立井临时改箕斗提升设备选型计算_王长久.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 0前言 立井井筒工程是矿井建设中的关键工程[1]。工程 转入井下水平巷道开拓施工以后,有两种提升运输方 案可供选择。 一种是利用立井井筒施工时所用的吊桶 提升系统， 另一种方案则是拆除立井井筒施工的吊桶 提升系统[2-3]； 吊桶提升为单钩提升， 不能安装防坠系 统,提升效率低， 安全可靠性差[4-5]； 为缩短建井周期， 节约成本， 进行临时改绞提升系统， 完全遵守 煤矿安 全规程 的各项规定,提升运输效率、 安全可靠性高[6-7]。 大海则矿井设计生产能力 15.0Mt/a， 采用立井开 拓， 工业广场内布置有主立井、 副立井、 1 回风立井、 2 回风立井四个井筒。 根据建设工期安排， 四个立井 井筒贯通后，对 1 回风立井、 2 回风立井进行临时 改绞，以便施工二三期工程； 1 回风立井装备两个 11t 箕斗， 用于提升巷道掘进的煤及矸石， 经皮带输送 至 1 回风井井底临时煤仓，经定量皮带机装入箕斗 提升至地面。 2 回风立井装备宽窄罐笼各一个， 承担 人员、 设备、 材料提升任务； 1 回风立井井口设计标 高 1274.0m， 井筒净直径 8.0m， 净断面 50.3m2； 井筒 深度 678m。 1立井提升临时改箕斗方案 临时改绞提升系统为双钩提升，采用 V 型凿井 井架、 2JKZ- 42.65/18 矿井提升机 （一期施工时已安 装 ） ， 配 2 个 11t 箕斗， 每个箕斗配一根提升钢丝绳， 4 根罐道钢丝绳。井筒内布置一趟 Φ21912mm无缝 钢管下料管路， 一趟 Φ1809mm排水管均采用井壁 固定； 一趟信号电缆、 光缆用于提升系统传输。 图 1立井临时改箕斗提升平面图 立井临时改箕斗提升设备选型计算 王 长 久 （中煤陕西榆林能源化工有限公司大海则煤矿 ，陕西 榆林 719000 ） 摘要 因吊桶提升无法满足高效建设的现状， 根据大海则煤矿建设需要， 四个立井井筒贯通后， 对 1 回风立井、 2 回风立井进行临时改绞， 以便施工二三期工程煤矸提升需要。 提出了 1、 2 回风立井 提升临时改绞方案。本文主要分析 1 回风立井临时改箕斗选型计算和安全校验， 确定提升系统设备 选型方案， 并对其提升能力进行了计算， 满足矿井掘进工程煤矸提升需要， 大大缩短了建井工期、 有效 节约建设成本。 关键词 箕斗 ； 改绞 ； 钢丝绳 ； 选型 ； 计算 中图分类号 TD713文献标识码 A 文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0156-05 Selection and calculation of vertical shaft temporary skip lifting equipment WANG Changjiu （China coal shaanxi yulin energy chemical co. LTD. Dahai coal mine ， Yulin 719000 ， China ） Abstract Since the hoisting of bucket cannot meet the current situation of efficient construction, according to the needs of coal mine con- struction in the sea, after the four shaft shafts are connected, the no. 1 air return shaft and no. 2 air return shaft are temporarily twisted, so as to meet the lifting needs of coal and gangue in the second and third phase of the construction.Put forward 1, 2 return air shaft lift tem- porary modification plan.This paper mainly analyzes the type selection calculation and safety check of skip temporarily modified in 1 re- turn