礦井提升及運(yùn)輸設(shè)備選型設(shè)計

第18次課2011年3月日章題目第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計方式課堂模塊礦山提升設(shè)備選型設(shè)計方法啟發(fā)式、舉例單元第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計手段多媒體+板書教學(xué)目的1、掌握選型設(shè)計的基本原則、依據(jù)與主要內(nèi)容2、掌握提升容器的選擇計算3、掌握提升鋼絲繩的選擇計算教學(xué)基本內(nèi)容1、選型設(shè)計的基本原則、依據(jù)與主要內(nèi)容2、提升容器的選擇計算3、提升鋼絲繩的選擇計算重點(diǎn)1、選型設(shè)計的基本原則、依據(jù)與主要內(nèi)容2、提升容器的選擇計算3、提升鋼絲繩的選擇計算難點(diǎn)1、提升容器的選擇計算2、提升鋼絲繩的選擇計算內(nèi)容拓展選型設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和科研實際參考教材1、謝錫純.礦山機(jī)械與設(shè)備，中國礦業(yè)大學(xué)出版社。2、洪曉華.礦井運(yùn)輸提升.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，20053、劉勝利.礦山機(jī)械，煤炭工業(yè)出版社。作業(yè)上次課內(nèi)容回顧及本次課內(nèi)容引出：（5分鐘）1、礦井提升機(jī)的操縱、限速裝置2、深度指示器的類型、作用、結(jié)構(gòu)、工作原理3、微拖動裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計第一節(jié)提升設(shè)備選型設(shè)計的基本原則、設(shè)計依據(jù)及內(nèi)容一、選型設(shè)計的基本原則礦井提升設(shè)備的選擇計算是否經(jīng)濟(jì)合理，對礦山的基本建設(shè)投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本都有直接的影響。因此，在進(jìn)行提升設(shè)備選擇計算時，首先確定提升方式，在確定提升方式時要考慮下列各點(diǎn)：1、對于180萬噸的大型礦井，有時主井需要采用兩套箕斗同時工作才能完成生產(chǎn)任務(wù)。副井除配備一套罐籠設(shè)備外，多數(shù)尚需設(shè)置一套單容器平衡錘提升方式，提升矸石。2、對于年產(chǎn)量30萬噸以下的小型礦井，可采用一套罐籠提升設(shè)備，使其完成全部主、副井提升任務(wù)是最經(jīng)濟(jì)的，也有采用兩套罐籠設(shè)備的。3、對于年產(chǎn)量大于30萬噸的大中型礦井，由于提升煤炭和輔助提升任務(wù)較大，一般均設(shè)主井、副井兩套提升設(shè)備。因為箕斗提升能力大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低、又易于實現(xiàn)自動化控制，一般情況主井均采用箕斗提升煤炭，副井采用罐籠提升矸石、升降人員和下放材料設(shè)備等輔助提升。當(dāng)決定提升方式時，在考慮年產(chǎn)量的同時，還要注意以下相關(guān)因素：1、礦井若有兩個水平，且分前后期開采時，提升機(jī)、井架等大型固定設(shè)備要按照最終水平選擇。提升容器、鋼絲繩和提升電動機(jī)根據(jù)實際情況也可以按照第一水平選擇，待井筒延深至第二水平時，再更換。2、中等以上礦井，主井一般都采用雙容器提升，對于多水平同時開采的礦井（特別是采用摩擦提升機(jī)）可采用平衡錘單容器提升方式。3、當(dāng)?shù)孛嫔a(chǎn)系統(tǒng)距離井口較遠(yuǎn)，尚需一段窄軌鐵路運(yùn)輸時，采用罐籠提升地面生產(chǎn)系統(tǒng)較為簡單。4、對于同時開采煤的品種在兩種及以上并要求不同品種的煤分別外運(yùn)的大、中型礦井，則應(yīng)考慮采用罐籠提升方式作為主井提升。對煤的塊度要求較高的大、中型礦井，由于箕斗提升對煤的破碎較大，也要考慮采用罐籠作為主井提升。5、對于中、小型礦井，一般采用單繩纏繞式提升系統(tǒng)為宜。對于年產(chǎn)量大于90萬噸的大型礦井，可采用摩擦提升系統(tǒng)，中型礦井的井筒較深時也可采用摩擦提升系統(tǒng)，或主井采用單繩箕斗，副井采用多繩罐籠。