第一章 矿井提升设备
一、提升方式
矿井七2煤与二1煤采用分期开拓开采的方式，初期开采七2煤，后期经技术改造后开采二1煤。七2煤井设计生产能力为0.30Mt/a，采用立井开拓，二个提升井筒，其中主井井深277m，担负七2煤矿井提煤任务；副井井深277m，担负七2煤矿井辅助提升任务；二1煤井设计生产能力为0.45Mt/a，采用立井开拓，利用七2煤井二个提升井筒延深至二1煤的开采水平，在七2煤井开采结束后进行二1煤的开采，二1煤主井井深577m，担负二1煤矿井提煤任务；副井井深577m，担负二1煤矿井辅助提升任务。
二、主提升设备选型计算
（一）设计依据
初期开采七2煤时
1、生产能力：0.30Mt/a
2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。
3、井深：H=277m
4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。
后期开采二1煤时
1、生产能力：0.45Mt/a
2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。
3、井深：H=577m
4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。
（二）提升容器选择
该矿井初期开采七2煤时井深277m，后期开采二1煤时井深577m，根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，为避免提升系统的重复改扩建,同时考虑到矿井后期开采二1煤时井筒深度增加，所以初期开采七2煤和后期开采二1煤时主、副井提升设备统一按开采最终水平选择计算。计算过程以后期开采二1煤的提升设备选型计算为准。
1、确定经济提升速度
V=(0.3-0.5)×
=7.2-12.01m/s
取：Vm=8m/s，α1=1.0m/s2
2、计算一次提升循环时间:
Tx =
＋
＋10＋8=98.1s
3、根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。
Qj=
=3.3t
据此提升容器选择JDS-4/55×4Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道），箕斗自重QZ=6500kg（含连接装置）,载重量Q=4000kg，提升钢丝绳4根，平衡尾绳2根，钢丝绳间距300mm。
（三）钢丝绳选择
1、绳端荷重
Qd=QZ+Q=6500+4000=10500kg
2、钢丝绳悬垂长度
Hc=H-HZ+Hh+HX+Hg+Hr+0.75RT+e=577-30+11.008+12+6.5+10.9+0.75×0.925+5=593.1m
式中：Hg ---过卷高度 Hg=6.5m
Hh ---尾绳环高度 Hh=Hg+0.5+2S=6.5+0.5+2×2.004=11.008m
Hr ---容器高度 Hr=10.9m
RT---天轮半径
e---上下天轮垂直距离 e=5m
S---提升容器中心距
HX ---卸载高度 HX=12m
3、首绳单位长度重量计算
PK´ =
=
=1.29kg/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，钢丝破断拉力总和Qq=307200N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。
4、尾绳单位长度重量计算
qk´=
Pk=
×1.96=3.92kg/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88×15NAT-P8×4×7-1360型扁钢丝绳2根，单重q=3.82kg/m。
（四）提升机选择
1、主导轮直径
D´≥90d=90×22=1980（mm）
2、最大静拉力和最大静拉力差
最大静拉力：
Fj=Q+Qc+nPkHc=6500+4000+4×1.96×593.1=15150kg
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=2250mm，天轮直径DT=2250mm，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300mm，提升速度V=6.5 m/s，减速比i=10.5,提升机旋转部分变位质量mj=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（见图6-1-1）
1、井架高度
Hj=HX+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.75×1.125+5=35.2m
取HJ=36m
2、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离
LS≥0.6Hj+3.5+D=0.6×36+3.5+2.25＝27.35m
取LS=28m
3、钢丝绳弦长
下弦长LX1=
=
=39.8m
上弦长LX=
=
=44.9M
式中：HJ1---井架下层天轮高度
C0---摩擦轮中心与地平距离
4、钢丝绳的出绳角
下出绳角
β下=arctan
+arcsin
