提升系统选型计算.docx
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提升系统选型计算
提升系统选型及验算方法
一、提升井架
井筒利用矿建用凿井井架施工，凿井井架必须能承载井筒装备安装施工荷载，且其天轮平台满足提升悬吊天轮布置的要求。
必要时可采用永久井架施工。
二、提升机
井筒装备安装用的提升机，应根据井筒安装的提升方式及提升量进行选择。
必要时可采用矿永久提升机施工。
列出提升机技术参数表（表3.4.3）。
绞车主要技术参数表表3.4.3
型号
最大
静张力（kg）
最大静
张力差（kg）
提升速度（m/s）
最大绳径
（mm）
钢丝绳
最小破断力（kg）
电机功率（KW）
提升高度
（m）
三、提升系统选型验算
根据矿建所用提升机或矿永久提升机进行提升能力验算。
（1）、提升绞车凿井提升计算
①滚筒直径（D）
D≥60dsD≥900δ
式中：
ds—钢丝绳直径，mm；δ—钢丝绳最粗钢丝直径，mm；
②选定提升机型号
DT≥DDT—所选提升机的滚筒直径，Mm;
③校验滚筒宽度
B=｛［（H0+30）/3.14DT］+3｝（ds+ε）≤BT
式中：
30—钢丝绳试验长度，m；
DT—提升机名义直径，mm；
3—摩擦圈数；
BT—提升机滚筒宽度，mm;
ε—钢丝绳绳圈间隙，取2～3mm；
④计算提升高度H0=H1+H2+H3+H4，m。
其中：
H1—井筒深度，m
H2—井架高度，m
H3—提升天轮半径，m
H4—提升天轮梁高度，取0.75m
⑤设计选用多层股不旋转钢丝绳作为提升绳，绳重Ps=kg/m，钢丝绳最小破断拉力Q断为kg，配提升钩头，提升钩头应与提升荷载配套。
⑥提升容器自重：
吊桶：
QZ=G1+G2+G3+G4；
其中：
G1—吊桶重量，kg
G2—钩头重量，kg
G3—滑架重量，kg
G4—滑架缓冲器重量，kg
⑦提升载荷：
Q=最大提升重量，kg；
Q绳：
提升钢丝绳重：
提升高度绳重，kg
⑧提升钢丝绳静张力：
Q总=Q+Q绳，kg；
其中：
Q—最大提升重量，kg
Q绳—提升高度的钢丝绳重量，kg
提升人员时：
Q人总=QZ+nQ人+Q绳，kg
其中：
Q1—提升容器总重量，kg
Q人—吊桶乘人总重量，取75kg/人
Q绳—提升高度的钢丝绳重量，kg
n—吊桶乘人数，根据吊桶容积确定
以上计算的钢丝绳静张力Q总应小于绞车最大静张力差，可以满足使用。
⑨以最大静张力验算提升绳安全系数Ma：
提料：
Ma=Q断/Q总＞7.5，提人：
Ma=Q断/Q人总＞9，满足要求。
⑩电机功率验算：
Po=QoV=QoWπD/（102×η×60×i）<绞车电机额定功率
结论：
该提升绞车挂吊桶、重物提升到合理位置；实际施工时，绞车实际电流不得超过额定电流，确保提升安全。
（11）提升偏角验算
滚筒中心与天轮中心距离L（不超过60m），钢丝绳距提升中心线的最大偏移量为B。
钢丝绳最大偏角α=arctg（B/L）=°<1.5°，满足要求。
（12）提升过卷高度验算（以最大长度的吊物为例）
绞车最大绳速为m/s。
h4=H-（h1+h2+h3+0.5R）m，
式中：
H—为井架高度即井口水平到天轮平台的距离，m
h1—天轮平台高度，取m
h2—吊物吊起所需高度，m
h3—吊物、钩头、连接装置和滑架的总高度，m
h4—提升过卷高度，
R—提升天轮公称半径，m
h3=3.48+2.5+1.1=7.08
式中：
h5—吊物总高度，m
H6—吊物提升所需高度，1.5m
H7—钩头总高度，2.5m
大于《煤矿安全规程》规定的过卷高度（通过规程计算），满足施工要求。
（2）、提升机调试计算
①失压脱扣器整定
i.吸引电压不高于额定电压的85%
即U吸=0.85Ue/Ky=0.85×6000/60=85V
ii.释放电压约为额定电压的60%
即U放=0.6Ue/Ky=0.6×6000/60=60V
式中：
