第七章立井提升設(shè)備選型設(shè)計

/第七章立井提升設(shè)備選型設(shè)計4課時第一節(jié)豎井提升容器的選擇一、提升容器的比較及其應(yīng)用范圍提升容器主要是底卸式箕斗和一般罐籠。箕斗的優(yōu)點是：質(zhì)量輕，所需井筒斷面積小，裝卸載可自動化，且時間短，提升實力大?；返娜秉c是：井底及井口須要設(shè)置煤倉和裝卸載設(shè)備，只能提升煤炭，不能升降人員、設(shè)備和材料，井架較高，須要另設(shè)一套幫助提升設(shè)備。罐籠的優(yōu)點是：井底及井口不需設(shè)置煤倉，可以提升煤炭、矸石，下放材料，升降人員和設(shè)備，井架較矮，有利于煤炭分類運輸，罐籠的缺點是：質(zhì)量大，所需井筒斷面積大，裝卸載不能自動化，而且時間較長，生產(chǎn)效率較低。選擇箕斗還是選擇罐籠，須要依據(jù)多方面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定。二、主井箕斗規(guī)格的選擇進(jìn)行提升設(shè)備選型設(shè)計時，礦井年產(chǎn)量An和礦井深度Hs為已知條件。當(dāng)提升容器的類型確定后，還要選擇容器的規(guī)格。在提升任務(wù)確定之后，選擇提升容器的規(guī)格有兩種狀況：一是選擇較大規(guī)格的容器，一次提升量較大，則提升次數(shù)少。這樣，因為一次提升量較大，所需的提升鋼絲繩直徑和提升機(jī)直徑較大，因而初期投資較多。但提升次數(shù)較少，運轉(zhuǎn)費用較少。二是選擇較小規(guī)格的容器，狀況和上述的相反，因而初期投資較少，而運轉(zhuǎn)費用則較多。那么，應(yīng)當(dāng)如何選擇提升容器的規(guī)格才是合理的呢?其原則是：一次合理提升量應(yīng)當(dāng)使得初期投資費和運轉(zhuǎn)費的加權(quán)平均總和最小。為了確定一次合理提升量，從而選擇標(biāo)準(zhǔn)的提升容器，可按以下步驟計算：(1)確定合理的經(jīng)濟(jì)速度Vj和一次合理提升量相對應(yīng)的，有一個合理的經(jīng)濟(jì)速度。經(jīng)探討證明，合理的經(jīng)濟(jì)速度Vj可用下式計算：（１－１）式中：H為提上升度，m，H=Hz+Hs+Hx；Hz為裝載的高度，m，Hz=18~25m，Hs為礦井的深度，m，Hx為卸載高度，m，Hx=15~25m。(2)估算一次提升循環(huán)時間（１－２）式中：a為提升加速度，一般a=0.8m/s2；μ為箕斗低速爬行時間，一般取μ=10s；θ為箕斗裝卸載休止時間，一般取θ=10s。(3)計算小時提升量As（１－３）式中：C為提升不均衡系數(shù)；An為礦井設(shè)計年產(chǎn)量；af為提升富有系數(shù)；ts為提升設(shè)備每天工作小時數(shù)，一般為14h；br為提升設(shè)備每年工作日數(shù)，一般為300天(4)計算小時提升次數(shù)ns（次）（１－４）(5)計算一次合理提升量（１－５）依據(jù)式（1-5）求出的一次合理提升量，查表選取和相等或接近的標(biāo)準(zhǔn)箕斗，其名義裝載量可以大于或小于。在不加大提升機(jī)滾筒直徑的條件下，應(yīng)盡量選用大容量箕斗，以較底的速度運行，降低能耗，削減運轉(zhuǎn)費用。(6)計算一次實際提升量選取標(biāo)準(zhǔn)箕斗后，依據(jù)所選箕斗的有效容積和煤的松散容重計算一次實際升量Q（１－６）式中：γ為煤的松散容重，V為標(biāo)準(zhǔn)箕斗的有效容積。三、副井罐籠的選擇副井罐籠規(guī)格的選擇按如下規(guī)定確定：(1)依據(jù)井下運輸運用的礦車名義載重量(主井為箕斗提升時按幫助運輸?shù)V車名義載重量)確定罐籠的噸位；(2)依據(jù)運輸最大班下井工人的時間不超過40min或每班總作業(yè)時間是否超過5h來確定罐籠的層數(shù)。一般應(yīng)先考慮單層罐籠，不滿足要求時再選擇雙層罐籠。