air shaft, determines the type selection plan of lifting system equipment, and calculates its lifting capacity, which can meet the lifting needs of coal gangue in mine excavation project, greatly shortens the construction period and effectively saves the construction cost. Key words Skip ; Change of ground ; Wire rope ; Selection ; Calculation; 156 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 2立井改箕斗提升系统选型及验算 2.1提升钢丝绳选型验算 1 ） 钢丝绳最大悬垂高度 H0HshHj686＋28714m 2 ）提升物料荷重 Q Q9.81m110009.81107910N 式中 m为箕斗装满重量。 3 ）提升钢丝绳终端荷重 Q0 Q0Q＋QZ10791072009.81＝178542N 式中 QZ为提升容器自重 （箕斗重 7200kg ） 。 4 ）钢丝绳单位长度重量 PS PS Q0 110 σB ma9.81 - H0 “ /9.81 178542 1101870 6.59.81 - 714 “ /9.81 7.2 （kg/m ） 式中 H0为钢丝绳最大悬垂高度， δB为钢丝绳极 限抗拉强度， 1870 MPa， ma为钢丝绳安全系数 6.5。 5 ）选择钢丝绳选用 46NAT187 FC1870 不 旋 转 钢 丝 绳 。 钢丝破断拉力总和 Qd1230000 1.2831578090N，每米钢丝绳标准重量 PSB8.25kg， PsB＞Ps符合要求 6 ）钢丝绳安全系数的校核 m Qd Q0PSBH09.81 1578090 1785428.257149.81 6.67＞6.5 2.2罐道刚丝绳选型验算 按 煤矿安全规程 规定， 每个提升容器有 4 根罐 道绳时，每根罐道绳的最小刚性系数不得小于 500N/m， 计算绳罐道下端的最小张力 Fxmin。 1 ）罐道绳最大悬垂高度 H0HshHj686＋28714m 式中 Hsh为井筒深度 686m； Hj为井口水平至井 架天轮平台垂高,28m。 2 ）罐道绳最下端张力 Fx 按百米的张紧力不得 小 于 10kN 求 绳 罐 道 下 端 的 最 小 张 力 Fxmin′ 71400N， 按最小刚性系数计算， 罐道绳下端的最小 张力 Fxmin Kmin 4 L0- Lln L0 L0- L 500 4 3378- 714 ln 3378 3378- 714 79072N 式中 Kmin为最小刚性系数 ，取 500 ； L0为钢丝 绳极限悬垂长度。 L0 δB 9.81mar 1770106 9.8168900 3378m 式中 δB为钢丝绳抗拉强度 1770106；为钢丝 绳比重 取 8900； ma为安全系数 ， 取 6。 Fxmin 与 Fxmin 取大值 Fxmin 为准 故 FxFxmin79072N 3 ）罐道绳单位长度重量 Ps（Kg/m ） PS FX 110 σB ma9.81 - H0 “ /9.81 79072 1101770 69.81 - 714 “ /9.813.11kg/m 式中 H0为钢丝绳井内固定点与天轮相切点之 间的垂高， 714m； δB为钢丝绳极限抗拉强度 1770 MPa； ma为钢丝绳安全系数 6。 4 ）选择罐道绳 36NAT67FC1770；破断拉力 总和 Qd7620001.134864108N，每米钢丝绳标准 重量 PSB4.55㎏/m。 PsB＞Ps（符合要求 ） 5） 钢丝绳安全系数校核 （按抗拉强度小的模板 绳校核 ） m Qd FxmaxPSB H09.81 ≥ma 式中 Fxmax为同一容器上绳罐道下端张力 Fx 的 最大值。 为避免绳罐道运行中发生共振，煤矿安全规程 规定，各罐道绳张紧力之差不得小于平均张紧力的 5， 内侧张紧力大， 外侧张紧力小， 故 FxmaxFx[1n-10.09]79072[14-10.09] 100421N 式中 n 为同一容器的绳罐道数； Qd为所选钢丝 绳所有钢丝破断力总和。 