主井提升系统设计.doc

主井提升系统选型核算 1 概述 井下开拓深度由地表正140米至井下-189米。即从140米至-189米，提升深度为329米。井筒设计三个中段，分别为-80米、-140米、-190米，井底深度为13米，井筒总深度为342米。 井下运输设备使用YFC0.5（6）型翻转式矿车，容积0.5m3，轨距600毫米，自重0.59吨。电机车使用ZK3型3吨电机车或ZK1.5型1.5吨电机车做牵引。 井下矿石体重γ3.01吨/m3，松散系数为1.5，装满系数取0.9，每车矿石重量计算为Q3.010.50.91.50.903吨。 主井设计为主提升井，提升矿石和废石，井筒装备梯子间、管道电缆间。主井提升系统采用单绳缠绕式提升机，单罐带平衡锤提升方式。 2 提升容器规格的选择 2.1 小时提升量计算 在选择提升容器规格之前，需先求出小时提升量 CAn As trts 式中C不均衡系数，箕斗提升时取1.05；罐笼提升时取1.2；兼做副井提升时取1.25。 An矿石年产量，9.9万吨/年计算 tr年工作日数，矿山连续工作制时取tr330d/a，非连续工作制时取tr306d/a。矿山目前采用八小时连续工作制，三班制作业。 ts每日工作小时数（按三班作业计），罐笼提升作主提升时，取18h；并作主副提升时取16.5h；只作副提升时，一般取15h。该井筒做为主提升井使用。 CAn 1.2599000 As 23吨/小时 trts 33016.5 概算罐笼所能完成的小时提升量时，应根据矿车的外形尺寸选择其规格，一般选用单层罐笼，只有当产量较大时，才考虑选用双层罐笼。由于井筒断面事前已定，而且井筒深度较深，要满足生产能力需要综合考虑和计算。 2.2 罐笼规格选择 在提升系统选择时，由于井筒断面的限制，此方案采用平衡锤单罐笼提升方式。而矿山采用多中段生产，因此在确定以单罐笼带平衡锤提升的前提下，选择罐笼规格时，应校核罐笼所能完成的小时提升量，最后按速度图计算每小时提升量，验算此一次提升量是否满足提升任务要求。同时，根据中国建筑工业出版社采矿设计手册矿山机械卷提出为减小罐笼质量，增加有效负荷，可采用轻型结构罐笼。 根据9.9万吨/年生产规格，所选罐笼每次提升量应 As 为Q′（K1√H μθ） 1800 式中As罐笼每小时提升量，为23吨/小时 K1系数，K13.72.7，当H＜200m时取上限， H＞600m时取下限。按3.0计算。 H最大提升高度，按329米高度进行计算。 μ罐笼提升时μ0 θ装卸矿车的停歇时间，按冶金工业出版社采矿手册第5卷表27-18进行选择。先按双层普通罐笼双面车场只在一个水平进出车考虑，θ35S 23 H329米，Q′（3.0√329 35）1.14吨/次 1800 而按所使用的0.5m3的矿车，采用双层单车罐笼一次有效提升量为QρsCmV 式中ρs矿石松散密度 吨/m3， Cm矿车装满系数，取0.9。 则Q3.011.50.90.521.806吨/次 根据计算进行比较，采用双层单车单罐带平衡锤提升方式，矿井的提升能力在329米以内能够满足9.9万吨/年生产能力的要求。 根据实际情况的要求，矿井卷扬直径不宜过大。因此在进行罐笼型号选择时，应充分结合卷扬机的相关参数，在满足实际生产要求的前提下，罐笼应选择轻型罐笼（轻型钢罐笼或轻型铝合金罐笼）。烟台市昆仑黄金设备有限公司提供的2双层罐道钢罐笼，能基本满足要求，其相关参数为底盘尺寸18001080mm2，最大载重量为4500Kg，自重2740Kg，柔性罐道，罐道间距为1120mm，轨距为600mm，罐道总高度（含悬挂装置）为6.87.0m。 2.3 平衡锤的选择 采用单容器提升时，一般匹配平衡锤。以提升物料为主的井筒，平衡锤重量为QcQrQ/2qr 式中Qr容器自重 Kg Q一次提升量 Kg qr矿车自重 Kg Qc平衡锤重量 Kg Qc27401806259024823Kg 2.4 辅助装置 2.4.1 罐道 罐道是提升容器的主要导向装置，根据罐笼型号确定了本次设计采用柔性罐道，平衡锤采用柔性罐道。 2.4.2 罐笼承接装置 在中间水平、井底和井口车场设置井口摇台，不设置托台和承接梁。 2.4.3 安全装置 矿井提升的安全装置有防坠器、安全门和过卷保护装置等。 在单绳提升中，安全规程规定提人或提人和物料的罐笼，必须设动作可靠的断绳保险器（防坠器）。 