對于新礦井如沒有什么特殊要求，可參照《定型成套設(shè)備》的規(guī)定確定提升方式，并盡量選用定型設(shè)備。但因各個礦井具體情況不同，副井提升量也不一致，因此，可結(jié)合具體條件計算、選擇，或驗算選用的定型成套設(shè)備?！抖ㄐ统商自O(shè)備》中未規(guī)定的如鋼絲繩、提升機(jī)與井筒相對位置、生產(chǎn)能力與耗電量等也要計算。二、礦井提升設(shè)備選型設(shè)計的依據(jù)與內(nèi)容（一）選型設(shè)計計算的依據(jù)1、主井提升（1）提升方式：箕斗或罐籠（2）井筒斷面尺寸，井筒中布置提升設(shè)備套數(shù)（3）礦井開采水平數(shù)，各水平礦井的深度以及各水平的服務(wù)年限（4）礦井年產(chǎn)量，t/a（5）工作制度：年工作日，日工作小時數(shù)，（6）卸載水平與井口的高差，裝載水平與井下運(yùn)輸水平的高差（7）煤的散集密度（8）礦井電壓等級2、副井提升（1）矸石年產(chǎn)量，一般取煤產(chǎn)量的15%-20%（2）矸石散集密度（3）最大班下井人員數(shù)目（4）各水平井深及服務(wù)年限（5）每班下井材料、設(shè)備及炸藥數(shù)量（6）礦車型號（7）井筒斷面尺寸，井筒中布置提升設(shè)備套數(shù)（8）運(yùn)送最重設(shè)備質(zhì)量（9）井上、下車場布置形式（二）設(shè)計的主要內(nèi)容1、提升容器的計算和選擇2、提升鋼絲繩的計算和選擇3、礦井提升機(jī)滾筒直徑的計算和選擇4、天輪直徑的計算和選擇5、電動機(jī)功率的初選6、提升機(jī)與井筒相對位置的計算7、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)計算8、初選電動機(jī)功率的驗算9、主井提升噸煤電耗及效率的計算10、副井提升最大班作業(yè)時間平衡表的制定第二節(jié)提升容器的選擇一、提升容器的選擇原則提升容器的容量是按提升任務(wù)的大小來確定的。一般認(rèn)為，在不加大提升機(jī)及井筒直徑的前提下，選用較在容積的提升容器，以采用較低的提升速度，節(jié)省電耗，比較經(jīng)濟(jì)合理。二、選擇計算1、確定合理提升速度（經(jīng)濟(jì)速度法）2、確定一次提升量一次提升時間的估算：根據(jù)礦井年產(chǎn)量及估算出的一次提升循環(huán)時間，可求出一次經(jīng)濟(jì)合理提升量為：根據(jù)mj值在箕斗規(guī)格表中，選取標(biāo)準(zhǔn)箕斗容量m。選箕斗時，應(yīng)在不增大提升機(jī)，及井筒直徑的前提下，盡量采用大容量箕斗，以降低提升速度、節(jié)省電耗。若采用罐籠應(yīng)按礦車規(guī)格選擇。根據(jù)所選出的箕斗型號，計算出一次提升循環(huán)所需要的時間為：求得所需提升機(jī)的提升速度為：1、普通罐籠進(jìn)出材料車、平板車休止時間為40～60s。2、單層罐籠每次升降5人及以下時，其休止時間為20s，超過5人每增加1人增加1s。3、雙層罐籠升降人員，如兩層中的人員可同時進(jìn)出罐籠時，休止時間比單層罐籠增加2s信號聯(lián)系時間，但人員由一個水平進(jìn)出時，休止時間比單層罐籠增加一倍，如表二，另增加6s換置罐籠時間；在計算每班提升人員、矸石、坑木等的工作時間，還應(yīng)考慮遵守如下規(guī)定：1、提升矸石按日出矸量的50%計算，混合提升設(shè)備每班提煤、矸石的總時間一般不超過5.5h2、運(yùn)送坑木等按日需要量的50%計算3、升降工人時間，按工人下井時間的1.5倍計算4、升降其他人員的時間，按升降工人時間的20%計算。按照計算出的一次合理提升量，選取相接近的提升容器標(biāo)準(zhǔn)容量值。第三節(jié)提升鋼絲繩的選擇計算一、提升鋼絲繩選擇的計算方法鋼絲繩在工作過程中，產(chǎn)生許多復(fù)雜的應(yīng)力，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力、彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、擠壓應(yīng)力及接觸應(yīng)力等，這些應(yīng)力的反復(fù)作用，必將引起鋼絲的疲勞、損壞；另外還受到磨損及腐蝕這也導(dǎo)致鋼絲繩的損壞。如此復(fù)雜的各種影響因素，計算時不能一一考慮。