第4章礦井提升設備

第四章礦井提升設備

一、礦井提升設備的任務和特點

任務:沿井筒提升煤炭（或礦石）、矸石、運送材料、升降人員和設備等。它是礦山大型固定設備之一，是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場相聯(lián)接的樞紐、礦山運輸?shù)难屎怼?/p>

礦井提升設備的特點是：

安全性

可靠性

經(jīng)濟性二、礦井提升系統(tǒng)

礦井提升系統(tǒng)的組成

提升容器、提升鋼絲繩、提升機、井架（塔）和天輪、裝卸載設備及附屬裝置等礦井提升設備組成。

二、礦井提升系統(tǒng)

礦井提升系統(tǒng)的分類

⑴按用途分主井提升設備和副井提升設備

⑵按提升容器分箕斗提升設備、罐籠提升設備、礦車提升設備和吊筒提升設備

⑶按提升機類型分纏繞式提升設備和摩擦式提升設備。

⑷按井筒傾角分立井提升設備和斜井提升設備。

⑸按拖動裝置分交流拖動提升設備、直流拖動提升設備和液壓傳動提升設備。常用礦井提升系統(tǒng)

常用礦井提升系統(tǒng)主要有兩大類：一類是用以提升煤炭（或礦石）的主井箕斗提升系統(tǒng)，另一類是完成其他輔助任務的副井罐籠提升系統(tǒng)。

1）立井單繩纏繞式提升機箕斗提升系統(tǒng)

2）立井多繩摩擦式提升機罐籠提升系統(tǒng)

圖11-2塔式多繩摩擦罐籠提升系統(tǒng)示意圖1-主導輪；2-導向輪；3-井塔；4-罐籠；5-提升鋼絲繩；6-尾繩

多繩摩擦式提升系統(tǒng)有井塔式和落地式兩種布置方式。井塔式是把提升機安裝在井塔上，其優(yōu)點是布置緊湊，節(jié)省工業(yè)廣場占地，沒有天輪，鋼絲繩不在露天中，改善了鋼絲繩的工作條件，但需要建造井塔，費用較高。塔式摩擦提升機又可分為有導向輪和無導向輪兩種。有導向輪與無導向輪相比，其優(yōu)點是兩提升容器的中心距不受摩擦輪直徑的限制，不僅可減小井筒斷面而且可以加大鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，增加其提升能力。其缺點是鋼絲繩產(chǎn)生反向彎曲，影響使用壽命。落地式是將提升機安裝在地面上，其優(yōu)點是井架建造費用低，減少了礦井的初期投資，并可提高抗地震災害能力。過去多采用井塔式，近年來已采用落地式。

多繩摩擦式提升機與單繩纏繞式提升機相比，其主要優(yōu)點是：

①提升高度不受滾筒寬度限制，適用于深井提升；

②由于多根鋼絲繩共同承受終端載荷，鋼絲繩直徑變小，故摩擦輪直徑顯著減??；

③在相同提升速度情況下，可以使用轉速較高的電動機和較小傳動比的減速器；

④采用偶數(shù)根鋼絲繩，且左右捻各半，消除了提升容器在提升過程中的扭轉，減小了罐耳和罐道間的摩擦；

⑤鋼絲繩搭放在摩擦輪上，減少了鋼絲繩的彎曲次數(shù)，改善了鋼絲繩的工作條件，可以提高鋼絲繩的使用壽命；⑥多根鋼絲繩同時被拉斷的可能性極小，提高了安全性。因此，多繩提升罐籠可以不設防墜器。

其主要缺點是：

①多根鋼絲繩的懸掛、更換、調整、維護檢修工作復雜，而且當一根鋼絲繩損壞時，需要更換所有鋼絲繩；

②繩長不能調節(jié)，不適應多水平提升，也不適用于鑿井。

3）斜井提升系統(tǒng)

斜井提升系統(tǒng)有斜井箕斗提升系統(tǒng)和斜井串車提升系統(tǒng)。

在傾斜角度大于25°的斜井，使用礦車提升煤炭易灑煤，其主井宜采用箕斗提升。斜井箕斗多用后卸式的。

與斜井箕斗提升相比較，串車提升系統(tǒng)不需要復雜的裝卸載設備，具有投資少、投產(chǎn)快的優(yōu)點，是中小型斜井常用的一種提升系統(tǒng)。

第二節(jié)提升容器及鋼絲繩

提升容器按其結構可分類如下：提升容器豎井斜井主井—箕斗底卸式箕斗側卸式箕斗副井—罐籠鑿井時期—吊桶普通罐籠翻轉罐籠箕斗后壁卸載式箕斗翻轉式箕斗礦車人車翻轉式箕斗(一)箕斗及其裝載裝置

