产量为60万吨的煤矿矿井设计.doc

一、绪 论矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备占有特殊地位是井下与地面联系的主要工具。矿山提升设备的用途是沿井筒提运矿石和废石，升降人员下放材料工具和设备。矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障就会造成停产甚至人身伤亡。为了保证生产和人员的安全，所以对矿山提升设备要求运行准确，安全可靠，必须配有性能良好的控制设备和保护装置。矿山提升设备的耗电量一般占总耗电量的30%40%，所以为了降低矿石的成本必须经济合理地选择和使用矿山提升设备。矿山提升设备又是矿井最大的固定设备之一，是一套较复杂的机械电气机组。早在公元前，我国劳动人民就用作为提水工具，据记载，800多年前我国的采矿工业就采用辘轳来提升矿石和人员等，以后又发展成畜力提升机。19世纪，随着蒸汽机的出现，资本主义国家采用了蒸汽拖动的矿井提升机(直至目前在国内外一些矿山还能看到)，使提升机的能力大大提高。后来又出现了电动机利用电力拖动机。由于电力拖动无论在效益上还是在使用条件上都优于蒸汽拖动，因此电力拖动提升机迅速取代了蒸汽拖动提升机。随着电动机和电子技术的发展，目前的电力拖动矿井提升机与原始的电力拖动提升机已有很大不同。尤其是近几十年来，微电子和计算机技术的迅速发展，便矿井提升机可以实现全自动化运行，可以记录机器运行参数和各种生产指标以及进行数据综合与处理，并具有为保证设备安全可靠运行的各种保护系统，使提升机运行与整个矿井系统连接，联成一个自动运行系统。 从提升机的结构和品种方面的发展来看，首先出现的是单绳缠绕式圆柱形单筒提升机，1876年德国人戈培利用摩擦原理，制造出单绳摩擦式提升机。这种提升机用一根提升钢丝绳，绳的两端分别各联接一个提升容器，而提升钢丝绳则搭挂在轮上，摩擦轮转动时，轮上的提升钢丝绳因摩擦力而随摩擦轮一起转动，使绳上两端的提升容器一个上升，一个下降，摩擦轮反转时，提升容器运行方向也相反。由于轮提升钢丝绳不缠绕在轮上，提升高度(或距离)与摩擦轮尺寸无直接关系。所以摩擦提升机特别适合于较深矿井中。为纪念戈培的功绩，人们常把单绳摩擦轮式提升机称作“戈培轮式提升机。以后，随着矿井生产的发展和技术的进步，缠绕式卷筒提升机和摩擦轮式提升机又各有其不同的发展。缠绕式由单筒发展到双筒，为适应提升距离增加和节省电能的需要，又发展了圆锥形、圆柱圆锥形、双圆柱圆锥形及单简可分离式卷筒提升机等不同结构形式。继1876年戈培轮式提升机问世后，1938年又出现了多绳摩接式矿井提升机，这不仅扩大了摩擦提升机的应用范围，而且使提升机的结构尺寸和提升能力大幅度提高，从而为采用大提升量容器创造了条件，并提高了安全可靠性。但这种提升机真正在世界各国推广使用还是在19世纪50年代以后。随着世界采矿业的发展，开采深度不断提高。在南非金矿，一次提升高度已达2440m，这对一般单绳缠绕式提升机来说是不能胜任的。即使采用多绳摩擦式提升机也出现过不少尾绳事故。后来又出现了适合超深井的双绳缠绕的布雷尔式提升机。事物是不断发展的，矿井提升机也一样，其类型、结构形式等都在日新月异地向前发展。目前，矿井提升设备是向体积小，重量轻能力大安全可靠和高度自动化的方向发展。矿山提升设备的主要组成部分是：提升容器，提升钢丝绳，提升机，井架和天轮以及装卸载附属装置等。 设计计算及说明 结果二、 选型设计的基本要求 矿井提升设备选型是否合理，直接影响到矿井的安全生产、基建投资、生产能力和吨煤成本。所以在选型设计之前，必须进行认真的技术方案比较，使设计方案真正达到技术与经济上的合理。矿井提升设备的合理设计，主要取决于确定合理的提升系统，即设计矿井采用几套提升设备、提升设备的类型（单绳缠绕式还是多绳摩擦使）以及提升式（采用箕斗还是罐笼）。一般情况下，年产量在30万吨及其以上的大中型矿井，由于提升任务重，可设两套提升设备，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。对于年产量超过180万吨的特大型矿井，主井可采用两套箕斗提升设备，副井除配备一套提升设备以外，有时尚需设置一套带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升。对于年产量小于30万吨的矿井可采用两套普通的罐笼提升设备，若一套提升设备能够完成任务，也可采用一套普通罐笼提升。