竖井井口各中段与水平巷道联接处，必须设高度不小于1.5米的栅栏。进、出口设安全门，安全门只准在通过人员或车辆时打开。 提升设备除了应在深度指示器上设置防止过卷的终端开关外，尚须在井架上设终端开关。除设置电气过卷保护装置和过卷挡梁外，在井筒上端和井底设置楔形罐道。 3 钢丝绳的选择 井下开拓有三个不同的中段，钢丝绳的选择以井筒最低中段深度329米进行计算。卷扬机采用单绳缠绕式提升机。 QQr 单绳提升钢丝绳每米重量P′ 11σbm－H0 式中Q一次提升量 Kg Q1806Kg Qr容器自重 Kg Qr274059023920Kg H0钢丝绳最大悬重高度 m H0H井筒H井架 井架高度暂定18.25米 H032918.25347.25米 σb钢丝绳公称抗拉强度 Mpa 选择1770MPa m提升钢丝绳的安全系数，按7.5进行计算。 1806 3920 5726 ρ′ 1117707.5-347.25 2251 2.55Kg/m 根据GB/T8918-1996钢丝绳主要用途推荐表中用于主井提升用途的钢丝绳选用619WFc同向捻线接触钢丝绳。同时根据重量计算查该标准表各钢丝绳型号，与φ28mm钢丝绳基本对应。查该标准表15，φ28mm钢丝绳天然纤维芯钢丝绳近似重量为289kg/100m，选用公称抗拉强度1770MPa，对应钢丝绳最小破断拉力457KN，最小钢丝破断拉力总和为1.191倍，钢丝直径不大于2.6毫米。 实际安全系数校核m′Qd【QQrPH0g】 式中m′安全系数 Qd钢丝破断力总和 N ρ钢丝吨每米长度重量 kg/m 4570001.191 544287 m′ 1806118027402.89347.259.8 65950 8.25≥7.5 因此钢丝绳型号选择为 28NAT625FiFC1770ZZGB/T8918-1996 并按相关安全规程进行使用、维护与检查、试验。 4 卷扬机尺寸的选择 4.1 卷扬直径计算 缠绕式卷扬机的主要尺寸是卷筒的直径D和宽度B，根据矿山安全规程，卷筒直径与钢丝绳直径d及钢丝直径δ的关系为 井下提升设备D≥80d D≥1200δ 式中D卷扬直径 mm D≥80282240mm D≥12001.82140mm 根据计算，卷扬直径应在2.5米左右。 4.2 提升机的最大静张力与最大静张力差验算 最大静张力TjmaxQQrρH0g 最大静张力差△TjQρH0g 式中符号同前 Tjmax（180627401180＋2.89347.25）9.8 65950N≈66KN △Tj最大静张力差的计算如果选用单罐带平衡锤提升方式，则△Tj（McPH0-Qr）9.8 48232.89347.25-27409.8 30248N30.2KN 根据最大静张力与最大静张力差计算，查冶金工业出版社的采矿手册第5卷表27-3中JK-A型单绳缠绕式矿井提升机技术参数，卷扬机型号2JK-2.5/20A可以满足要求。 4.3 卷扬机卷筒宽度计算 H＋L 按双卷筒单层缠绕计算B（ ＋n1）d＋ε πD 式中B卷筒宽度 mm H井筒提升高度 m L试验绳长，一般取30m n1摩擦圈数，取3 ε绳槽间隙，取3mm，其它同前 347.25＋30 B（ ＋3）28＋3 3.142.5 1583mm 通过计算可知，2.5米卷扬机宽度1.2米双卷筒需要双层缠绕。该矿井主井提升采用双层缠绕应该满足金属非金属矿山安全规程关于钢丝绳双层缠绕的有关规定。 查采矿手册第五卷表273，选择卷扬机型号为2JK2.5/20A双卷筒提升机，其相关技术参数为D2.5m、B1.2m，两卷筒中心距为d1.29m，最大静张力为90KN，最大静张力差为55KN，最大钢丝绳为31mm，最大提升速度为4.78m/S、3.8m/S，减速器型号为PTH900（2），传动比i20，电动机最大功率为223KW，转速580r/min。 5 天轮的选择 按照有关安全规程的要求，Dt≥80d绳、Dt≥1200δ钢丝，根据所选择的钢丝绳，钢丝直径δ1.8mm。因此 Dt≥80282240mm Dt≥12001.82160mm 根据有关人员商议及井下实际情况，天轮可以选择Dt2.5m。型号为TSG2500/30，采用四螺栓滚动轴承座，变位重量550kg，允许的钢丝绳全部钢丝破断拉力总和为66150kg。 从以上选择来看，钢丝绳直径基本满足选择的卷扬机、天轮直径的要求，但对钢丝绳钢丝直径的要求应不大于2.08毫米。 