Ky--电压互感器变比，6000/100
②电流速断
电流速断用做电动机的短路保护。
Iaq=Krel·Kc·λm·I1n/KiＡ
式中：
Krel----可靠系数，取1.6；
Kc----接线系数，接相电流取1；
Λm----电动机最大力矩相对值，1.9；
I1N----电动机定子额定电流，120A；
Ki----电流互感器变比，为200/5。
③过流保护
反时限动作用做电动机的过流保护。
Iaoc=Krel·Kc·I1n/（Ki·Kret）A
式中：
Krel----可靠系数，取1.2；
Kret----继电器返回系数，取0.85；
Kc、I1N、Ki同上。
④加速电流继电器
采用纯时间控制，把电流继电器作为限流元件：
i.吸引电流
iat=1.05λ1·I1N/KiA
式中：
λ1-起动切换力矩上限相对值，1.4
ii.释放电流
ir=Kret·iatA
式中：
Kret-返回系数，取0.8
⑤过速继电器
GSJ2继电器，作为等速阶段过速保护用，按规程要求过速15%起保护作用，所以整定值为：
Uat=1.15ENV
式中：
EN----测速发电机直流输出，Ｖ；
⑥时间继电器
继电器
1SJ
2SJ
3SJ
4SJ
5SJ
6SJ
7SJ
8SJ
XHJ
时长
0.75
0.75
1
0.56
0.31
0.17
0.1
0.05
0.5
⑦液压站整定压力kg/cm2
A、确定最大力矩：
a.最大静张力差（见本设计4.2.4）
Fjc=Q总×9.81N
b.最大静张力矩
Mjmax=Fjc×D/2N·M
式中：
D----滚筒直径，2.8m；
c.最大制动力矩
c.1未考虑残压影响所需制动力矩：
Mz＇max≥3×MjmaxN·M
c.2考虑残压影响所需制动力矩:
Mz＂max≥Mz＇max+9.81×2n·Pz·A·Rcp·μN·M
式中：
n----盘形制动器对数，10；
Pz----电液调节阀残压，取Pz=5kg/cm2;
A----盘形制动器活塞面积，查得A=138cm2；
Rcp----盘形闸磨擦半径，查得Rcp=1.572m；
μ----闸瓦磨擦系数，查得μ=0.45。
c.3根据上述计算确定最大制动力矩：
Mmax=N·M
B、制动油压确定
（1）制动系统贴闸皮油压Pt:
Pt=Mzmax/（2n·Rcp·A·μ·g）×0.0981MPa
（2）最大制动油压
Ps=Pt+CMpa
式中：
C----制动闸综合阻力，查得16.5kg/cm2（1.62Mpa）。
（3）、调试数据计算说明：
（1）现场施工时，若电机功率、电流互感器比及电流继电器等设备参数与计算中使用的参数不符时，应及时进行计算调整。
（2）闸瓦摩擦系数按0.45计算，若实际闸瓦摩擦系数不同时，也应进行计算调整。
（3）绞车投入使用前，制动闸瓦必须磨合，并经有资质的单位进行制动力矩测试，符合《煤矿安全规程》中431、432、433条的规定后，方可投入使用。
四、悬挂系统选型及验算方法（以吊盘为例）
（一）吊盘的选型及验算方法
根据井筒断面、井壁结构、提升方式、井筒悬吊设备、风筒及管路位置等因素选定。
（二）悬吊钢丝绳选型及验算方法
（1）吊盘、稳绳（4绳悬吊）选择方法
①吊盘钢丝绳的端荷重
每根钢丝绳的端荷总重：
总吊重/4+钢丝绳自身重量
总吊重＝吊盘重+（水箱、卧泵和阀重）+工具、人员重
根据规程要求，稳绳总荷重每百米不得小于1T。
②钢丝绳的选择参照3.4.5，安全系数取大于6。
（三）凿井绞车的选型及验算方法
根据钢丝绳总荷重（钢丝绳悬吊重量+钢丝绳自身重量）选择凿井绞车。
（四）天轮选型及验算方法
天轮直径的选择：
D＝20×钢丝绳直径，同时考虑悬吊钢丝绳总荷重不超过悬吊天轮的承载限值。
其余悬吊设备选型与上相同。
附悬吊系统选型计算表（表3.4.5）。
井筒提升悬吊系统选型计算表表3.4.5
序号
名称
悬吊物重
（kg）
悬吊钢丝绳自重（kg）
计算高度（m）
