磁窑堡煤矿C16采区主斜井提升系统的选型设计.doc

磁窑堡煤矿C16采区主斜井提升系统的选型设计 一、 概论 磁窑堡煤矿现主要开采扩建井的二号煤层，由于扩建井1100m水平以下的二号煤层已被划给了磁-羊技改井，到2010年年底扩建井主斜井将被综采采塌，为保证生产的顺利进行和延长矿井使用寿命，现正准备C16采区的开拓，下面就C16采区主斜井绞车选型进行选型设计计算。 二、 设计计算的依据 1. 矿井设计年产量An30万吨； 2. 工作制度年工作天数br330天;日净提升时间t16小时; 3.矿井斜长L600m,倾角θ20。; 4. 串车在井口栈桥上的运行距离LB35m;井底车场增加的运行距离Lh25m; 5. 矿井服务年限为12.3年; 6. 提升方式斜井单钩单绳串车提升; 7. 车场形式井口选煤楼为不摘钩的平车场;井口料场为甩车场;井底为平车场; 8. 提升容器MD3.3-6型3.3M3底卸式矿车,自重Qz1680kg;载重Qk 3.30.862.838t; 9. 散煤比重r0.86吨/m3; 三、提升机的选择 一、一次提升串车数的确定 1. 每小时提升量 2.一次提升提升量的确定 1 提升斜长Lt L＋LB＋Lh 600＋35＋25 660（m） 2 初步选择的最大速度Vm 煤矿安全规程规定斜井串车提升的最大速度不得超过5m/s,查JK型单绳缠绕式提升机,暂选Vm3.8m/s; ⑶一次提升循环时间的确定 Tq’ 0.263 Lt＋702 0.263660＋702 243.62 487.2s ⑷一次提升Q 式中 c－提升能力富裕系数,取c1.15 a提升不均衡系数,有井下煤仓取c1.15 3.一次提升串车数的确定 n Q/3.30.86 6.78/2.838 2.39辆 根据以上计算,可选择串车采用3辆MD3.3-6型3.3M3底卸式矿车; 二、提升钢丝绳的选择 1. 提升钢丝绳端静荷重 Qd nq＋q0 sinθf1cosθ 328381680sin20。0.015cos20。 135540.3420.01509397 135540.3569 4838kgf 式中 f1------提升容器在斜坡轨道上运动的阻力系数,f10.015 2. 钢丝绳悬垂长度 LC Lt 50 66050 710m 3. 钢丝绳单位长度的重量计算 P/K 1.1σB ma 4838 1.117000/6.5－710sin20。0.20cos20。 1.935kg/m 式中 f2-------钢丝绳在巷道内运行的阻力系数,取f20.2 根据以上所计算的钢丝绳单重及公称抗拉强度可选择石咀山恒力钢丝绳厂生产的67-24.5-155-I-GB1102-74型钢丝绳。全部钢丝的破断力总和QB34500kgf,d24.5mm,单重PK2.129kg/m; 3. 钢丝绳的安全系数 Qq ma Qd ＋ Lc Pk sinθ＋f2 cosθ 37850 4838＋710sin20。＋0.2cos20。 37850 4838＋376 7.26＞6.5 符合煤矿安全规程的规定。 三、提升机的选择 1. 滚筒直径 Dg ≥80d ≥8024.5 ≥1960mm 式中 d------提升钢丝绳直径,d24.5mm 可以选择滚筒直径为Dg 2000mm的单滚筒提升机; 2.滚筒的宽度 Lt＋Lm＋34πDg KcπDp 式中 Lm-------定期试验用的钢丝绳长度,一般取30m; 3---------为滚筒上缠绕的三圈摩擦绳; 4---------煤矿安全规程规定为每季度将钢丝绳移动1/4圈附加的钢丝绳圈数; ε--------钢丝绳在滚筒上缠绕时钢丝绳间的间隙,滚筒直径Dp2m, 取ε2mm; Kc---------钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数,C26采区主斜井倾角20度,提升长度大于600m,取Kc3; Dp----------钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径, Dp2.067m; 于是 660307π2 3π2.067 26.5 999mm 根据以上计算,查矿井提升机目录,可以选择2JK-2/20型提升机,技术性能为 型 号 滚 筒 钢丝绳最大静张力 钢丝 绳最 大静 张力 差 钢 丝 绳 直 径 钢丝 绳破 断力 总和 容绳量 最 大 提 升 速 度 电 机 功 率 电 机 转 速 机 器 总 重 量 机器旋转部分的变位重量 传 动 比 JK- 2/20 数 量 直径 宽 度 kg kg mm kg 一 层 二层 三层 m/s kw r/min kg kg 20 个 m m 6000 6000 24.5 34500 m m m 5 3.8 3.3 970 720 580 23100 6080 1 2 1.5 266 540 860 四、提升系统的确定 1. 天轮的选择 天轮直径Dt80d 8024.5 1960mm 查矿用固定天轮目录,可选择TSG-2000/13型固定天轮。 