=ARCTAN
+ARCSIN
=52°39´9"
上出绳角
β上=arcsin
=51°37´28"
5、围包角а的确定
经计算围包角а=181°1´4"
（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=D1Q-nPkHc
=2.359×4000-4×1.96×593.1
=4786.1kg
经查表，当围包角а=181°1´4"时D1=2.359
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=2.2115×4000+0.1533×2300-4×1.96×593.1
=4548.7kg
经查表，当围包角а=181°1´4"，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，防滑条件满足要求。
（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=
=
=8.3>7.2－0.0005H
=6.9
满足要求
2、最大静张力和最大静张力差
最大静拉力：
Fj=15150kg=148kN<215kN
最大静张力差：
Fc=4000kg=39kN<65kN
满足要求
（八）预选电动机
1、电动机估算功率
P′=
×Φ=
×1.2=382.2kW
式中：K——矿井阻力系数，取K=1.15；
Q——一次提升实际货载量；
Φ——提升系统运转时，加减速度及钢丝绳重力因素影响系数；
ηj——减速器传动效率，ηj=0.92；
2、电动机估算转数
n= 
=
=579.6r/min
据此主井绞车电机选用Z450-3A型直流电动机，660V，500kW，其额定转速为ne=611r/min，转动惯量md=50.5kg•m2。
3、确定提升机的实际最大提升速度
Vm=
=
=6.9(m/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=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度图力图见图6-1-2）
1、初加速度阶段
卸载曲轨初加速时间：t0=
=
=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=
=
=10.8s
加速阶段行程：h1=×t1=
×10.8=45.4m
3、正常减速阶段
减速阶段时间：t3=
=
=12.8s
减速阶段行程：h3=
×t3=
×12.8=47.4m
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=569.9-2.35-45.4-47.4-3=471.8m
式中：Ht---提升高度 Ht=H-HZ+HX+Hr=577-30+12+10.9=569.9m
等速阶段时间：t2=
=
=68.4s
7、一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ=3.13+10.8+68.4+12.8+6+1+12=114.1s
式中: θ—休止时间取12s
8、提升设备年实际提升量
An′=
=56万t/a
提升能力富裕系数为
af=
=
=1.2
提升能力满足要求
（十）提升系统动力学计算
1、提升系统总变位质量
∑m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md
=4000+2×6500+4×1.96×1212+2×2300+6500+4399
=42001kg
式中：Lp——钢丝绳全长Lp=1212m（包括尾绳）。
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+⊿Ht+∑ma0=1.15×4000×9.8+42001×0.48=65240N
终了时：F0′=F0-2⊿h0=65240－0=65240N
式中：⊿---提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统⊿＝0。
2、主加速阶段
开始时：F1=F0′+∑m（a1－a0）=65240+42001×（0.5－0.48）=66081N
终了时：F1′=F1=66081N
3、等速阶段
开始时：F2=F1′－∑ma1=66081－42001×0.50=45080N
终了时：F2′=F2=45080N
4、减速阶段
开始时：F3=F2′－∑ma3=45080－42001×0.50=24080N
终了时：F3′=F3=24080N
5、爬行阶段
开始时：F4=F3′+∑ma3=24080+42001×0.50=45080N
终了时：F4′=F4=45080N
（九）提升电动机容量验算
1、等效时间
Td=α（t0+t1+t3+t4+t5）+t2+βθ
=
×（3.13+10.8+12.8+6+1）+68.4+
×12=89.3s
式中：α——低速运转散热不良系数，α= 1/2 ；
β——停车间歇时间散热不良系数,β=1/3。
2、电动机等效力
F2dt=F02t0+F12t1+F22t2＋F32t3+F42t4=2.19×1011
3、提升电动机作用在滚筒圆周上的等效力
Fd=
=
=49533N