m Qd FxmaxPSB H09.81 864108 1004217144.559.81 6.53＞6 符合要求 6 ）罐道绳刚性系数的校核 k 4PSB ln1a 44.55 ln10.317 66.1kg/m＞50kg/m 满 足要求 式中 a 为罐道钢丝绳自重与张紧力的比值 a 9.81PSBH0 Fx 9.814.55714 100421 0.317 2.3悬吊电缆钢丝绳选型验算 1 ）钢丝绳最大悬垂高度 H0660m 157 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 Q电缆＝9.81{ （1.580.52 ） }66016705 （N ） Q卡子＝9.81660/622158.2 （N ） Q0＝Q电缆Q卡子18863.2 （N ） 式中 Q信号电缆为 MKVV32- 241.5 电缆质量， 1.58kg； Q光缆为电缆质量， 0.5 kg； Q卡子为 2kg/ 个 2 ）钢丝绳单位长度重量 PS1 Q0 110δb 9.81ma - H0 /9.81 18863.2 1101670 9.815 - 660 /9.81 0.63kg/m 式中 δb为钢丝绳钢丝的极限抗拉强度， 取 1670MPama为钢丝绳安全系数， 取 5。 3 ）选择钢丝绳 选择 18NAT187FC1670 PSB1.26 （kg/m ） ＞0.95 （kg/m ） 式中 PSB为每米钢丝绳标准重量， kg/m； Qd为所 选 钢 丝 绳 所 有 钢 丝 破 断 力 总 和 ， Qd168000 1.283215544N 钢丝绳所有钢丝破断力总和 钢丝 绳最小破断拉力1.283 （纤维芯 ） 。 4 ）钢丝绳安全系数验算 mQd/（Q09.81PSBH0） 215544/（18863.29.81 1.26660 ） 7.98＞5 所以选择 18NAT187FC1670 钢丝绳提动力 电缆符合要求。 2.4提升绞车验算 选用 2JKZ- 42.65/18 型绞车，配 21250kW 电机， 转速 590r/min 表 2绞车参数 符合煤矿安全规程的要求。 1 ） 卷筒直径 D≥60ds60462760mm DT＞D满足要求 式中 ds为钢丝绳直径 DT为提升机卷筒直径 2 ）校验卷筒宽度 B H030 πDT 3n dsε 71430 3.144 3 346 33196 B/21598＜BT2650 （满足要求 ） 3 ）验算提升机强度 最大静张力验算 FjQQzPSBH09.81178542 8.25 714 9.81236327.8N＜250000N， 满足要求。 最大静张力差验算 FchQPSBH09.811079108.25 714 9.81 165695.8N＜210000N， 满足要求。 式中 Fj为提升机强度要求允许的钢丝绳最大静 张力,N； Fch为提升机主轴强度要求允许的钢丝绳最 大静张力差,N。 4 ）电动机功率估算 P K Q VmB 1000η ρ 1.2165595.86.9 10000.85 1.32097kW ＜21250KW 所选电动机功率满足要求。 式中 K 为矿井阻力系数 ； Q 为提升物料荷重； VmB为提升机最大速度； ρ 为动力系数； η 为传动效率 2.5提升天轮选型验算 提升天轮选型计算 天轮直径 D≥60ds 即 D≥60462760mm D≥900δ 即 D≥9003.12790mm 钢丝绳作用在天轮上的最大静张力 Fj225536N 根据以上计算， 选用 ф3.5m凿井提升天轮， 天轮 允许最大绳径 ф50mm, 钢丝绳全部破断力总和 1793581N,满足要求。 2.6主提升钢丝绳绳偏角 （α） 验算 1 ） 相对高度 h＝h1＋h2＋h3- h4＝30.869m 其中 h 为天轮轴与地面距离， m； h1为天轮平台 高 度 ， 26.464m1.5m27.964m； h2为 天 轮 外 径 ， 1.88m； h3为天轮梁高度 加高座 轴承座 （1.975m ） ； h4为提升中心高 0.95m。 2 ）卷筒宽度 （B ） B＝2.65m。 3 ）钢丝绳弦长 （L ） Lb- RT2h- c2 姨 52.9- 1.75230.869- 0.952 姨 59.26m 其中 L 为钢丝绳弦长， m； b 为滚筒轴线与悬垂 钢丝绳间的距离， m； RT为天轮半径， m； h 为天轮轴与 地面距离， m； c 为滚筒主轴中心高出井口水平的距 离， 0.95m。 