对于大中型矿井，决定其提升方式时，还应考虑以下几个因素：（1）如果煤的品种较多，且要求不同品种分别运出时，应采用罐笼提升为宜；（2）如果对煤由块度要求且要求较高时，宜采用罐笼提升；（3）地面生产系统靠近井口，采用箕斗可简化煤流过程；若远离井口，并需窄轨运输，则宜采用罐笼提升；（4）对于采用单容器提升还是双容器提升，主要取决于同时开采的水平数，对于煤矿多数以单水平开采，故一般采用双容器提升。当多水平提升时，一般采用单容器加平衡锤的提升系统；（5）多绳摩擦式提升机具有诸多优点。在立井提升中，一般当年产量在60万吨及其以上，井深有在以上时，采用多绳提升为好。如果井深更大，即使年产量较小，也以多绳摩擦提升为宜。对于斜井或较浅的立井均应采用单绳缠绕式提升设备。（6）对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和带式输送机三种。串车一般用于井筒倾角小于的矿井。对于年产量在21万吨及其以下的矿井，一般采用单钩串车提升；当年产量达30万吨，而提升距离较短时，一般采用双钩串车提升。箕斗提升一般用于年产量45万吨以上，井筒倾角大于的矿井，箕斗一般采用后卸式箕斗。带式输送机一般用于产量较大，距离较长的斜井中。以上仅是一般的设计原则，在具体设计时，必须根据矿井的具体条件，提出若干可能方案，对基本投资、运转费、技术的先进性等诸方面进行技术比较后确定。同时还要考虑到我国提升设备的生产和供应情况，才能确定比较合理的方案。根据设计的任务要求和具体的生产条件，本设计是针对副井提升设备的选型设计。基于以上的设计原则，本提升设备采用单绳缠绕式双罐笼提升设备。三、设计依据 1） 矿井年生产量万吨；2） 提升机工作制度为年工作日天，每天工作小时；3）单水平提升，井筒深度Hs=200m；4）井筒直径4.5m5）箕斗卸载高度为Hx=23m；6）箕斗装载深度为Hz=22m;7）松散煤的密度为900kg/m3;8） 采用双滚筒单绳缠绕式提升；四、提升方式的确定提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有着密切关系。因此在新井设计时，对提升方式要全面综合考虑。在合理确定提升方式时，原则上要考虑以下诸因素：（1） 竖井提升可采用单绳缠绕式提升机，亦可采用多绳提升机或双筒双绳缠绕式(市雷尔式)提升机。单绳缠绕式提升机一般用于井深小于600m的矿井；多绳摩擦轮提升机多用于井深3001400m的矿井，布雷尔式提升机目前仅在井深大于1000m的矿井中使用。（2） 提升容器一般根据矿井年产量和井筒深度来选择。金届矿山的设计经验定明，产量在700td左右，井深在300m上下，一雕可考虑采用罐笼提升而产量大于1000td，井深大于300圆时宜采用箕斗提升。（3） 对于不易粉碎，或含泥水较多的矿石，或提升物料品种多于两种时，宜采用罐笼提升。 （4） 按冶金矿山安全规程规定，凡进风用的提升井只能采用罐笼提升，禁用箕斗提升矿物。（5） 对于箕斗提升：当矿石块度为400一500mm时，应选用翻转式箕斗；当矿石块度控制在350mm以下时，可选择底卸式箕斗。（6） 罐笼箕斗组合式容器，国外使用较多， 一般罐笼放在箕斗上边。罐笼有单层、双层或三层的， 箕斗有翻转式或底卸式的。国内部分改建矿山有的采用罐笼箕斗组合式也有的采用一端罐笼，一端箕斗的。（7） 从节能和安全角度出发，竖井单绳提升一般采用双钩提升，而不采用单钩提升。但在多水平提升时，最好采用带平衡锤的单钩提升。 （8） 一般情况下主井均采用箕斗提升方式。因为这种方式提升能力大、运转费用低，此外易于实现自动化控制。（9） 定斜井提升的合理方式，一般来说,小型矿井主井多用串车。产量较小时还可考虑单钩。大型斜井提升宜用胶带远脑机及双钩箕斗井筒倾角过大，中等井型也可使用箕斗提升方式，以防矿物洒出。斜井副井升降人员时则采用人车。以上所述为确定提升方式的一般原则。在具体设计工作中，应根据实际情况，结合矿井条件，综合考虑确定。对于新并没计，应参照定型成套装备的有关规定来确定提升方式，并尽量选用定型设备。双卷筒提升机的两个卷筒在与轴的连接方式上有所不同，其中一个卷筒通过楔键或热装与主轴连接在一起，称为固定卷筒，又称为死卷筒；另一个卷筒滑装在主轴上，通过离合器与主轴连接，故称之为游动卷筒，又称为活卷筒。采用这种结构的目的是考虑到在矿井生产过程中提升钢丝绳在终端载荷作用下产生弹性伸长，或在多水平提升中提升水平的转换，需要两个卷筒之间能够相对转动，以调节绳长，使得两个容器分别对准井口和井底水平。本设计选择缠绕式双滚筒提升方式。五、提升容器的选择及计算 箕斗是单一用途的提升容器，仅用于提升煤炭或矿石。其结构和工作示意图如图1-1所示。