1．箕斗

箕斗是提升煤炭及矸石的提升容器。根據(jù)卸載方式分為翻轉式、側卸式及底卸式。根據(jù)提升鋼絲繩數(shù)目有單繩和多繩箕斗。

箕斗應具備結構輕、強度高、裝卸快、運行可靠、容易布置的特性。

箕斗一般由三部分組成，即斗箱、懸掛裝置和卸載閘門。

圖11-4單繩立井箕斗JL型底卸式箕斗采用曲軌連桿下開折頁平板閘門1—楔形繩環(huán)；2—框架；3—可調節(jié)溜煤板；4—斗箱；5—閘門；6—連桿；7—卸載；8—套管罐耳9—鋼軌罐道罐耳；10—扭轉彈簧；11—罩子；12—連接裝置；2．箕斗裝載裝置

⑴箱式箕斗裝載裝置

圖11－6立井箕斗定量斗箱裝載設備1—斗箱；2—控制缸；3—拉桿；4—閘門；5—溜槽；6—壓磁測重裝置；7一箕斗⑵輸送機式箕斗裝載裝置

圖11－7定量輸送機裝載設備示意圖１—煤倉；２—輸送機；３—活動過度溜槽；４—箕斗；５—中間溜槽；６—負荷傳感器；７—煤倉閘門（二）罐籠及其承接裝置

1．罐籠

罐籠按提升鋼絲繩的數(shù)目可分為單繩罐籠和多繩罐籠。按層數(shù)可分為單層罐籠、雙層罐籠和多層罐籠。按其所裝礦車的名義裝載量可分為1t、1.5t和3t罐籠。

罐籠的設計應使其結構堅固，重量輕，并能運送井下的大型設備，一般采用普通鋼材制作。為減輕罐籠自重，也有采用鋁合金和高強度鋼材制作罐籠的。圖11-7單繩1t普通標準罐籠結構簡圖

1-提升鋼絲繩；2-雙面夾緊楔形繩環(huán)；3-主拉桿；4-防墜器；5-橡膠滾輪罐耳(用于剛性組合罐道)；6-淋水棚；7-橫梁；8-立柱；9-鋼板；10-罐門；11-軌道；12-阻車器；13-穩(wěn)罐罐耳；

14-罐蓋；15-套管罐耳(用于繩罐道)

⑴罐體

罐體由骨架（橫梁7和立柱8）、側板、罐頂、罐底及軌道等組成。罐籠頂部設有半圓弧形的淋水棚6和可以打開的罐蓋14，以便運送長材料時用。罐籠兩端設有簾式罐門10，以保證提升人員時的安全。

⑵連接裝置

連接裝置是連接提升鋼絲繩和提升容器的裝置，包括主拉桿、夾板、楔形環(huán)等。⑶罐耳

與罐道配合，使提升容器在井筒中運行穩(wěn)定，防止發(fā)生扭轉或擺動。

⑷阻車器

防止提升過程中，礦車跑出罐籠。

⑸防墜器2．罐籠承接裝置

主要有罐座、承接梁、搖臺和支罐機四種。

圖11-8搖臺（原書圖9－17）

1-搖臂；2-手把；3-氣缸；4-配重；5-軸；6-擺桿；7-銷子；8-滑車；9-擺桿套；10-滾輪⑷支罐機

圖11-9支罐機（原書圖9－18）

1-液壓油缸；2-支托裝置；3-固定導軌

（三）提升容器的附屬裝置1．防墜器

⑴防墜器的作用

⑵對立井防墜器的基本要求

必須保證在任何條件下都能制動住下墜的罐籠，動作迅速、平穩(wěn)、可靠；為保證人身安全，在最小終端載荷時，制動減速度不大于50m/s2，延續(xù)時間不超過0.2～0.5s，在最大終端載荷時，制動減速度不小于10m/s2；防墜器動作的空行程時間，即從鋼絲繩斷裂到防墜器發(fā)生作用的時間，應不大于0.25s；結構簡單、可靠；各個連接和傳動部分，動作靈活，不能產(chǎn)生誤動作；新安裝或大修后的防墜器，必須進行脫鉤試驗，合格后方可使用。

（三）提升容器的附屬裝置⑶防墜器的結構和類型

防墜器一般由四部分組成：開動機構、傳動機構、抓捕機構和緩沖機構。

根據(jù)防墜器的使用條件和工作原理，防墜器可分為木罐道切割式防墜器、鋼軌罐道摩擦式防墜器和制動繩摩擦式防墜器。木罐道防墜器只能用于采用木罐道的提升系統(tǒng)，鋼軌罐道防墜器只能用于采用鋼軌罐道的提升系統(tǒng)。罐道既是罐籠運行的導向裝置，又是防墜器抓捕罐籠的支承物。制動繩防墜器需專設制動繩作支承物，因此它可用于任何罐道的提升系統(tǒng)。（三）提升容器的附屬裝置⑷BF型系列制動繩防墜器