6 井架和提升机房的配置 6.1 井架 井架高度（天轮安装高度） 对于罐笼提升 hjahrhgj1/4Dt 式中hja井架高度 m hr提升容器全高（容器底部至连接装置最上面一个绳卡间的距离）m，厂家提供的数据为6.8～7.0m。 hgj过卷高度 m，安全规程规定Vm＜6m/s时，hgj≥6m Dt天轮直径 m 则hja7.06.01/42.513.6m 考虑到井上钢丝绳罐道液压拉紧装置的安装高度，现设计井口轨道面至天轮高度为18.25米，满足要求。 6.2卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离 bbmin≥0.6hja3.5D 式中符号同前 bmin≥0.6163.52.515.5m 为满足卷筒中心到提升中心的最少距离，卷筒中心到提升中心的距离b取27米。 6.3 钢丝绳的弦长计算 井架天轮安装在同一水平面但不同水平轴线上。 Lx1 √b-b’/2-Dt/22hja-C2-1/4D-Dt2 上出绳弦长 Lx2 √bb’/2-Dt/22hja-C2-1/4DDt2 下出绳弦长 式中b’两天轮的水平距离，与两天轮平面和提升容器进、出车方向的夹角α有关。0゜≤α≤90゜，根据现有卷扬机与井筒断面布置设计，α预取35゜。两提升中心距离为m1131mm。 b’msinθ-400cosθ1131sin35゜-400cos35648-327321mm C卷筒轴中心线高出井口水平的距离，根据有关安全规程规定，一般取C1～2m，取C1.0m进行计算。 Lx1 √27-0.321/2-25/2218.25-12-1/42.5-2.52 31.9 Lx2 √230.321/2-2.5/2218.25-12-1/42.52.52 31.8 6.2.4 钢丝绳偏角 选用双卷筒φ2.5m卷扬，在该井筒要做双层缠绕。因此，钢丝绳最大偏角计算以双层缠绕时计算。 B-S-a/2 1.2-1.155-0.09/2 tg-1α1 tg-1 tg-1 Lx2 31.8 1゜12＇9〃 S-a/2 1.155-0.09/2 tg-1α2 tg-1 tg-1 Lx2 31.8 0゜57＇34〃 式中S两天轮间距 1131cos35゜400sin35゜1155mm a两卷筒内缘间距 a 0.09m 根据计算钢丝绳偏角能够满足要求。 6.2.5 钢丝绳仰角 hja-c D-Dt ψ1arctg - arctg b-Dt/2 2Lx1 18.25-1 2.5-2.5 arctg - arctg 27-2.5/2 231.9 33゜49＇6〃 hja-c DDt ψ2arctg arctg b-Dt/2 2Lx2 18.25-1 2.52.5 arctg arctg 27-2.5/2 231.8 38゜18＇48〃 符合仰角大于30゜的要求。 7 提升运动学计算 7.1 提升速度 V0.30.5 H’ 式中0.30.5为系数，当H’＜200m时取下限，H’＞600m时取上限 H’加权平均提升高度 则V0.3√3295.44m/s 考虑到矿山的生产能力不是很大，根据提升机的绳速可选取Vm3.8m/s计算。 7.2 提升加速度 a加、a减0.5m/s2 7.3 提升时间平衡计算 罐笼提升一般采用三阶段速度图，平衡锤单容器提升速度图的计算与双容器提升相同，只是一次提升全时间为T2T1θ，其中θ为罐笼进出车的停歇时间，对单车双层罐笼双面车场、矿车容积小于0.75m3时θ35S 运动学计算表（计算329m一个高度） 计算项目 单罐提升计算公式 结 果 加、减速度（m/s2） a1a3 0.5 加、减速度时间（s） t1t3Vm/a 7.6 加、减速运行距离（m） h1h31/2Vt12 14.44 等速运速行距离（m） h2H-h1-h3 300.12 等速运行时间（s） t2 h2/Vm 79 一次提升运行时间（s） T1t1t2t3 94.2 停歇时间（s） θ 35 一次提升全时间（s） T2θT1 258.4 每小时提升次数ns ns3600/T 13 最低中段年提升能力表 万t 项目 中段 高度 加速度 速度 每小时 提升次数 Astrts 年提升量 An C -189米中段 329m 0.5m/s2 3.8m/s 13次 132.1833016.5 An 12.8 1.2 根据运动学计算可以看出，矿山生产能力满足要求。