4 ） 仰角 βtg-1 h- C b- RT tg-1 30.869- 0.95 52.9- 1.75 30.32 3019′ 30 型号 滚筒 最大 静张 力 kN 最大 静张 力差 kN 最大 绳径 mm 最大提升 高度 m 绳 速 m/s 数 量 直径 m 宽度 mm 一层二层 2JKZ- 4 2.65/18 2426502502104668013006.9 158 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 内偏角 α2 ＝tg -1S- a 2L ＝tg -12.4- 0.093 259.26 1.1217′1 15′ 式中 S 为两天轮间距， 2.4m； a 为两滚筒内缘间 距， 0.093m。 2.7过卷与过放距离 用插值法计算8- 6.9 8.25- x 6.9- 6 x- 6.5 得 x7.3 根据计算过卷高度、 过放距离为 7.3m。 煤矿安全规程 中规定“箕斗提升， 其过卷高度 和过放距离不得小于表 3 确定数值” ，则根据规定箕 斗提升的过卷高度不得小于 7.3m， 满足 煤矿安全规 程 要求。 表 3立井提升装置的过卷和过放距离 实际过卷距离 H 过卷26.461.5- 10- 7.52- 0.56 - 0.29.68m＞7.3m 式中 H过卷为实际过卷， 井架天轮平台下平面高 26.46m， 井架加高 1.5m， 箕斗高 10m， 箕斗底部到封 口盘距离 7.52m， 封口盘高出井口平面 0.56m， 防撞梁 高 0.2m 所以满足过卷与过放距离。 实际过放距离 H过放23.223- 15.2238m＞7.3m 式中 H过放为实际过放，箕斗在井下装矸时， 箕 斗底部到井底马头门底板的距离 15.223m 井底防撞 梁到马头门底板的距离 23.223m。 2.8提升能力 图 2提升速度图 图 2 中 提升最大速度 VmB6.9m/s 箕斗滑轮脱离曲轨速度 Vi、 滑入曲轨速度 V4， 不 得超过 1.5m/s 取 ViV41.2m/s;加速度、 减速度不大 于 1.2m/s2 取 a1a31.2m/s2 滑轮脱离曲轨、 滑入曲轨时间 tiVmB/a16.9/1.25.8s， T4VmB/a36.9/1.25.8s 加速及减速运行距离 hi0.5VmBti0.56.95.820m， H40.5VmBt40.56.95.820m 提升加速度、 减速度 a1a3a1m/s2 加速及减速时间 t1VmB/a16.9/16.9s， t3VmB/a36.9/16.9s 加速及减速运行距离 h10.5VmBt10.56.96.923.8m， h30.5VmBt30.56.96.923.8m 等速运行距离 h2H- hi- h1- h3- h4714- 20- 23.8- 23.8- 20626.4m 等速运行时间 t2h2/VmB626.4/6.991s 查 煤矿电工手册 [8]， 爬行速度 Vc 取 0.30.5,爬 行距离 h 爬行取 23m，爬行时间 t爬行Vc/h爬行 2/0.3≈7s 一次提升循环时间 T1 tit1t2t3t4θt爬行 5.86.9916.95.8 1007224s 式中 θ 为提升休止时间取 100s。 提升能力计算 T/hAT 式中 m为箕斗装满重量， 11TC 为提升不均匀系 数 1.151.25 取 1.2。 3安全设施 采用 SLT- 20 型钢丝绳罐道自动拉紧装置， 该装 置安装在井架的天轮平台上， 共设置 8 套。该装置可 以进行调绳、 锁绳， 能监测拉紧力、 自动及时按规定的 数值进行调整罐道绳的张紧力， 使罐道绳的张紧力基 本保持恒定， 确保箕斗运行时的安全。提升信号与井 上下装卸载系统、 提升机相互闭锁， 可以有效防止发 生提升事故。 提升机按照煤矿安全规程规定装设安全 保护、 工作及安全制动、 安装实时监测系统。 提升钢丝 绳拉力检测装置， 该装置装在提升天轮座下方， 能实 测提升钢丝绳的所受拉力， 防止超载， 保证绳的安全。 4结语 大海则煤矿 1 回风立井临时改绞系统设备选型 的成功， 使矿基建设时期提升能力大幅度提升， 满足 全矿井二三期煤矸石提升需要， 极大的缩短了建井周 期， 节约建设成本， 也对其它煤矿建设期间临时改绞 方案及设备选择具备有借鉴意义。 参考文献 （下转第 162 页） 提升速度 / （m/s ）≤3468≥10 过卷高度、 过卷距离 /m4.04.756.58.2510.0 159 ChaoXing