圖11-10BF型系列防墜器布置圖

1-錐形杯；2-導向套；3-圓木；4-緩沖繩；5-緩沖器；6-連接器；7-制動繩；8-抓捕機構；9-罐籠；10-拉緊裝置

防墜器的開動機構、傳動機構及抓捕機構簡圖

1-彈簧；2-滑楔；3-主拉桿；4-橫梁；5-連板；6-撥桿；7-制動繩；8-導向套

圖11-12緩沖器

1-螺桿；2-螺母；3-緩沖繩；4-小軸；5-滑塊

圖11-13制動繩拉緊裝置

1-制動繩；2-張緊螺栓；3-張緊螺母；4-壓板；5-繩卡；6-角鋼；7-可斷螺栓；8-固定梁

2．導向裝置

導向裝置也稱罐道。罐道分為剛性罐道和鋼絲繩罐道。

⑴剛性罐道

剛性罐道有木罐道、鋼軌罐道和組合鋼罐道。鋼軌罐道采用普通重型鋼軌做成，側向剛度小，使容器運行時產(chǎn)生橫向擺動，罐耳磨損較大，通常用于提升速度不大，提升量較小的場合。

組合罐道采用槽鋼和鋼板焊成，其優(yōu)點是側向抗彎和抗扭剛度大，與膠輪罐耳相配合運行阻力小，因而容器運行平穩(wěn)，罐耳磨損小，壽命延長。這種罐道主要用于提升速度高、一次提升量大的場合。⑵鋼絲繩罐道

鋼絲繩罐道與剛性罐道相比，安裝工作量小，建設時間短，維護簡便，容器運行平穩(wěn)。因無罐道梁，可適當減小井筒壁厚，通風阻力小；但繩罐道要求容器與井壁之間間隙較大，使井筒凈斷面增加，且因罐道繩需一定的張緊力而使井架或井塔的荷重增加，井筒不直時不能采用繩罐道。大型礦井每個容器一般采用4～6根罐道繩，小型礦井可采用2～3根罐道繩。罐道繩上端用雙楔塊固緊式固定裝置固定在井架上，下端用重錘拉緊。3．防過卷緩沖裝置

防止過卷事故較好的對策是：一要盡量使過卷事故少發(fā)生；二是一旦發(fā)生則控制事故損失為最??；即除了提高設備自動化程度、元件可靠性，加強運行狀態(tài)的監(jiān)測監(jiān)控手段外，還應設置性能優(yōu)異的防容器過卷緩沖裝置。

在井上設置防過卷緩沖裝置的同時，井下應設防過放裝置（雙容器提升過卷和過放同時發(fā)生）。二、提升鋼絲繩（一）鋼絲繩結構

鋼絲繩是由優(yōu)質碳素結構鋼絲制成，一般直徑為0.4～4mm，鋼絲的抗拉強度為1370～1960N/mm2，我國立井提升多采用1520N/mm2和1665N/mm2兩種抗拉強度的鋼絲繩，斜井提升采用1370N/mm2和1520N/mm2兩種。為了增加鋼絲繩的抗腐蝕能力，常在鋼絲表面鍍鋅后捻制成繩，稱為鍍鋅繩；未鍍鋅的稱為光面繩。按鋼絲的韌性又分為特號、Ⅰ號、Ⅱ號三種。提升物料選特號或Ⅰ號，提升人員必須選用特號韌性鋼絲繩。

繩芯有金屬繩芯、石棉芯、合成纖維芯及有機芯四種，繩芯的作用是：（1）減少鋼絲之間的擠壓變形和接觸應力；（2）使鋼絲繩富有彈性，抗沖擊和緩和彎曲應（3）貯存潤滑油，防止內(nèi)部銹蝕和減少絲間摩擦。（二）鋼絲繩分類1．按鋼絲繩繞制次數(shù)分

（1）一次捻繩

由鋼絲直接捻制成繩，沒有繩股，適宜作靜止的拉索。

（2）二次捻繩先由絲捻成股，再由股捻制成繩，適宜作提升用繩。

（3）三次捻繩

由絲捻成股，由股捻成細繩，再由細繩捻成粗繩，多用作鋼索橋梁。

2．按捻向分

（1）按由股捻成繩的捻向分

左捻鋼絲繩，右捻鋼絲繩。

（2）按捻法分

同向捻鋼絲繩；交互捻鋼絲繩。

同向捻鋼絲繩比較柔軟，表面光滑，與繩輪接觸面積大，彎曲應力小，使用壽命較長，斷絲易發(fā)現(xiàn)，多用作提升繩。這種繩穩(wěn)定性差．易打結。交互捻特點與之相反，常用作斜井串車提升繩。

選用捻向時應使鋼絲繩在滾筒上纏繞時的螺旋方向一致，以使纏繞時繩子不會松勁。

3．按股中鋼絲接觸情況分

（1）點接觸式

股內(nèi)鋼絲直徑相等，內(nèi)外各層鋼絲之間呈點接觸狀態(tài)，絲間接觸應力很高，易磨損，易斷絲，耐疲勞性能差。

（2）線接觸式

多用不同直徑的鋼絲捻制，在各層間鋼絲呈平行狀態(tài)且為線接觸。這種繩無二次彎曲現(xiàn)象，繩結構緊密，金屬斷面利用系數(shù)高，使用壽命長。（3）面接觸式

結構緊密，表面光滑，與繩輪接觸面積大，耐磨損，抗擠壓；股內(nèi)鋼絲接觸應力小，抗疲勞，壽命長；鋼絲繩金屬斷面系數(shù)大，同樣繩徑下有較大強度；鋼絲繩伸長變形小，但柔軟性能差。