我国煤矿广泛采用固定斗箱底部卸载式箕斗，其优点是闸门结构简单、严密，闸门向上关闭冲击小，当煤仓已满，煤为卸载完毕时，箕斗产生断绳的可能性很小。箕斗闸门开启主要借助煤的压力，因而卸载时传递到卸载曲轨上的力较小，改善了井架受力状态。 图1-1 单绳缠绕式提升机箕斗提升系统1-提升机；2-天轮；3-井架；4-箕斗；5-卸载曲轨；6-煤仓；7-钢丝绳；8-翻笼；9-煤仓；10-给煤机；11-装载设备 1.确定合理的经济提升速度 2.估计一次合理经济提升循环时间 3.估计一次经济提升量 4.根据选择提升箕斗 查箕斗规格表选用型立井单绳提煤箕斗，其规格如下： 名义吨位为：6t/次 有效容积为：6.6 箕斗全高为：9.45m 箕斗自身重量为：5000kg 箕斗中心距为： 1870mm 箕斗实际载荷量为： 5.根据所选箕斗的实际载货量m计算提升机提供的速度 所需一次提升循环时间： 是选择提升机标准速度的一个依据。在选出提升机后，可根据 从提升机规格表中选用与相近的标准提升速度。六、选择提升钢丝绳 1.计算钢丝绳的绳端载荷质量 2.计算钢丝绳的最大悬垂长度3. 4. 计算钢丝绳的单位长度质量 查钢丝绳规格表选用钢丝绳：37NAF 619 股（ NF1665ZZ876487.1GB1102-74 。 5.验算钢丝绳安全系数 即所选钢丝绳满足要求。七、选择提升机和天轮 1.确定提升机滚筒直径 2.计算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差 3.确定减速器传动比 根据上面计算的，在提升机规格表中选用与其相近的标准速度，则即随之确定减速器的传动比i。 4.根据计算的D、选择提升机 查提升机规格表选用：提升机：D=3.0m，变为质量 ，B= 1.5m，减速器许用最大转矩, ,两滚筒中心距为1628mm。 5.验算滚筒宽度 首先考虑作单层缠绕 又以上计算知单层缠绕不下，需考虑采用双层缠绕 式中 因该提升机用于专门提煤，故采用双层缠绕符合安全规程要求。 6.计算天轮直径 7.选择天轮 根据计算的天轮直径，查天轮规则表选用天轮,其中；变为质量。八、计算提升机与井筒的相对位置 1.计算井架高度 2.计算滚筒中心至井筒提升中心的距离 3.计算钢丝绳的弦长 4.钢丝绳的内、外偏角计算 因为是双层缠绕，故钢丝绳按缠绕满滚筒考虑 外偏角 式中 内偏角 5验算提升机滚筒的下出绳角 滚筒下出绳角满足要求。 6.提升机与井筒相对位置图 九、初选提升电动机 1.估算电动机功率 2.估算电动机转速 3.选电动机根据N、n及矿井电压等级6kv，查电动机规格表选用JRQ-158-8三相绕线型异步电动机;4.确定的、提升机的实际最大提升速度 十、计算提升系统的变位质量 1.直线运动部分的变位质量 其中 2.旋转运动部分的变位质量 天轮 ： 提升机（包括减速器）： 电动机转子的变位质量： 3.总变位质量 十一、提升运动学与动力学计算 （一）运动学计算 1.加速度的确定 （1）初加速度的确定 选取箕斗出曲轨时的速度，箕斗在卸载曲轨内的行程为，则 （2）确定主加速度 主加速度按下面三个条件计算，取最小值： 第一，按一般在主井专提物料时： 第二，按减速器输出轴允许的最大转矩： 第三，按充分利用电动机过负荷能力 根据以上计算，选取主加速度为： 2.提升减速度的确定 首先考虑采用最经济的自由滑行方式 式中 。 3.速度图参数的计算 曲轨中初加速度时间 箕斗在卸载曲轨中的实际行程 主加速时间 主加速阶段行程 主减速阶段时间 主减速阶段行程 爬行阶段行程：考虑到电控系统自动二次给电，则 。 爬行时间 等速阶段的行程 等速阶段时间 抱闸停车时间 一次提升循环时间 此值小于选择容器时所估算的一次提升循环时间,故知以上运动学参数选择合适的。 根据以上计算的各参数，可以画出提升速度图。 4.提升设备生产能力 小时生产能力 年实际提升能力 提升能力富裕系数 (二) 动力学计算 1.初加速阶段 2. 主加速阶段 3.等速阶段 = 4.减速阶段 由于采用自由滑行减速方式主电机已从网上断开，故无需拖动力，即 5.爬行阶段 将以上计算结果做出提升力图。十二、电动机功率验算 （一）按电动机允许发热条件验算 1.求 2.等效时间 = 3.求等效力 4.等效功率 因前面预选的电动机额定功率为， 所以（电动机允许发热条件满足要求）。 （二）按正常运行时电机过负荷能力验算 其中最大拖动力 满足要求。 （三）特殊过负荷能力验算 因为 所以满足要求。十三、电耗及效率计算 1.每提升一次电耗 2.吨煤电耗 3.年电耗 4.一次提升有益电耗 5.提升设备的效率 提升机械设备选型设计完成。 D=2960mmD=2880mm D=2960mmD=2880mm