4、电动机等效容量
Pd=
=
×1.15=427kW＜500kW
满足要求
经验算，所选电动机符合要求
(十)提升机制动力矩验算
=
=
=4.3>3
满足要求。
式中：MZ---制动力矩
MJ---静荷重旋转力矩
（十一）电控设备
本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。
（十二）供电电源
提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自矿井地面变电所，详见地面供电系统图。
三、开采七2煤时主提升能力计算
矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为0.30Mt/a，井筒深度H=277m，主井提升装置选用以开采二1煤计算为准的JKMD－2.25×4（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为JDS-4/55×4Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道）。提升钢丝绳首绳选用22ZAB-6V×30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用88×15NAT-P8×4×7-1360型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期服务于七2煤和二1煤的开采。
（一）提升高度的确定
Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m
式中：Hr ---容器高度 Hr=10.9
HX ---卸载高度 HX=12m
Hz ---装载高度 HZ=30m
（二）提升运动学及提升能力计算(提升速度图力图见图6-1-3)
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=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度及力图见图6-1-3）
1、初加速度阶段
卸载曲轨初加速时间：t0=
==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===10.8s
加速阶段行程：h1=×t1=×10.8=45.4m
3、正常减速阶段
减速阶段时间：t3===12.8s
减速阶段行程：h3=×t3=×12.8=47.4m
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=269.9-2.35-45.4-47.4-3=171.8m
式中：Ht---提升高度 Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m
等速阶段时间：t2==
=24.9s
7、一次提升循环时间
Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+θ=3.13+10.8+24.9+12.8+6+1+12=70.6s
式中: θ—休止时间取12s
8、提升设备年实际提升量
An′==89.7万t/a
提升能力富裕系数为
af==
=2.99
提升能力满足要求
（三）提升系统动力学计算
1、提升系统总变位质量
∑m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md
=4000+2×6500+4×1.96×610+2×2300+6500+4399
=37281kg
式中：Lp——钢丝绳全长Lp=610m（包括尾绳）。
2、动力学计算（按平衡系统计算）
1、提升开始阶段
开始时：F0=Kmg+⊿Ht+∑ma0=1.15×4000×9.8+37281×0.48=62975N
终了时：F0′=F0-2⊿h0=62975－0=62975N
式中：⊿---提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统⊿＝0。
2、主加速阶段
开始时：F1=F0′+∑m（a1-a0）=62975+37281×（0.5-0.48）=63721N
终了时：F1′=F1=63721N
3、等速阶段
开始时：F2=F1′-∑ma1=63721-37281×0.50=45080N
终了时：F2′=F2=45080N
4、减速阶段
开始时：F3=F2′-∑ma3=45080-37281×0.50=26440N
终了时：F3′=F3=26440N
5、爬行阶段
开始时：F4=F3′+∑ma3=26440+37281×0.50=45080N
终了时：F4′=F4=45080N
经计算所选主井提升设备在初期开采七2煤时,可满足矿井七2煤井煤炭提升任务的要求。
四、副提升设备选型计算
（一）设计依据
初期开采七2煤时
1、生产能力： 0.30Mt/a。
2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。
3、提升高度：H=277m(井筒深度)。
4、最大班下井人数：109人。
5、最大件重量：3170kg。（主排水泵电机,不可拆卸件）
后期开采二1煤时