4．按繩股斷面形狀分

（1）圓股

這種繩易制造，價格低，礦井提升應用最多。

（2）異形股

繩股斷面為三角形或橢圓形，強度比圓股繩高，承壓面積大，外層鋼絲磨損小，抗擠壓，壽命長。

5．特種鋼絲繩

（1）多層股不旋轉鋼絲繩，多用作尾繩和鑿井提升繩。

（2）密封鋼絲繩，多用作罐道繩。

（3）扁鋼絲繩，適用于作尾繩。

（三）鋼絲繩的標注方法

第三節(jié)礦井提升機礦井提升機一般由電動機、減速器、主軸裝置、制動裝置、深度指示器、電控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及操縱臺組成。根據(jù)礦井提升機工作原理和結構不同，可分為以下類型：

單繩纏繞式提升機工作可靠，結構簡單，適用于淺井及中等深度的礦井，且終端載荷不能太大。多繩摩擦式提升機適用于中深和深度礦井。多繩纏繞式提升機（布雷爾提升機）適用于深井和超深井。

一、單繩纏繞式提升機

國產(chǎn)單繩纏繞式提升機有兩個系列：JT系列，卷筒直徑為0.8~1.6m，主要用于井下，一般稱為礦用絞車，有防爆和不防爆兩種；JK系列，卷筒直徑為2~5m，屬大型礦井提升機，主要用于立井提升。

1．主軸裝置

2．調繩離合器

雙卷筒提升機都有調繩離合器，其作用是使活卷筒與主軸連接或脫開，使兩卷筒能相對轉動，以便調節(jié)繩長。調繩離合器有三種基本類型：蝸輪蝸桿離合器、摩擦離合器和齒輪離合器。目前應用最多的是軸向移動式齒輪調繩離合器，軸向移動齒輪離合器1-主軸；2-鍵；3-輪轂；4-油缸；5-椽膠緩沖墊；6-齒輪；7-尼龍瓦；8-內(nèi)齒輪；9-卷筒輪輻；10-油管；11-軸承座；12-密封頭；13-閉鎖閥3．減速器JK系列提升機采用圓弧齒輪減速器，速比為11.5、20、30，型號為ZHLR-115，ZHLR-130，ZHLR-150，ZHLR-170型。

二、多繩摩擦式提升機

多繩摩擦提升與單繩纏繞式提升相比，其主要優(yōu)點是：

(1)安全系數(shù)、材料強度、總截面積相同的情況下，多繩摩擦提升每根鋼絲繩的直徑為單繩纏繞式提升鋼絲繩直徑的；

(2)多繩摩擦提升機主導輪直徑較單繩纏繞式提升機卷簡直徑??；

(3)整個提升機尺寸減小、重量減輕，同時電動機容量和能耗也相應減??；

(4)主導輪直徑減小，可以使用較高轉速電動機和較輕重量減速器；

(5)數(shù)根鋼絲繩同時承受提升載荷，安全性較高；

(6)采用偶數(shù)根鋼絲繩，且捻向為左右捻各半，消除了提升容器在提升過程中的轉動，減少了罐道對容器罐耳的摩擦阻力。1．工作原理

多繩摩擦式提升機的工作原理不同于纏繞式提升機，它是依靠鋼絲繩與摩擦襯墊之間的摩擦力傳遞動力。由撓性體摩擦傳動的歐拉公式可知，在臨界狀態(tài)下，摩擦輪兩側鋼絲繩張力的極限比值為

式中F1、F2——分別為重載及空載側鋼絲繩張力；

μ——鋼絲繩與襯墊之間的摩擦系數(shù)，通常取μ=0.2；

α——鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，弧度。

當兩側鋼絲繩的實際張力比F1/F2的值大于eμα值時，鋼絲繩與摩擦輪之間將發(fā)生相對滑動。為避免這種滑動，兩側實際張力比不能達到其極限值，而應當留有一定的安全裕量。2．主要部件結構（1）主軸裝置

多繩摩擦提升機主軸裝置主要由摩擦輪、輪轂、主軸、主軸承、軸承梁及制動盤組成，（2）車槽裝置

為了保證幾根繩的繩槽處直徑相同，以使各鋼絲繩張力均衡，多繩摩擦提升機設有車槽裝置。（3）減速器

塔式摩擦提升機部分采用彈簧基礎共軸減速器，其目的是消除機器傳給井塔的振動。

（4）深度指示器

提升機深度指示器的作用是：①向司機指示容器在井筒中的位置；②容器接近井口停車位置時發(fā)出減速信號及減速控制指令；③當提升容器過卷時使裝在指示器上的終點開關動作，切斷安全回路，實現(xiàn)安全制動；④減速階段提供給定速度并通過限速裝置實現(xiàn)過速保護。

以前國內(nèi)使用的深度指示器主要有：牌坊式和圓盤式。用于多繩摩擦式提升機的深度指示器帶有差動調零裝置和可消除滑動、蠕動影響的精針指示系統(tǒng)。（5）鋼絲繩張力平衡裝置

