铜陵县东山煤矿—60暗立井提升设计

刘大学

0 概述

铜陵县东山煤矿位于天门镇境内，现开采水平为+50m——-60m，采用斜井提升，现上部开采已临近结束，为保证生产的正常接替，在-60m——-130m进行技术改造，设计生产能力90000T/a，拟采用双滚筒绞车作混合提升。

1 原始资料

1）矿井年产量A=90000T/a

2）年产矸石量Ag=A10%=9000 T/a

3）工作制度：年工作日nr=330d；日工作小时数nsh=16h

4）矿井开采水平：-60m——-130m，井深H=70m

5）散煤容重：1.1t/m3

6）矸石容重：1.7t/m3

2 确定提升容器

2.1 工作时提升量

Qsh=ɑf×C×（A+Ag）/（nr ×nsh）×g

=1.15×1.25×99000/（330×16）×9.8

=1.15×1.25×99000×/（330×16）×9.8=264.14KN/h

式中：ɑf ——提升能力富裕系数ɑf =1.15

C——提升不均匀系数 C=1.25

g——重力速度g=9.8N/Kg

2.2 一次合理提升量

Q=5.7 QshH■/1000=5.7×301.875× 70■/1000=4.977KN

选用GLG（S）-0.5-1-1罐笼，罐笼自重Qr=11.89KN，最大终端载荷26.428KN，面积1.85m2，载人9人，罐笼高度2.55m，选用XS55型楔形连接装置，连接装置高度为1.45m，选用B86-0511型防坠器，选用MG0.6-6固定式矿车，矿车容积为0.6 m3，自重Qc=3.74KN。

提煤一次重量Qm=0.6×1.1×0.8×g=5.1744KN，

提矸一次重量Qg=0.6×1.7×0.8×g=8.996KN。

0.8——装满系数

3 钢丝绳选择

3.1 钢丝绳的选择

P=（Qc+Qg+Qr）/（110ób/m-Hc）=（3.74+8.996+11.89）/（110×167/7.5 -83.5）=0.0104KN/m=10.4N/m

P——钢丝绳每米重量（N/m）

Qr——容器自重11.89KN

ób——钢丝绳公称抗拉强度167Kg/mm2

m——钢丝绳安全系数7.5

Hc——钢丝绳悬垂长度= Hj +Ht

Hj——反井高度13.5m

Ht——井筒深度70m

选择6×19S+FC—21.5钢丝绳，直径d=21.5mm，钢丝直径ó1=1mm，ó2=1.75mm，钢丝绳最小破断拉力总和Qp=266KN，钢丝绳每米长度重量Pb=17.591N/m。