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，計算鋼絲繩時按最大靜載荷計算并考慮一定的安全系數(shù)。且規(guī)定：單繩纏繞式提升裝置的安全系數(shù)為專為升降人員的不得小于9；升降人員和物料用的—升降人員時不得小于9，提升物料時不得小于7.5；專為升降物料用的不得小于6.5。二、選擇計算（豎井單繩）鋼絲繩最大靜載荷為：Qmax=Q+Qz+pHQmax=m·g+mz·g+mp·g·H式中Q=m·g一次提升貨載的重量，N；m—貨載質(zhì)量，kg；Qz=mz·g容器的自身重量，N；mz—容器質(zhì)量，kg；p=mp·g鋼絲繩每米重量，N/m；mp—鋼絲繩質(zhì)量，kg/m；H=Hj+Hs+Hz，mH—鋼絲繩最大懸垂長度，m；Hj—井架高度，m；此值在計算鋼絲繩時尚不能精確確定，可采用下列數(shù)值：罐籠提升Hj=15～25m；箕斗提升Hj=30～35m；Hs—礦井深度，m；Hz—由井底車場水平到容器裝載的距離（m），罐籠提升Hz=0；箕斗提升Hz=18～25m。要保證鋼絲繩安全工作必須滿足下式：1、若單繩纏繞式提升設(shè)備所用新鋼絲繩安全系數(shù)：（1）專為升降人員的不得小于9；（2）升降人員和物料用的—升降人員時不得小于9，提升物料時不得小于7.5；（3）專為升降物料用的不得小于6.5。2、若為摩擦式提升設(shè)備用新鋼絲繩安全系數(shù)：（1）專為升降人員：ma≥9.2-0.0005H（2）專為升降物料：ma≥7.2-0.0005H（3）升降人員和物料：升降人員或混合提升時，ma≥9.2-0.0005H；升降物料時，ma≥8.2-0.0005H。整理得：鋼絲繩選出后，應(yīng)按實際所選用鋼絲繩的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗算其安全系數(shù)若驗算結(jié)果不滿足要求，即不滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，應(yīng)重新選鋼絲繩，并重新驗算，直到滿足要求為止。第19次課2011年3月日章題目第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計方式課堂模塊礦山提升設(shè)備選型設(shè)計方法啟發(fā)式、舉例單元第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計手段多媒體+板書教學(xué)目的1、掌握礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算2、掌握礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算教學(xué)基本內(nèi)容1、礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算2、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算重點(diǎn)1、礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算2、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算難點(diǎn)1、礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算2、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算內(nèi)容拓展選型設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和科研實際參考教材1、謝錫純.礦山機(jī)械與設(shè)備，中國礦業(yè)大學(xué)出版社。2、洪曉華.礦井運(yùn)輸提升.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，20053、劉勝利.礦山機(jī)械，煤炭工業(yè)出版社。作業(yè)上次課內(nèi)容回顧及本次課內(nèi)容引出：（5分鐘）1、選型設(shè)計的基本原則、依據(jù)與主要內(nèi)容2、提升容器的選擇計算3、提升鋼絲繩的選擇計算第四節(jié)礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算一、提升機(jī)滾筒直徑的確定D是計算選擇提升機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。