2. 井架高度的确定 Hj 50tg10。－1.0 8.8－1.0 7.8m 取8m; 式中 10。------井口与天轮中心之间提升钢丝绳的倾角, 一般为6～10。,此处取10。; 50------井口与天轮中心之间预选的提升斜长,取50m; 1.0------天轮的半径; 3. 提升机滚筒轴中心至天轮中心的水平距离Ls和弦长Lx的确定 单钩固定天轮提升按内外偏角不超过1。30/得 Lx 28.6m 取Ls 30m 作为提升机滚筒中心与天轮中心之间的水平距离,求得钢丝绳的弦长为 Lx √L2s＋｛（Hj＋Rt）－（C＋Rg）｝2 √312＋｛（8＋1）－（0.5＋1）｝2 √1017.25 31.89m 式中 C----滚筒主轴中心与基座的中心高,C0.5m; 4. 钢丝绳的内外偏角 tgα 0.0235 α 1.374。 1。22/26.4//＜1。30/ 符合煤矿安全规程的规定 5. 钢丝绳的出绳角 单滚筒为上出绳Φtg-1 tg-1 tg-10.25 14。2/10// 6. 提升主电动机预选 电动机功率Ns 233.3kw 查绕线式电动机 产品目录,可选用JR148-8型电动机,技术特征见下表 型号 容量 电 压 电 流 转 速 效 率 功率 因数 转子电压 转子 电流 额定转矩 转子 转动 惯 量 电机 重量 生产 厂家 JR148-8 kw V A r/min cos∮ V A 2.02 145 kg 沈阳电机厂 240 6000 30 735 90 0.81 392 372 3100 按电动机额定转数核算的提升钢丝绳最大运行速度Vmax πDgnd 60i π2735 6020 3.848m/s 五、提升系统的变位质量计算 一、变位重量的计算 1. 电动机的变位重量 GdGD2di2/Dg 2 145202/22 14500kg 2. 天轮的变位重量Gt 307kg 查表得 3. 提升机的变位重量Gj6080kg查表得 4. 提升钢丝绳的总长度 LkLc＋Lx＋7πD＋30 710＋32＋7π2＋30 816m 5.变位重量总计 ΣG nQz＋Qk＋LkPk＋Gt＋Gj＋Gd 32838＋1680＋8162.129＋307＋6080 ＋14500 13554＋1737＋24387 36178kg 二. 提升系统的变位质量 ΣM ΣG/g 36178/9.81 3687.87kg.S2/m 六. 提升系统的运动学 1. 重车在井底车场运行 1. 初加速阶段 时间t0 V0/a0 1.5/0.3 5s 距离L0 1/2V0t0 1/21.55 3.75m 2. 在车场内的等速阶段 距离 L01 LH-L0 25-3.75 21.25m 时间 t01 L01/V0 21.25/1.5 14.17s 2. 重车在井筒中运行包括井口栈桥部分 1. 在井筒内的加速阶段 时间t1 Vmax-V0/a1 3.848-1.5/0.5 4.7s 距离 L1 VmaxV0/2t1 3.8481.5/24.7 12.57m 2. 进入栈桥前的减速阶段 时间 t3 t1 4.7s 距离 L3 L1 12.57m 3. 重矿车在进入栈桥后的运行段 ①. 末减速阶段 时间 t5 t0 5s 距离 L5 L0 3.75m ②. 在栈桥上的低速等速运行段 距离 L4 LB –L5 35-3.75 31.25m 时间 t4 L4 /V0 31.25/1.5 20.83S 3. 在井筒内的等速阶段 距离 L2 Lt－LH＋LB＋L1＋L3 660－25＋35＋12.57＋12.57 574.86m 时间 t2 L2/Vmax 574.86/3.848 149.4s 3. 一次提升的循环时间 Td t0＋t01＋t1＋t2＋t3＋t4＋t5＋Θ2 5＋14.17＋4.7＋149.4＋4.7＋20.83＋5＋252 228.82 457.6s 七、提升系统动力学 为简化计算,钢丝绳及空、重矿车运行中的倾角虽有变化,全部按井筒的倾角 θ20。计算。 一. 重矿车在井底车场段 1. 提升开始时 F0 KnQz＋Qksinθ＋f1cosθ ＋LtPKsinθ＋f2cosθ＋∑Ma0 1.131680＋28380.3569 ＋6602.1290.5209＋3687.870.3 5321.2＋343.8＋1106.4 6771.4kgf 2. 初加速终了时 F0/ F0－PkL0sinθ 6771.4－2.1293.75sin20。 6768.7kgf 3. 低速等速开始时 F01 F0/－∑Ma0 6768.7－3687.870.3 6768.7－1106.4 5662.3kgf 4. 低速等速终了时 F01/ F01－PkL01sinθ 5662.3－2.12921.25 sin20。 5662.3－15.5 5646.8kgf 二.矿车在井筒中运行段 1. 主加速开始时 F1 F01/＋∑Ma1 5646.8＋3687.870.5 5646.8＋1844 7490.7kgf 2. 主加速终了时 F1/ F1－PkL1sinθ 7490.7－2.12912.57sin20。 