钢丝绳型号
钢丝绳全部破坏拉力（kg）
安全系数
天轮
型号
稳绞车型号
钢丝绳长度（m）
备注
规定
实际
1
主提升
钢丝绳终端荷载
计算高度*绳单重
井深+井架高度+天轮半径+提升天轮梁高度
18×7-绳径-强度等级
钢丝绳最小破断力*1283/9.8
9/7.5
钢丝绳全部破断拉力/（悬吊物重+悬吊高度内的钢丝绳自重）
Φ2500
井深+200
单（双）筒提升机
2
1#吊盘悬吊绳
吊盘、水泵水箱重量、工具人员重量之和的1/4
18×7-绳径-强度等级（交左）
6
Φ1000
JZ2-
井深+150
3
2#吊盘悬吊绳
18×7-绳径-强度等级（交右）
6
Φ1000
JZ2-
4
3#吊盘悬吊绳
18×7-绳径-强度等级（交左）
6
Φ1000
JZ2-
5
4#吊盘悬吊绳
18×7-绳径-强度等级（交右）
6
Φ1000
JZ2-
6
稳绳
根据手册选取稳绳张紧力
18×7-绳径-强度等级
6
Φ650
JZ2-
7
抓岩机悬吊绳
抓岩机重
18×7-绳径-强度等级
6
Φ650
JZ2-
8
夺罐道管路绳
构件及卡子重量
18×7-绳径-强度等级
6
Φ650
JZ2-
9
电缆风管悬吊绳
管缆及绳卡重量
18×7-绳径-强度等级
5
Φ650
JZ2-
10
安全梯悬吊绳
安全梯及25人员总重
18×7-绳径-强度等级
6
Φ1000
JZ2-
11
排水管悬吊绳
管线卡子和水重量
18×7-绳径-强度等级
6
Φ650
JZ2-
绳端荷载总重量
钢丝绳总重量
说明：
主提升选用提升钩头；Φ2500mm天轮1个和Φ1000mm天轮*个，Φ650mm天轮*个。
五、生产辅助系统设置要求
（一）压风系统
凿井期间以井筒用打眼和风镐凿岩时的耗风量为最大，则最大耗风量Q为：
Q=abcd（q钻+q镐）m3/min
式中a—管网漏风系数，1.15
b—机械磨损使耗风量增加的系数，1.1
c—凿岩机同时使用系数，0.82
d—同时打钻用风不均衡系数，0.9
供风量Q1为：
Q1=Q（1+15%）m3/min。
井筒凿井期间，在井口附近设一个压风机房，并根据以上计算压风机，使得总供风量可满足不同施工工序的用风需要。
地面压风干管选用Φ89×6无缝钢管，井下选用Φ57×6mm的无缝钢管或高压胶管；井筒压风管采用钢丝绳吊挂。
（二）供、排水系统
（1）供水方式
根据井筒装备施工供水主要用于湿式打眼，井筒装备施工用水均由地面供给，在一层吊盘设水箱，以适应凿岩用水的需要，水箱注水采用压风管给水。
（2）排水管选型
根据预计的井筒涌水量确定排水管规格，排水管沿钢丝绳吊挂。
排水管选型计算如下：
①管径：
理论计算：
Q=3600πvD2/4
式中D----排水管内径，m
v----管道中水流平均速度，取2.6m/s
Q----排水量，m3/h
应能满足排除井筒最大涌水量的要求。
②排水管壁厚计算
排水管内最大拉应力按拉麦公式计算，推导出孔口管的管壁厚度δ：
式中：
d0------无缝钢管内径，mm
δc----无缝钢管管壁附加厚度，2mm
σs-----无缝钢管的允许应力，取80MPa
p------最大排水压力，Mpa
λ------超载系数，λ取1.1
根据计算，选择排水管壁厚，能满足井筒施工排水需要。
（3）排水方式
当井筒涌水量大于10m3/h时，在吊盘中安装一台排量为50m3/h的卧泵，由潜水泵排水至吊盘水箱，再由卧泵排水至地面。
排水管用高压法兰连接，排水管沿钢丝绳吊挂。
或用深井潜水泵进行排水。
（三）通风系统
1、通风系统
井筒装备安装施工以采用压入式通风方式为宜，若井筒较深（超过700m）且为高瓦斯，则以选用玻璃钢风筒为宜，风筒均沿井壁固定，用树脂锚杆固定吊挂。
或用钢丝绳吊挂。
2、井筒需风量计算
1）按瓦斯涌出量计算
Q=100kqm3/min
式中：
q——瓦斯绝对涌出量，m3/min；
k——通风系数，取1.5。
2）按作业面同时工作最多人数计算：