以鋼絲繩纏繞時不產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力為選擇的原則。鋼絲繩的彎曲試驗表明當(dāng)D/d=80時（D滾筒直徑，d鋼絲繩直徑），彎曲應(yīng)力σw較小，D/d再增大，σw并無顯著下降；D/d繼續(xù)減小，σw將會引起急劇增加，因此《規(guī)程》規(guī)定：井上提升機(jī)的滾筒和圍抱角大于90°的天輪：式中δ——鋼絲繩中最粗鋼絲的直徑，mm。圍抱角小于90°的天輪：井下提升機(jī)和鑿井提升機(jī)的滾筒和圍抱角大于90°的天輪：圍抱角小于90°的天輪：根據(jù)計算，選擇標(biāo)準(zhǔn)滾筒直徑。二、提升機(jī)最大靜張力和最大靜張力差的計算為了保證提升機(jī)有足夠的強(qiáng)度，還必須驗算所選提升機(jī)最大靜張力Fjmax（它關(guān)系到滾筒與主軸的強(qiáng)度）及最大靜張力差Fcmax（它關(guān)系到主軸的強(qiáng)度）應(yīng)滿足下式：根據(jù)上面計算在規(guī)格表中選出合適的提升機(jī)，再進(jìn)行寬度驗算。三、提升機(jī)滾筒寬度的驗算提升機(jī)滾筒寬度B的尺寸，以能容納應(yīng)纏繞的鋼絲繩為原則。（1）提升高度H（2）規(guī)定鋼絲繩每半年剁繩頭一次作試驗（一次5米），如果繩的壽命三年考慮，則纏繞滾筒上作試驗用的鋼絲繩長為30米（3）滾筒表面應(yīng)保留三圈摩擦圈，以便減輕繩與滾筒固定處的拉力（4）若鋼絲繩在滾筒上作雙層纏繞時，為了避免上下層鋼絲繩總是在一個地方過渡而損壞，要求每季度錯動1/4圈，根據(jù)鋼絲繩設(shè)計壽命，計算多層纏繞滾筒寬度時應(yīng)加此錯動繩2～4圈（5）纏繞在滾筒圓周表面上相鄰兩繩圈間隙寬度ε＝2～3mm滾筒的應(yīng)有寬度由下面公式求出1、單滾筒或雙滾筒提升機(jī)，每個滾筒的寬度為：單層纏繞時：雙層纏繞時：2、單滾筒提升機(jī)作雙鉤提升時，滾筒寬度為：對于纏繞層數(shù)，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：P225四、確定提升機(jī)根據(jù)計算選出的提升機(jī)型號，在提升規(guī)格表中選出提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度，同時，減速器的傳動比也隨之確定。五、天輪的選擇根據(jù)煤炭工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，天輪有下列三種：井上固定天輪(TSG系列)、鑿井及井下固定天輪和游動天輪(TD系列)，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定選擇天輪的直徑。1、對于地面設(shè)備若鋼絲繩與天輪的圍包角大于90°，則Dt≥80dDt≥1200δ若鋼絲繩與天輪的圍包角小于90°，則Dt≥60dDt≥900δ2、對于井下設(shè)備若鋼絲繩與天輪的圍包角大于90°，則Dt≥60dDt≥900δ若鋼絲繩與天輪的圍包角小于90°，則Dt≥40dDt≥900δ式中：Dt---天輪直徑，mmd---鋼絲繩的直徑，mmδ---鋼絲繩中最粗的鋼絲直徑，mm根據(jù)計算出的天輪直徑，可從天輪規(guī)格表中選出與之接近的標(biāo)準(zhǔn)天輪直徑。第五節(jié)礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算礦井提升機(jī)對于井筒的相對位置，系根據(jù)卸載作業(yè)方便，地面運(yùn)輸?shù)暮喕霸O(shè)備運(yùn)行的安全而定。這些都應(yīng)在礦井工業(yè)廣場的總體布置中解決。一般采用普通罐籠提升時，提升機(jī)房位于重車運(yùn)行方向的對側(cè)；用箕斗提升時，提升機(jī)房位于卸載方向的對側(cè)。井架上的天輪，根據(jù)提升機(jī)的類型和用途，容器在井筒中的布置以及提升機(jī)房地點(diǎn)等，裝在同一水平軸線上，或在同一垂直面上。當(dāng)井筒布置有兩套提升設(shè)備時，兩套提升機(jī)與井筒的相對位置，根據(jù)國內(nèi)外的實際資料，有對側(cè)式、同側(cè)式、垂直式、傾角式。