7490.7－9.15 7481.6kgf 3. 等速开始时 F2 F1/－∑Ma1 7481.6－3687.870.5 7481.6－1844 5637.6kgf 4. 等速终了时 F2/ F2－PkL2sinθ 5637.6－2.129574.86 sin20。 5637.6－418.6 5219kgf 5. 减速开始时 F3 F2/－∑Ma1 5219－3687.870.5 5219－1844 3375kgf 6. 减速终了时 F3/ F3－PkL3sinθ 3375－2.12912.57 sin20。 3375－9.15 3365.9kgf 三、重矿车在栈桥上运行段 1. 末等速开始时 F4 F3/＋∑Ma1 3365.9＋3687.80.5 3365.9＋1844 5210kgf 2. 末等速终了时 F4/ F4－PkL4 sinθ 5210－2.12931.25 sin20。 5210－22.8 5187.2kgf 3. 末减速开始时 F5 F4/－∑Ma0 5187.2－3687.870.3 5187.2－1106.4 4080.8kgf 4. 末减速终了时 F5/ F5－PkL5 sinθ 4080.8－2.1293.75 sin20。 4080.8－2.73 4078.1kgf 四、等效力计算 ∑F2t 1/2F02＋F0/2t0＋1/2F012＋F01/2t01 ＋1/2F12＋F1/2t1＋1/3F22＋F2F2/＋F2/2t2 ＋1/2F32＋F3/2t3＋1/2F42＋F4/2t4 ＋1/2F52＋F5/2t5 0.56771.42＋6768.725＋0.55662.32＋ 5646.8214.17＋0.57490.72＋7481.624.7 ＋0.335637.62＋5637.25219＋52192149.4 ＋0.533752＋3365.924.7＋0.552102 ＋5187.2220.83＋0.54080.82＋4078.125 2.591667157＋7.08563947991＋2.35112084925 ＋49.30288443129＋2.3522719908 ＋10.41554051144＋2.533283828 229167893＋453071516＋263399574 ＋4360423146＋53391784＋562942665＋83209570 6005606148 Td 0.5t0t01t1 t3t4t5t21/3Θ 0.5514.174.74.720.835149.40.3325 0.554.4149.48.25 27.2157.65 184.85s Fdx √∑F2t/ Td √6005606148/184.85 √32489078.43 5700kgf 五、等效功率 Ndx FdxVmax/102η 57003.848/1020.90 238.9kw 从以上计算可知,所选电动机容量是合适的。 电动机的过载系数校验 λ/FmaxVmax/102ηNdx 7490.73.848/1020.9238.9 28824.2/21931.02 1.314≤0.92.021.818 是安全的; 由此可见,所选JR148-8型电动机是合适的; 八、实际提升能力计算 由于一次提升循环的实际时间为457.6s,为保证完成产量的一次循环时间则为487.2s.显然,本设计提升能力有较大的富裕量,这有利于矿井挖潜。 1. 每年实际提升能力An/ 3600brtQ An/ CTx 3600330148.514 1.15457.6 26.9万吨/年 2. 富裕系数at at An// An 26.9/20 1.39 九.耗电量计算 爬行段采用主电机控制,一次提升耗电量W W 1.02∫FdtVm/3600102ηjηd 式中 1.02------附属设备耗电量的附加系数 ηj-------减速箱的传动效率,二级传动ηj0.85 ηd-------电动机的效率,取ηd0.9 积分项∫Fdt按下式计算 ∫Fdt 1/2F0＋F0/t0＋1/2F01＋F01/t0＋1/2F1/＋F1//t1 ＋1/2F2/＋F2//t2＋1/2F3/＋F3//t3＋1/2F4/＋F4//t4 ＋1/2F5/＋F5//t5 0.56771.4＋6768.75＋0.55662.3＋5646.814.17 ＋0.57490.7＋7481.64.7＋0.55637.6＋5219149.4 ＋0.53375＋3365.94.7＋0.55210＋5187.220.83 ＋0.54080.8＋4078.15 33850.25＋80124.97＋35184.91＋810988.02 ＋15841.11＋108286.84＋20397.25 1104673.35kg.s W 1.02∫FdtVm/3600102ηjηd 1.021104673.353.848 36001020.850.9 15.43度/次 吨煤电耗w WW/Q 15.43/8.514 1.813度/吨 18