此外，罐籠的選擇還應(yīng)考慮如下規(guī)定：(1)升降工人的時間，按運輸最大班下井工人時間的1.5倍計算；(2)升降其他人員的時間，按升降工人時間的20％計算。升降人員的休止時間按下列規(guī)定取值；單層罐籠每次升降5人及以下時，休止時間為20s，超過5人，每增加1人增加ls；雙層罐籠升降人員，如兩層同時進(jìn)出人員，休止時間比單層增加2s信號聯(lián)系時間。當(dāng)人員只從一個平臺選出罐籠時，休止時間比單層增加一倍，另外增加6s換置罐籠時間；(3)一般罐籠進(jìn)出材料車和平板車休止時間為40～60s；(4)提升矸石量按日出矸石量的50％計算；運輸坑木、支架按日需量的50％計算；(5)最大班凈作業(yè)時間為上述各項提升時間和休止時間之和，一般不得超過5h；(6)能夠運輸井下設(shè)備的最大和最重部件；(7)對于混合提升設(shè)備，每班提煤和提矸時間均應(yīng)計人1.25不均衡系數(shù)，其提升實力不宜超過5.5h。其次節(jié)提升鋼絲繩的選擇計算提升鋼絲繩的選擇計算是提升設(shè)備造型設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。鋼絲繩在運轉(zhuǎn)中受有許多應(yīng)力的作用和各種因素的影響，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和擠壓應(yīng)力等，磨損和銹蝕也將損害鋼絲繩的性能。綜合考慮以上應(yīng)力因素的精確計算是很困難的，目前國內(nèi)外都是按靜載荷近似計算的。我國是按《煤礦平安規(guī)程》的規(guī)定來設(shè)計的，其原則是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮確定的平安系數(shù)來進(jìn)行計算。平安系數(shù)是指鋼絲繩鋼絲拉斷力的總和和鋼絲繩的計算靜拉力之比。但是應(yīng)當(dāng)留意，平安系數(shù)并不代表鋼絲繩真正具有的強(qiáng)度儲備，只不過表示經(jīng)過實踐證明在此條件下鋼絲繩可以平安運行。一、單繩纏繞式(無尾繩)立井提升鋼絲繩選擇計算圖2-5所示為一立井單繩提升鋼絲繩計算示意圖。鋼絲繩的最大靜拉力作用于A點處，其值為：(2-1)圖2-5鋼絲繩計算示意圖式中：為鋼絲繩承受的最大計算靜載荷；為一次提升的有益載荷為容器質(zhì)量；為鋼絲繩每米重力；為鋼絲繩懸垂長度，。為井架高度；礦井深度；為容器裝載高度。圖2-5鋼絲繩計算示意圖依據(jù)《煤礦平安規(guī)程》對平安系數(shù)的規(guī)定，必需滿足下式：（2-3）式中：ma為新鋼絲繩的平安系數(shù)。一般鋼絲繩的平均比重近似取0.09N／cm3，于是有下式：（2-4）將式(2－4)代入式(2—3)并化簡整理得：（2-5）代人γ0的值后，得出選擇每米鋼絲繩重的公式為：（2-6）由于實際所選鋼絲繩的γ0不愿定是0.09N／cm3，因此所選繩是否滿足平安系數(shù)的要求必需按實際所選每米繩重按下式進(jìn)行驗算，即所選繩的實際平安系數(shù)為：（2-7）二、多繩摩擦提升鋼絲繩計算特點圖2-6所示為多繩摩擦提升鋼絲繩計算示意圖，圖中是尾繩環(huán)高度，可按下式計算：式中：為過卷高度，m，S為兩容器的中心距，m；為容器卸載位置至天輪中心線的距離，m，為容器卸載高度，m。圖2-6中的為尾繩最大懸垂長度，m。多繩摩擦提升鋼絲繩計算特點為：(1)有n根提升鋼絲繩，每根繩承受的終端載荷為(Q+Qz)/n；(2)有n1根尾繩，設(shè)每根尾繩每米重力為qN／m，而且依據(jù)主、尾繩每米重力的不同，又有等重尾繩np=nlq、輕尾繩np>nlq和重尾繩np<nlq之分。一般多接受等重尾繩，重尾繩有時也有接受，但輕尾繩則很少接受。因此下面也分兩種狀況來分析。