3.2 验算安全系数m

3.2.1 提重物时

m=Qp/（Qc+Qg+Qr+PbHc）=266/（3.74+8.996+11.89+0.017591×83.5）

=10.2>7.5

3.2.2 提人时

m=Qp/（Qr+9×80g/1000+ PbHc）=266/（11.89+7.056+0.017591×83.5）

=13.03>9

4 选择提升绞车和天轮

4.1 圆柱形滚筒直径计算

1）D/d≥60

D≥60d=60×21.5=1290mm

2）D/ó2≥900

D≥900ó2=900×1.75=1575mm

选滚筒直径D=1600mm。

4.2 圆柱形滚筒宽度的计算

B=[（H+Lsy）/3.14D+n]（d+ε）=[（70+30）/3.14×1.6+3]（21.5+3）=561mm

Lsy——试验用钢丝绳长度30m

n——摩擦圈3圈

ε——钢丝绳绳圈间距3mm

选取滚筒宽度为900mm。

选取2JTPB1600×900型防爆绞车，绞车最大静张力Fjzd=45KN，最大静张力差Fczd=30KN；配ZL-1150减速机，减速比j=20。

4.3 绞车强度验算

4.3.1 最大静张力Fj

Qc+Qg+Qr+PbHc=3.74+8.996+11.89+0.017591×83.5=26.1KN<45KN

4.3.2 最大静张力差FC

Qc+Qg+Qr+PbHc-Qc-Qr=Qg+PbHc=8.996+0.017591×83.5

=10.47KN<30KN

强度符合要求。

4.4 天轮的选择

天轮直径与绞车卷筒直径相同，为Dt=1600mm。

5 提升机最大速度的确定

5.1 平均每小时提升次数n

n= Qsh/Qm=264.11/5.1744=51（次/小时）

5.2 平均提升一次所需总时间T

T=3600/n=3600/51=70.6（s）

5.3 提升一次实际运行时間Ty

Ty=T- T0=70.6-30=40.6s）

T0——休止时间，同侧进出车为30 （s）

5.4 平均提升速度VP

VP=H/ Ty=70/40.6=1.724m/s

5.5 近似最大提升速度Vzd

Vzd=ɑVP=1.25×1.724=2.155m/s

ɑ——速度系数，1.2——1.25

选绞车速度V=2.45m/s。

V=2.45m/s<0.5H■=4.18m/s，合格。

6 绞车与滚筒相对位置

6.1 反井高度

Hj=H2+H3+0.75Rt=2.55+1.45+4+0.75×1.6=9.2m

取Hj=13.5m

Hj反井高度m；

H2容器全高2.55+1.45m

H3过卷高度4m

6.2 绞车卷筒中心至井筒中心线间距离

l≥0.6 Hj+3.5+D=0.6×13.5+3.5+1.6=13.2m

取l=20m

6.3 钢丝绳弦长

L=[（Hj-C）2+﹙l-Rt﹚2]■=[（13.5-1）2+﹙20-0.8﹚2]■=22.9m

C——绞车主轴中心高出井口水平距离1—2m

6.4 钢丝绳仰角

β=acrTg﹙Hj-C﹚/﹙l-Rt﹚= acrTg12.5/19.2=33.1°

15 °<β=33.1°<45°，合格。

6.5 钢丝绳偏角

（1）外偏角ɑ1

ɑ1=arcTg[B/2-n﹙d+ε﹚]/L= arcTg[900/2-3×﹙21.5+3﹚]/22900

=1.05°<1.5°

（2）内偏角ɑ2

ɑ2= arcTgB/2L= arcTg0.9/（2×22.9）=1.126°<1.5°

6.6 钢丝绳长度LPb

LPb=H+Hj+0.75Rt+L+30+3×3.14×1.6

=70+13.5+0.75×1.6+22.9+3×3.14×1.6=122.672m

取钢丝绳长度LP=125m。

7 变位质量计算

7.1 直线运动部分变位重量∑Q′

∑Q′=Q+2Qr+2LPbPb=3.74×2+8.996+11.89×2+2×125×0.017591

=35.66KN

7.2 天轮变位重量

GT=2×90DTg/1000=90×1.6×9.8/1000=2.82224KN

7.3 卷筒变位重量

Gjt=2（400+80B）D2g/1000=2（400+80×0.9）×1.62×9.8/1000=23.68KN

7.4 电动机转子变位重量

（1）电动机近似功率N=KFCVzd/ηc=1.2×10.49×2.45/0.85=36.28KW

K——提升阻力系數1.2

ηc——减速器传动效率0.84—0.86

选取JBRO355-10-90KW电机，转速586rpm，转子惯量GDd2=1.55 KN*m2

最大过载系数λ=2.65。

（2）电机转子变位重量Gdz= GDd2 j2/D2=1.55×202/1.62=242.2KN

7.5 总变位重量∑G =∑Q′+GT+Gjt+Gdz=35.66+2.82224+23.68+242.2