1、生产能力： 0.45Mt/a。
2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。
3、提升高度：H=577m(井筒深度)。
4、最大班下井人数： 125人。
5、最大件重量：5350kg(主排水泵电机,不可拆卸件)。
（二）提升容器选择
根据矿井后期开采二1煤时的年产量及辅助提升量，经计算，副井提升容器选用一对1.0t双层单车多绳标准罐笼（宽窄各一个），钢丝绳罐道，宽罐笼质量为Q=5800kg，每次承载38人，窄罐笼质量为Q=4656kg，每次承载23人。提矸选用1.0t标准矿车，矿车自重QZ=610kg，载矸量为Qm=1800kg，每次提升一辆矿车。
（三）钢丝绳及提升机选择
1、绳端荷载计算
提升物料（按提矸计算）：
Q矸=Q+Qm+QZ=5800+1800+610=8210kg
提升人员：
Q人=Q+Qr=5800+2850=8650kg
提升最大件设备：
Q大件=5800+5350=11150kg
式中:Qr—每次乘载人员重量,按最多38人计算。
5350—卸载最大件水泵电机重量。
2、首绳单位长度重量
P`K大件=
=
=1.65kg/m
P`K人=
=
=1.5kg/m
式中:Hc—钢丝绳悬垂长度Hc=H+Hj+Hh=577+24+10=611m
n—首绳钢丝绳根数
Hh—尾绳环高度
根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V×30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=326030N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。
3、尾绳单位长度重量
qk´=
Pk=2×1.96=3.92kg/m
式中:n1—尾绳钢丝绳根数
根据以上计算，尾绳选用85×15NAT-P8×4×7-1370型扁钢丝绳两根，其主要技术参数为：钢丝绳尺寸宽×厚=85mm×15mm，钢丝破断拉力总和Qq=542000N，钢丝绳单位长度质量为qk=3.82kg/m。
4、提升机选择
1）摩擦轮直径
D´≥90d=90×22=1980（mm）
2)最大静张力和最大静张力差
最大静张力(按提升最大设备计算)Fj=Q+Q大件+nPkHj+n1qk(H+Hh)
=5800+5350+4×1.96×24+2×3.82×(577+10)=15823kg
最大静张力差Fc=Qr+（5800-4656）=3994kg
据此副井提升装置选用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=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=5.0 m/s，减速比i=11.5,提升机旋转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数μ=0.23。
（四）提升系统的确定(见提升系统图6-1-4)
1、井架高度
Hj＝Hr+Hg+0.75Rt+e=11+7+0.75×1.125+5=23.8m
取HJ＝24m
式中: Hr---容器高度
Hg---过卷高度
Rt---天轮半径
e---上下天轮中心高度
2、提升机摩擦轮与提升中心线距离LS
LS=0.6Hj+3.5+D=0.6×24+3.5+2.25=20.2m
取LS=21m
3、钢丝绳弦长
下弦长LX1＝＝
＝26.3m
上弦长LX＝＝
＝31.2m
式中：s---两容器间距
C0---摩擦轮中心与地平距离
4、钢丝绳的出绳角
下出绳角
β下=arctan+arcsin
=arctan
+arcsin
=49°17´26"
上出绳角
β下=arcsin＝48°2´17"
5、围包角а的确定
经计算围包角а＝181°15´9"
（五）提升容器最小自重校核
1、按静防滑条件容器自重为（按提升最大件计算）
QC≥[
]Q-nPkHc-QZ=D2Q-nPkHc
=2.484×2850-4×1.96×611=2289.2kg
当围包角а=181°15´9"时查表得D2=2.484
2、按动防滑条件
QC≥[
]Q+[
]×Gd-nPkHc-Qz
=A2Q+C1Gd-nPkHc
经查表当加速度a1取0.5m/s2,A2=2.3,C1=0.15。
则QC=2.3×2850+0.15×2300-4×1.96×402=3748.3kg
经计算满足防滑条件的罐笼最小自重均小于所选罐笼自重，防滑条件满足要求,但在卸载最大件水泵电机时应适当增加配重，已满足防滑条件下的提升容器最小自重的要求。
（六）钢丝绳和提升机校验
1、首绳安全系数
提升矸石时
m=
=
=10.2>8.2-0.0005H=7.9
提升人员
m=
=
=9.9>9.2-0.0005H=8.9
提升大件设备
m=
=
=8.3>8.2-0.0005H=7.9
满足要求。
2、最大静张力和最大静张力差
如前计算
最大静张力Fj=15823kg=155070N<215000N
最大静张力差Fc=3994kg＝39141N<65000N
经计算所选提升机满足要求。
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