提升機(jī)安裝地點(diǎn)選好后，就要確定影響提升機(jī)相對位置的五個因素，即：井架高度、提升機(jī)滾筒軸線與提升機(jī)中心線的水平距離、鋼絲繩弦長、偏角和出繩角。一、鋼絲繩允許的外偏角和內(nèi)偏角鋼絲繩的偏角是指鋼絲繩弦長通過天輪平面所成的角度。有外偏角和內(nèi)偏角。我國《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：最大外偏角和最大內(nèi)偏角均不得超過1°30′，作單層纏繞時，最大內(nèi)偏角還應(yīng)保證不“咬繩”。如果偏角過大，會出現(xiàn)下列情況：（1）加劇了鋼絲繩與天輪輪緣的磨損，嚴(yán)重時，還可能引起斷繩事故（2）當(dāng)鋼絲繩纏向滾筒時發(fā)生咬繩現(xiàn)象，這將加劇鋼絲繩的磨損。1、單層纏繞時雙滾筒提升機(jī)最大外偏角：最大內(nèi)偏角：2、雙滾筒提升機(jī)作多層纏繞時最大外偏角：最大內(nèi)偏角：3、單滾筒提升機(jī)作雙鉤提升時當(dāng)兩天輪位于同一垂直平面時，應(yīng)校驗最大外偏角，此時兩天輪的垂直平面通達(dá)滾筒中心線。式中：Lxmin-----單滾筒提升機(jī)作雙鉤提升時最短的一根鋼絲繩弦長二、井架高度H井架高度為從井口到天輪軸心線的垂直距離。式中：Hx---卸載高度，即由井口水平到卸載位置容器底部的高度，m。Hr---容器全高，m，可從容器的規(guī)格表中查得。Hg---過卷高度，m，過卷高度指容器從卸載時的正常位置自由地提升到天輪輪緣處時，容器連接裝置上繩頭與天輪輪緣處的高度。Rt---天輪的半徑，m。最后應(yīng)將井架高度按計算值圓整為整數(shù)值。第20次課2011年3月日章題目第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計方式課堂模塊礦山提升設(shè)備選型設(shè)計方法啟發(fā)式、舉例單元第七章礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計手段多媒體+板書教學(xué)目的1、掌握礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算2、掌握提升電動機(jī)的初選計算教學(xué)基本內(nèi)容1、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算2、提升電動機(jī)的初選計算重點(diǎn)1、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算2、提升電動機(jī)的初選計算難點(diǎn)1、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算2、提升電動機(jī)的初選計算內(nèi)容拓展選型設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和科研實際參考教材1、謝錫純.礦山機(jī)械與設(shè)備，中國礦業(yè)大學(xué)出版社。2、洪曉華.礦井運(yùn)輸提升.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，20053、劉勝利.礦山機(jī)械，煤炭工業(yè)出版社。作業(yè)上次課內(nèi)容回顧及本次課內(nèi)容引出：（5分鐘）1、礦井提升機(jī)和天輪的選擇計算2、礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算第五節(jié)礦井提升機(jī)與井筒相對位置的計算三、滾筒中心線到井筒提升鋼絲繩間水平距離L在井筒與提升機(jī)房之間很難再設(shè)置其他建筑物，為節(jié)省占地面積，滾筒中心線的水平距離越小越緊湊。為提高井架的穩(wěn)定性，在井筒與提升機(jī)房之間設(shè)有井架斜撐。斜撐的基礎(chǔ)與井架中心的水平距離約為0.6H左右，L的最小值Lmin可按下式計算式中：H---井架高度，m；D---提升機(jī)滾筒直徑，m。四、鋼絲繩弦長鋼絲繩的弦長是鋼絲繩離開滾筒處至鋼絲繩與天輪接觸點(diǎn)的一段繩長。由圖可知，上、下兩條弦長不完全相等，但可采用近似的距離來計算弦長，我國煤礦工程技術(shù)人員都是依據(jù)此處理。按下式計算式中：Dt---天輪直徑，m。C---滾筒中心線與井口水平的高度差，m。設(shè)計時一般取C=1～2m。為了防止在運(yùn)行中鋼絲繩因振動而跳