=304.36KN

7.6 变位质量m=1000∑G/g=1000×304.36/9.8=31057.4Kg

8 提升运动学计算

8.1 加、减速的的确定

加、减速度α=0.5——1.0m/s2，取α=0.5m/s2

8.2 运动学计算（采用三阶段速度图）

加速阶段时间t1=Vzd/α=2.45/0.5=4.9s

加速阶段距离h1= Vzd t1/2=6m

减速阶段时间t3= Vzd/α=2.45/0.5=4.9s

减速阶段距离 h3= Vzd t3/2=6m

等速阶段距离h2=H-h1-h3=70-6-6=58m

等速阶段时间t2=h2 /Vzd =58/2.45=23.67s

一次提升实际运行时间Ty= t1+ t2+t3=4.9+23.67+4.9=33.47s

Ty=33.47s≤T-T0=70.6-30=40.6s，合格。

9 提升系统动力学计算

9.1 加速阶段

开始：α=α1；x=0；t=0

F1=KQ+PbHc+mα=1.2×8.996×103+0.0176×83.5×103+31057.4×0.5

=27793.5N

终了：α=α1；x=h1；t= t1

F1′= KQ+ Pb（H-2h1）+mα1

=1.2×8.996×103+0.0176×（83.5-2×6）×103+ 31057.4×0.5=27582.3N

9.2 等速阶段

开始：α=0；x= h1；t= 0

F2= KQ+ Pb（H-2h1）=1.2×8.996×103+0.0176×（83.5-2×6） ×103

=12053.6N

终了：α=0；x=h1+h2；t= t2

F2′= KQ+ Pb（H-2h1-2h2）

== 1.2×8.996×103+0.0176×（83.5-2×6-2×58） ×103=10876.4N

9.3 减速阶段

开始：α=α3；x=h1+h2；t=0

F3= KQ+ Pb（H-2h1-2h2）-mα3=1.2×8.996×103+0.0176×（83.5-2×6-2 ×58） ×103- 31057.4×0.5=-4652.3N

終了：α=α3；x=H；t= t3

F3′= KQ- PbH-mα3

=1.2×8.996×103-0.0176×83.5×103-31057.4×0.5=-4734.7N

10 提升电动机功率验算

10.1 计算电动机等效力

Fd=（∫0TyF2dt/Td）■

式中∫0TyF2dt=（ F12+F1′2）t1/2+（ F22+F2F2′+F2′2）t2/3+（F32+F3′2）t3/2

=3.675×108+12.966×108+1.087×108=17.728×108N2s3

Td=α（t1+ t3）+t2+βt0=0.5（4.9+4.9）+23.67+30/3=38.57s

Fd=（17.727×108/38.57）■=6779.42N

α——加、减速阶段运行速度较低散热不良系数0.5

β——休止时间内散热条件不良系数1/3

10.2 提升电动机等值功率Na

Na= FdVzd/1000ηc=6779.42×2.45/1000×0.85=19.54KW

10.3 电动机容量校验

（1）发热条件

N/Na=90/19.54=4.6>1.1

（2）正常过负荷能力

Fzd/Fe≤ 0.75 λ

Fzd——力图中最大拖动力16779.7N

Fe=1000ηcN/V=1000×0.85×90/2.45=31224.5N

Fzd/Fe=27793.5/31224.5=0.89≤0.75 ×2.65=1.9875

（3）特殊情况过负荷能力

特殊情况发生在单罐提升矸石时

FT=1.1（3.74+8.996+11.89+0.017591×83.5） ×1000=28710N

FT/Fe=28710/31224.5=0.919≤0.9 λ=0.9×2.65=2.385

所选电动机符合要求。

11 提升设备电耗量和效率计算

11.1 提升一次有益电耗

Wy=QmH/1000×3600=5174.4×70/1000×3600=0.1度/次

11.2 一个提升周期电动机自电网所取得的全部能量

Ww=Vzd∫0TyFdt/3600×ηcηd

∫0TyFdt=（F1+F1′）t1/2+（F2+F2′）t2/2+（F3+F3′）t3/2

=55375.8×4.9/2+22930×23.67/2-9387×4.9/2=384049.11N

Ww=2.45×384049.11/1000×3600×0.85×0.92=0.334度

考虑辅助电器设备电耗和输电损失，一次提升实际总耗电量

W=1.03 Ww/ηw=1.03×0.334/0.95=0.362度

1.03——辅助电气设备电耗量附加系数，ηw——电网效率

11.3 吨煤电耗

W′=W/Qm=0.362/0.528=0.686度/吨

[责任编辑：丁艳]