多繩摩擦提升機上各鋼絲繩的張力難以保持一致，其原因是：

①繩槽直徑的偏差②各鋼絲繩的剛度偏差③各鋼絲繩的長度偏差

④鋼絲繩在摩擦輪上的滑動

⑤鋼絲繩的蠕動改善鋼絲繩張力不平衡的措施是：

⑴盡可能消除各鋼絲繩物理方面的差異

⑵設有車槽裝置，定期及時車削繩槽。

⑶采用張力平衡機構

⑷采用彈性摩擦襯墊

圖7-17張力自動平衡懸掛裝置結構圖1－楔形繩環(huán)；2－中板；3－上連接銷；4－檔板；5－壓板；6－側板7-連通油缸；8－連接組件；9－墊塊；10－中連接銷；11－換向叉；12－下連接銷三、制動系統(tǒng)提升機制動系統(tǒng)是提升機的重要組成部分，它由制動器（執(zhí)行機構，通稱為閘）和傳動機構組成。制動器是直接作用于制動盤（輪）上、產(chǎn)生制動力矩的部分，按結構分為塊閘和盤閘，塊閘又分為角移式和平移式。傳動機構是控制并調節(jié)制動力矩的部分，按動力源分為液壓、氣壓和彈簧等。KJ2~3m、KJ4~6m提升機分別采用油壓和氣壓塊閘制動系統(tǒng)，國產(chǎn)JK系列提升機和多繩摩擦提升機均采用液壓盤式閘制動系統(tǒng)。

1．制動系統(tǒng)的作用

①正常工作制動，即在減速階段參與提升機的速度控制；②正常停車制動，即在提升終了或停車時閘住提升機；③安全制動，即當提升機工作不正常或發(fā)生緊急事故時，迅速而及時地閘住提升機；④調繩制動，即雙卷筒提升機在調繩或更換水平時閘住活卷筒，松開死卷筒。

2．對制動系統(tǒng)的要求

對于立井或傾角大于30°的斜井，①最大制動力矩不得小于提升或下放最大靜負荷力矩的3倍；②對于雙卷筒提升機，為了使離合器打開時能制動住游動卷筒，制動器在各卷筒上的制動力矩不得小于該卷筒懸掛提升容器和鋼絲繩重力所產(chǎn)生力矩的1.2倍；③在同一制動力矩作用下，安全制動時，提升或下放載荷，其減速度是不同的。在立井中，安全制動時的減速度必須滿足；④對于摩擦式提升機工作制動或安全制動的減速度，不得超過鋼絲繩的滑動極限，即不引起鋼絲繩打滑；⑤安全制動必須能自動、迅速和可靠地實現(xiàn)。

如果以上各條件之間有矛盾不能同時滿足，則需采用二級制動。3．二級安全制動

二級安全制動就是將某一特定的提升機所需要的全部制動力矩，分成兩級施加。施加第一級制動力矩后，使提升機產(chǎn)生符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全制動減速度，當提升機停下后施加第二級制動力矩，使提升機滿足3倍靜力矩的要求。

對于直流拖動、自動化程度較高的提升機，由于速度控制性能較好，運行參數(shù)穩(wěn)定，不需二級制動，故液壓系統(tǒng)較簡單。

4．盤閘制動系統(tǒng)

圖11-22盤閘制動器結構圖（原書圖9-29）

制動器體；2-碟形彈簧；3-彈簧座；4-擋圈；5、8、22-油封；6、24-螺釘；7、17-油管接頭；

9-缸蓋；10-活塞；11-后蓋；12、14、16、19-密封圈；13-連接螺栓；14-活塞內(nèi)套；

18-油管；20-調節(jié)螺母；21-液壓缸；23-壓板；25-筒體；26-閘瓦

圖11-23盤閘制動器工作原理圖（原書圖9-30）

活塞；2-液壓缸；3-碟形彈簧；4-筒體；5-閘瓦；6-制動盤

第四節(jié)提升設備運行理論

礦井提升設備的運行理論是研究提升設備在一個提升循環(huán)過程中提升容器的速度變化規(guī)律和電動機作用在提升機卷筒圓周上力的變化規(guī)律的。

一、礦井提升設備的運動學1．提升設備的運動規(guī)律——速度圖

2．提升加速度的確定

a.符合安全要求

《規(guī)程》要求，升降人員：

《規(guī)范》建議，箕斗提升：加速度≤1.2b.滿足電機過負荷能力要求：一般按電機最大拖動力的0.75倍考慮。

c.滿足減速器許用轉矩要求：電動機通過減速器作用到卷筒主軸上的拖動力矩必須小于減速器所允許的最大輸出轉矩。

對于摩擦提升，還應滿足防滑能力要求。

對于斜井提升，還應滿足自然加速度要求。

在滿足以上各條件的同時應取較大值，以充分利用設備能力，提高設備效率。

3．提升減速度的確定

減速方式

自由滑行減速方式

制動減速方式

電動機減速方式減速方式的選擇原則

a.滿足《規(guī)程》要求，；

b.在保證安全和完成產(chǎn)量的前提下，箕斗減速度以恰能使提升系統(tǒng)按自由滑行方式減速為好；

c.副井罐籠為安全，都應采用電氣制動方式減速。

4．最大提升速度的確定

經(jīng)濟速度:

