х1.06
=（11000＋3.39х539х2＋90000＋23060＋5800）х1.06
＝131030.8元
三、年电费
＝Peх300*14*0.75*0.1
=380*300*14*0.75*0.1
=119700元。
四、维修费
=（S1+S1*36.4%）*2.2%
=（1-0.364）*2.2%*131030.8
=1833元
五、安装费
=S1*4.2%
=131030.8*4.2%=5503元
其中安装人工费=安装费*35%=5503*35%=1926元
六、主要机电设备及器材目录
序号
设备器材名称
产品目录中的型号及规格
单位
数量
1
矿
井
提
升
机
2JK－3.5/20单绳缠绕式提升机，卷筒直径D＝3.5米，卷筒宽度B＝1.7米，两卷筒中心距1840米，最大静张力差Fｊｃ＝11.5ｔ，提升速度Vｍ＝6.78m/s.
台
1
2
电
动
机
Yr800-8/1180型6KV高压三相交流异步电动机，额定功率Pe=800kw，转速ne=740r/min，效率92%，功率因数COSф=0.82,最大力距与额定力距之比λ=2.3,飞轮转距GD2=5760N.M2
台
1
3
钢
丝
绳
Ф=40mm.6*19右捻镀锌钢丝绳,钢丝绳抗拉强度σS=170000N/m2箕斗的拉煤安全系数ma=6.5,每米绳重用4.3N/M,钢丝绳的拉断力之和为Qg=1025000N,单位重力为57.1N/m.
米
4
箕
斗
JL-6型立井单绳箕斗,箕斗有效容积极.6m3,箕斗质量5000Kg,最大提升高度700米,箕斗高度9450米,实际装载量6.07t.
台
2
5
固定
天轮
TSH
型天轮，天轮直径为3500mm，变为重力为11330N
个
2
参考文献
1.《煤矿安全规程》（2004）煤炭工业出版社克
2.《矿井提升机械》1991年中国矿业大学出版社，徐永圻主编
3.《煤矿安全培训教材》中国矿业大学出版社，1986年佘克明主编
4.《材料力学》煤炭工业出版社
5.《提升机设备选型》煤炭工业出版社
6.《煤矿固定机械及运输设备》煤炭工业出版社
7.《煤炭工业设备手册》技术指标出版社煤炭部规划设计改编。
8.《矿山运输机械》中国矿业出版社，孙玉蓉，周法孔主编
9.《矿井运输与提升》煤炭工业出版社，鸡西矿业学院张复业主编
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