Q=4Nm3/min
式中：
Q—风量
N—工作面同时工作最多人数，35人
3）采用压入式通风，计算所需风量
Q=7.8/t×3√（SL）2k/p2
式中Q-----工作面所需风量，m3/min
S-----井巷净断面积，m2
L-----井筒最大排烟长度，m
k-----淋水系数，取0.15～0.8（见《简明建井手册》P1047）
t-----通风时间，取30～50min
p-----风筒进出风量比，取1.4
4）风速验算：
4×60S>Q>0.25×60Sm3/min
3、风机风量计算
①风筒通风阻力hL
沿程摩擦风阻：
Rm=6.5αL/D5Pa.s2/m6
局部风阻：
Rz=n1ξγ/2gs2+n2ξγ/2gs2Pa.s2/m6
出口风阻：
Rc=0.818γ/gD4Pa.s2/m6
式中：
Rm—风阻，Pa.s2/m6
α—摩擦阻力系数，查表取0.002Pa.s2/m2
L—风筒长度，m
D—风筒直径，m
n1—风筒接头数，个
n2—风筒转弯数，个
ξ—风筒局部阻力系数查表取0.09
γ—空气相对密度，取1.29
S—风筒断面积，m2
g—重力加速度，9.81m/s2
hL=（Rm+Rz+Rc）.QPa
风筒出口局部阻力系数ξ＝0.09，
hxo＝ξQ2/D4Pa
风机全压：
hmt=hL+hxoPa
②风机工作风阻：
Rmt=hmt/Qm2Pa.s2/m6
③风机选型
根据计算及瓦斯情况，采用1路风筒供风，风筒配1～2台局部通风机，并实现两台风机电源自动切换，可以满足施工需要。
瓦斯矿井施工期间，风机设在井口20m以外（非煤矿山无规定，局扇位置以保证其吸入新鲜风流为宜），风筒以从封口盘盘面以下引入井内为宜。
山西省侯马市鑫丰康风机有限公司制造的风机，自带消音装置，并已在多项立井施工中使用，均起得良好通风效果。
应附通风机技术参数如下表：
通风机技术参数如下表
型号
转速
（r/min）
风量
（m3/min）
风压
（Pa）
高效风量（m3/min）
最高点功率（kw）
最大配用电机功率（kw）
六、通讯
为便于施工中的通讯联系，井口设一套调度电话，井下吊盘设抗噪音电话，井下通过井口与压风机房、绞车房、调度室进行通讯联络。
通讯、信号应设置两套，井口至绞车房的信号除有灯光、音响信号外，还要有一部直通电话。
井口到吊盘也采用两套通信、信号。
一路信号、通讯采用阻燃电缆KVV22-1KV7×1.5电缆。
另一路信号采用阻燃电缆KVV22-1KV4×1.5电缆。
井口信号室与吊盘信号室的联络采用以下方式；1、当开动主提绞车时用灯光、音响信号，2、当开动稳车时用电话联系。
七、供电
地面稳车供电采用380V三相五线制供电系统，井下供电采用中性点不接地系统。
在井口布置一台配电柜，下井电缆采用矿用橡套电缆MY-0.33/0.66。
每隔20米设一道钢卡，每4米用棕绳绑扎随吊盘钢丝绳下到第一层盘上，并在一层盘设配电点，电源总开关要使用带检漏继电器的KBD-350Z真空馈电开关，总开关布置在第一层盘上，另外再布置真空开关QBZ-80G共2台，供电焊机使用。
井下使用煤电钻时用ZBZ-2.5M综保。
八、照明
吊盘上设一照明综保ZBZ-4.0M，电压为127V，1～3层各层吊盘上方各设1盏防水防爆矿用投光灯，以下各层吊盘设4盏防水防爆灯照亮工作面。
线路全部沿吊盘钢梁布置，垂直向下的线路穿入钢管内。
盘面上活动的导线加胶质套管以防漏电。
九、供电系统设置
建井期间应尽量利用永久电网供电，有困难时，可考虑选择建井期间的供电电源，宜采用双回路供电或环形供电。
根据负荷对供电可靠性的要求、用电负荷大小、负荷等级和现有设备情况等因素确定主变压器，根据具体供电电路的要求，确定其型号和参数，以保证在正常运行和发生故障的情况下，供电系统能安全可靠地工作。
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