標準速度的確定

方法一：

計算出經(jīng)濟速度；

按已選擇的提升機，查找與經(jīng)濟速度相近的標準速度。

方法二：

a)計算出經(jīng)濟速度；

b)按的計算值選擇電機規(guī)格表中相近的額定轉速；

c)按額定轉速重新計算標準速度。

最大提升速度（標準速度）應符合《規(guī)程》要求5．提升速度圖的計算

在提升系統(tǒng)主加速度、減速度、最大提升速度確定后，即可計算提升各階段的運行時間和運行距離。箕斗提升六階段等加速度圖計算關系式列于表11－1中。

二、礦井提升設備的動力學礦井提升設備的動力學是研究提升設備在一個提升循環(huán)過程中提升機卷筒圓周上力的變化規(guī)律的。為驗算電動機功率及電氣控制設備的選擇計算提供依據(jù)。

1．提升系統(tǒng)動力方程式

提升機拖動力所要克服的系統(tǒng)阻力包括靜阻力和慣性力兩部分。根據(jù)達朗伯原理，電動機作用于提升機主軸上的拖動力矩，與提升系統(tǒng)作用于主軸上的靜力矩和慣性力矩處于平衡狀態(tài)，即

對于等直徑提升機，可以寫成力的關系式，即

2．提升系統(tǒng)的靜阻力提升系統(tǒng)靜阻力，包括靜力和提升運動時的礦井阻力。對于雙容器提升系統(tǒng)，系統(tǒng)靜力為重載側和空載側的靜力之差，礦井阻力包括井筒中氣流和罐道對容器的運行阻力，天輪軸承阻力以及鋼絲繩在天輪、卷筒上的彎曲阻力。

當容器運行x時重載側（上升側）的提升靜阻力為

空載側（下放側）：提升系統(tǒng)靜阻力為兩側靜阻力之差，即

礦井阻力通常以有益載荷的百分數(shù)來估算

則上式可寫成

礦井阻力系數(shù)k

由式（11-4）可知，無尾繩提升系統(tǒng)的靜阻力在提升過程中隨的增大而線性下降。由于提升鋼絲繩長度的變化引起的靜阻力的這種變化稱為靜力不平衡現(xiàn)象，掛尾繩是解決靜力不平衡現(xiàn)象的一種方法，尾繩一般采用不旋轉鋼絲繩，也可采用扁鋼絲繩。此時靜阻力為

若，則，稱此系統(tǒng)為靜力平衡提升系統(tǒng)。掛尾繩需增加費用，還要加深井筒以容納尾繩環(huán)，故纏繞式提升機一般不掛尾繩，而多繩摩擦提升機為減少兩側鋼絲繩張力差，改善防滑條件，一般均掛尾繩。

3．變位質量的概念

⑴總變位質量的定義

用一個假想的集中在卷筒表面的當量質量來代替系統(tǒng)中所有運動部分的質量，稱總變位質量，以Σm表示。

⑵變位原則

運動部分質量變位前后其動能不變。

⑶提升系統(tǒng)中的各運動部分

容器:有益載荷與卷筒圓周運動速度相同，不須變位。

鋼絲繩:提升機及減速器轉動件

天輪:變位質量可由規(guī)格表中查出。

電機轉子:需計算（見選型設計）

4．單繩纏繞式箕斗提升系統(tǒng)力圖計算

根據(jù)提升系統(tǒng)動力方程式計算各階段的拖動力（見表11－2），并作出力圖，通常將速度圖和力圖畫在一起，通稱為提升工作圖。

力圖是計算電動機容量、電耗、選擇電力拖動控制設備以及設計校核機械部分強度的依據(jù)。三、提升電動機容量的校核、電耗及效率的計算1．提升電動機容量的校核

電動機容量應分別按溫升條件和過負荷條件校核。

1）按提升機溫升條件校核

提升電動機的等效功率（kW）為

（11-10）

當所選電動機的額定功率滿足下式時，則符合溫升條件。

（11-11）

2）按過負荷條件校核

a.正常過負荷驗算

（11-12）

b.特殊過負荷校核

無論在何種條件下進行提升，特殊需要的拖動力應滿足下式

（11-13）

通常在下列條件下發(fā)生：

更換提升水平或調節(jié)繩長時，打開離合器作單鉤提升用。

（11-14）

罐籠提升采用罐座時，當空罐位于井口罐座上，把井底重罐稍稍提起。

（11-15）

2．交流提升設備的電耗及效率

1)一次提升電耗的分析

圖11-28為采用自由滑行方式減速的箕斗提升功率圖。圖中實線代表提升機主軸功率，按下式計算

（11-16）

虛線代表電動機軸的輸出功率，按下式計算

（11-17）

點畫線代表電動機的電磁功率，大小為電動機軸上的力矩與轉子最大角速度乘積，按下式計算

（11-18）

顯然，在加速階段和脈動爬行階段電磁功率有相當大的一部分消耗在轉子中加的調速電阻上，從而使輸出功率減少，這是繞線式交流電動機轉子電路串聯(lián)調速電阻的主要缺點。圖11-28中面積2、3即為電阻上消耗的功率。叉畫線代表電動機從電網(wǎng)上吸取的功率，按下式計算