圖2-6多繩摩擦提升鋼絲繩計算示意圖①圖2-6多繩摩擦提升鋼絲繩計算示意圖計算公式：（2-8）驗算公式：（2-9）②重尾繩狀況:計算公式（2-10）驗算公式（2-11）第三節(jié)提升機(jī)的選型計算選擇提升機(jī)的主要參數(shù)有：卷簡直徑D；卷筒寬度B;提升機(jī)最大靜張力Fjmax及最大靜張力差Fjc。其中卷筒直徑D為選擇提升機(jī)規(guī)格型號的依據(jù)；其他三個參數(shù)為校核參數(shù)。選擇提升機(jī)卷筒直徑的主要原則是：使鋼絲繩在卷筒上纏繞時所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過大，以保證提升鋼絲繩具有確定的承載實力和運用壽命。理論和實踐已證明，繞經(jīng)卷筒和天輪的鋼絲繩，其彎曲應(yīng)力的大小及其乏累壽命取決于卷筒和鋼絲繩直徑的比值。圖3-2所示是鎖股(密封)鋼絲繩進(jìn)行彎曲試驗的結(jié)果，由圖示可知，在同一鋼絲繩直徑條件下，卷簡直徑愈大，彎曲應(yīng)力愈??；在相同卷簡直徑條件下，繩徑愈小，彎曲應(yīng)力愈小，即比值D／d愈大，彎曲應(yīng)力愈小。圖3-3所示為在不同的D／d彎曲條件下，鋼絲繩試驗載荷和其耐久性的關(guān)系。由圖3-3可知，在試驗載荷相同時，D／d愈大，鋼絲繩所能承受的反復(fù)彎曲次數(shù)愈多，乏累壽命愈長。圖3-3不向的D/d時載荷和耐久性的關(guān)系圖3-2鋼絲繩彎圖3-3不向的D/d時載荷和耐久性的關(guān)系圖3-2鋼絲繩彎曲應(yīng)力圖對于安裝在地面的提升機(jī)，其直徑和鋼絲繩直徑的關(guān)系如下：(3-1)(3-2)式中：D′為提升機(jī)卷筒直徑；d為提升鋼絲繩直徑；δ為提升鋼絲繩中最粗鋼絲繩直徑。對于安裝在井下的提升機(jī)則有：(3-3)(3-4)選定了標(biāo)準(zhǔn)卷簡直徑后，卷筒的標(biāo)準(zhǔn)寬度B則為巳知，然后依據(jù)實際須要在卷筒上纏繞的鋼絲繩長度來計算卷筒的實際寬度B’。在提升機(jī)卷筒上應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩：(1)提上升度H，m;(2)提升鋼絲繩試驗長度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉5m，按提升鋼絲繩的運用壽命為三年計，則試驗長度為30m；(3)為了削減鋼絲繩在卷筒上固定處的拉力，鋼絲繩在卷筒上松繩時，不能全部松放，應(yīng)在卷筒表面保留三圈摩擦圈，則卷筒的實際容繩寬度B'為：(3-５)式中：H為提上升度；D為提升機(jī)卷筒直徑；d為提升鋼絲繩直徑；ε為提升鋼絲繩繩圈間的間隙，一般為2-3mm，卷筒直徑較大時，取大值。假如B′<B，則所選提升機(jī)滿足寬度要求，如小許多，可適當(dāng)加大繩圈間隙。假如B′>B：若提升機(jī)用于有升降人員的豎井副井提升，依據(jù)《煤礦平安規(guī)程》規(guī)定，鋼絲繩在卷筒上只能纏繞一層。但是假如B′比B稍大一點，所選提升機(jī)仍可滿足寬度要求，但是要是B′-B的差值短暫固定在卷筒內(nèi)。假如B′-B的差值較大，則所選提升機(jī)的寬度不滿足要求，則應(yīng)實行措施：一是另選強(qiáng)度較高的提升鋼絲繩型號；二是把提升機(jī)卷筒直徑增大一級。重新計算B′到滿足B′<B為止。若提升機(jī)用于豎井主井提升，當(dāng)提升鋼絲繩在卷筒上作單層纏繞時，當(dāng)B‘>B。依據(jù)《煤礦平安規(guī)程》規(guī)定：豎井主井提升的提升鋼絲繩可在卷筒上纏兩層，作雙層纏繞時，提升鋼絲纏在卷筒上的實際纏繞寬度B'可按下式(3-6)式中：Dp為平均纏繞直徑；K為纏繞層數(shù)；n′為錯繩圈數(shù)。其中：（3-7）為了避開繩圈總在一個地方過渡，每季度要將提升鋼絲繩錯動1／4圈，依據(jù)提升鋼絲繩的運用年限，一般取n'=2～4圈。為了保證提升機(jī)在其設(shè)計強(qiáng)度范圍內(nèi)工作，使提升機(jī)的工作負(fù)荷不超過其設(shè)計值