随着开拓深度下降，在矿山后期还可以将卷扬机提升速度提高到4.78米/秒，以满足矿山提升能力的需要。 8 提升动力学计算 8.1 预计电动机功率 为了计算电动机转子变位重量，必须先求得电动机容量，然后根据所求容量及其转速，预选出电动机。电动机近似容量按下式计算 KQVm N ρ （kw） 102η 式中Q一次提升量 Q 1806Kg K井筒阻力系数，罐笼取1.2 ρ动力系数，罐笼提升ρ1.3～1.4，取1.35计算 η减速器的传动效率，按二级传动η0.85 Vm3.8m/s 1.218063.8 N 1.35128.1KW 1020.85 根据预选电动机功率计算，初选电动机型号JR2-400M2-8型三相（380V）异步电动机。额定功率N190KW，转速750r/min，最大转矩/额定转矩比为1.8。 8.2 变位质量计算 8.3 单罐带平衡锤提升变位质量计算表 计算项目 计算公式 双卷筒 变位质量总和Kg ∑mQQgQkQc2Psl2mtmjmd 42537.5 有效装载量Kg Q 1806 罐笼与矿车质量Kg Qg Qk 3920 平衡锤质量Kg Qc 4823 两根钢丝绳质量Kg 2PsH0Lxi303πD1/2πDt 2498.5 两个天轮的变位质量Kg 2mt 1100 提升机转动部分变位质量Kg Mj 20710 电动机转子的变位质量Kg（类比） 4Jd mid i2 D2 Jd_电动机转子惯量 kg.m2 i减速比 7680 8.3 提升动力学计算 单罐带平衡锤提升动力学计算表（三阶段提升方式） 计 算 项 目 计 算 公 式 双卷筒 t1阶段开始（N） F19.8QTρSH∑ma1 63671 t1阶段终了（N） F1′9.8[QTρsH-2h1]∑ma1 62853 t2阶段开始（N） F29.8[QTρsH-2h1] 41585 t2阶段终了（N） F2′9.8{QTρs[H-2h2h1]} 40767 t3阶段开始（N） F39.8{QTρs[H-2h2h1]}-∑ma3 19498 t3阶段终了（N） F3′9.8QT-ρsH-∑ma3 2498 提升货物为主时QT0.7Qc0.748233376Kg ρs2.89Kg/m 8.4 等效力的计算 Fx ∑F2t Tx 式中Fx等效力N T x等效时间T x 1/2（t1t3）t2Q/3 329-28.88 35 7.6 3.8 3 98.3s ∑F2tABC 其中； F12F12 636712628532 A t1 7.6 2 2 40.539.5108 7.6304.2108 2 F22F2F2’F2’2 B t2 3 4158524158540767407672 791339.5108 3 F32F3’2 19498224982 C t3 7.6 2 2 14.7108 ∑F12t1658.4108 1658.4108 Fx1√ 4.11104 98.3 9 电动机容量校核及过载系数验算 9.1 电动机等效功率计算 FxVm Nx 1000η 411003.8 183KW＜190KW 10000.85 9.2 按力图过负荷计算 Fmax ＜0.85λ Fe Ne1000η 19010000.85 Fe 42500N Vm 3.8 式中Fe电动机额动拖动力 N λ过载系数 1.8 Ne额是功率 190KW Fmax 61427 1.44＜0.851.81.53 Fe 42500 9.3 按特殊力验算 Fs ≤0.9λ Fe 式中Fs特殊作用力N，Fs为把重罐从井口稍稍提起来，FsKQQgQk-ρsHg Fs1.2180627401180-2.893459.855612N Fs 55612 1.31＜0.91.81.62 Fe 42500 由以上验算可知原预选电动机能够满足提升要求 10 提升系统设计中的相关建议 1、由于公司已选定φ2.5米卷扬机作为提升系统的提升设备，本次计算是按照选定提升机进行罐笼、电机功率配置、钢绳的选型验算。通过计算推荐罐笼、电机、钢绳的型号以满足提升机的要求。 2、在提升容器选择时，如果罐笼选择轻型铝合金罐笼，还可以适当降低钢绳、天轮直径，电机的功率配置的要求。其相关技术数据要求重新计算，按十年周期进行经济技术指标比较。 二00九年五月十七日