（11-19）一次提升電能消耗為

（11-20）提升設備的噸煤電耗為

（11-21）2)提升設備效率的計算

一次提升的有益電耗為

（11-22）

提升設備的效率為一次提升有效電耗和一次提升電耗的比值，即

（11-23）

第五節(jié)礦井提升設備選型設計一、選型設計的基本原則與設計依據(jù)

選型設計的基本原則

一般情況下，年產(chǎn)量在30萬噸及其以上的大中型礦井，由于提升任務重，可設兩套提升設備，主井采用箕斗提升，副井采用罐籠提升。對于年產(chǎn)量超過180萬噸的特大型礦井，主井可采用兩套箕斗提升設備，副井除配備一套罐籠提升設備外，有時尚需設置一套帶平衡錘的單容器提升設備作輔助提升。對于年產(chǎn)量小于30萬噸的礦井，可采用兩套罐籠提升設備，或采用一套罐籠提升設備進行混合提升。對于大中型礦井，除考慮年產(chǎn)量外，還應考慮：

①如果煤的品種較多，且要求不同品種分別外運時，以采用罐籠提升為宜。

②如果對煤塊度要求較高時，宜采用罐籠提升。

③地面生產(chǎn)系統(tǒng)靠近井口，采用箕斗提升可簡化煤的生產(chǎn)流程；若遠離井口，且需窄軌運輸，則宜采用罐籠提升。

④單水平開采時，一般采用雙容器提升。當多水平提升時，一般采用單容器加平衡錘的提升系統(tǒng)。

⑤在立井提升中，一般當年產(chǎn)量超過60萬噸、井深在300～350m以上時，采用多繩摩擦式提升為好；如果井深更大，即使年產(chǎn)量較小，也以多繩摩擦式提升為宜。對于斜井或較淺的立井應采用單繩纏繞式提升設備。

⑥對于斜井提升方式主要有串車、箕斗和膠帶輸送機三種。串車提升一般用于井筒傾角小于25°的礦井。對于年產(chǎn)量在20萬噸及其以下的礦井，一般采用單鉤串車提升；當年產(chǎn)量達30萬噸，而提升距離較短時，一般采用雙鉤串車提升?；诽嵘话阌糜谀戤a(chǎn)量在45萬噸以上，井筒傾角大于25°的礦井。膠帶輸送機一般用于年產(chǎn)量較大，距離較長的斜井中。

設計依據(jù)

⑴主井提升

①礦井年產(chǎn)量An，t/年；

②工作制度：年工作日br，日工作小時t?！睹旱V工業(yè)設計規(guī)范》規(guī)定，br=300天，t=14h；

③礦井開采水平數(shù)、各水平井深Hs及各水平的服務年限；

④提升方式：箕斗或罐籠；

⑤卸載水平與井口的高差（卸載高度）Hx，m；

⑥裝載水平與井下運輸水平的高差（裝載高度）Hz，m；

⑦煤的松散密度，t/m3；

⑧礦井電壓等級。⑵副井提升

①井筒各水平深度Hs，m；

②矸石提升量，若無特別規(guī)定，一般按煤炭產(chǎn)量的15%～25%計算；

③最大班下井人數(shù)，一般按每天下井人數(shù)的40%計算；

④礦車型號、規(guī)格；

⑤每班運送材料、設備、炸藥等的數(shù)量；

⑥送往井下最大設備的尺寸和最重部件質量。

二、提升容器的選擇計算

1.小時提升量Ah

(11-24)

式中c—提升不均衡系數(shù)?！睹旱V工業(yè)設計規(guī)范》規(guī)定，有井底煤倉時為1.10～1.15，無井底煤倉時為1.20；

af—提升能力富裕系數(shù)。主井提升設備對第一水平留有20%的富裕能力。

2.合理的經(jīng)濟提升速度

m/s(11-25)

式中H——提升高度，H=Hs+Hx+Hz，m。

提升高度愈大，其系數(shù)取值愈大。一般情況下，當H<200m時取0.3為宜，當H>600m時取0.5為宜。此外，《煤礦安全規(guī)程》對提升速度作了規(guī)定。

①立井罐籠升降人員的最大速度不得超過0.5，并且最大速度的數(shù)值不得超過12m/s；

②專為升降物料的立井提升，最大速度不得超過0.6。

③對于斜井升降人員或使用礦車運輸物料的最大速度不得超過5m/s；用箕斗提煤（或矸石）的最大速度不得超過7m/s；當鋪設固定道床，采用重型鋼軌時，箕斗提煤的最大速度不得超過9m/s。

3.估算一次提升循環(huán)時間

(11-26)

4.一次合理提升量

t/次(11-27)

5.箕斗的選擇原則：

1）根據(jù)計算出的一次合理提升量值，從箕斗規(guī)格表中選取接近的標準箕斗；

2）在不增大提升機規(guī)格及井筒直徑的前提下，選擇較大的提升容器，采用較低的提升速度，節(jié)省電耗，比較經(jīng)濟合理。6.箕斗選定后，計算一次提升循環(huán)時間Tx和所需提升速度vm

s（11-28）

m/s(11-29)副井罐籠提升應考慮以下規(guī)定：⑴最大班工人下井時間不超過40min；⑵罐籠提升最大班靜作業(yè)時間，一般不超過5h。在計算最大班下井人員、矸石及材料提升時間時應遵守下列規(guī)定：

①升降工人時間，按下井工人提升時間的1.5倍計算；

②升降其他人員時間，按升降工人時間的20%計算；

③提升矸石按日出矸量的50%考慮，運送坑木按日需要量的50%考慮。⑶對于混合提升設備的提升能力，應同時符合下述要求：

①最大班工人下井時間不超過40min；

②每班提煤和提矸時間均計入1.25倍不均勻系數(shù)，并且總計不超過5.5h。⑷能夠運送井下設備的最大和最重部件；⑸普通罐籠進出車（材料車和平板車）的休止時間為40～60s；升降人員的休止時間采用：單層罐籠每次升降5人及以下時為20s；超過5人，每增加1人增加1s；對于雙層罐籠，如兩層中的人員同時進出罐籠，休止時間比單層罐籠增加信號聯(lián)系時間2s；當兩層中的人員都由一個平臺進出時，休止時間比單層罐籠增加一倍并另加置換罐籠時間6s。三、提升鋼絲繩的選擇計算1．提升鋼絲繩的安全系數(shù)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，按最大靜載荷并考慮一定安全系數(shù)的方法進行計算。

安全系數(shù)是指鋼絲繩各鋼絲拉斷力的總和與鋼絲繩最大靜拉力之比?！睹旱V安全規(guī)程》對提升鋼絲繩的安全系數(shù)ma作了明確規(guī)定，如表11-5。

2．提升鋼絲繩的類型選擇

在選擇鋼絲繩時，應考慮以下因素：

①在井筒淋水大、水的酸堿度高以及出風井中，應選用鍍鋅繩。

②在磨損嚴重條件下使用的鋼絲繩，如斜井提升等，應選用外層鋼絲盡可能粗的鋼絲繩，或線接觸、面接觸鋼絲繩。

③彎曲疲勞為主要破壞原因時，應選用線接觸式或三角股繩。

④一般立井或斜井箕斗提升用同向捻較好，多繩摩擦提升用左右捻各半，斜井串車提升采用交互捻，單繩纏繞提升多選右捻。

⑤罐道繩多用密封或三角股繩，其表面光滑，耐磨損。

⑥用于溫度高或有明火的地方，應選用石棉繩芯或金屬繩芯鋼絲繩。3．提升鋼絲繩的規(guī)格選擇計算

1）立井單繩纏繞式提升鋼絲繩的選擇計算

鋼絲繩最大靜載荷Qmax為

Qmax=mg+mzg+mpgHc

設σb為鋼絲繩抗拉強度（N/m2），As為鋼絲繩各鋼絲斷面積之和（m2），ρ0為鋼絲繩密度（kg/m3），則需要滿足

即

（11-31）

HcHjHsHzAAs與mp有如下關系

從而

kg/m計算出鋼絲繩每米質量mp后，可以從鋼絲繩規(guī)格表中選取稍大于mp的鋼絲繩，并查出該繩所有鋼絲的破斷力之和Qq，驗算所選鋼絲繩

滿足上式即說明所選鋼絲繩合適。否則應選取大一些的鋼絲繩，并重新進行驗算。

2）立井多繩摩擦提升鋼絲繩的選擇

對于等重尾繩提升系統(tǒng)，提升鋼絲繩在A點受最大靜張力，且重載容器在任何位置時，其值不變，可得

驗算公式為

HsHcHxHzHhH0

Hjh0

H

AS對于重尾繩，Δ=n2mq-n1mp。當重容器在井口卸載位置時，主繩在A點受最大靜拉力，其值為

同樣可得

驗算公式為

對于輕尾繩系統(tǒng)，當重容器在井底裝載位置時，提升鋼絲繩在A點受最大靜拉力。

平衡尾繩是為了平衡提升鋼絲繩的重量而獲得等力矩設置的，目前新建礦井大多數(shù)都使用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。四、提升機和天輪的選擇計算提升機卷筒（或摩擦輪）直徑的確定

選擇卷筒（或摩擦輪）直徑的主要原則是使鋼絲繩在卷筒（或摩擦輪）上纏繞時不致產(chǎn)生過大的彎曲應力，以保證鋼絲繩的一定承載能力和使用壽命。理論和實踐都證明，繞經(jīng)卷筒和天輪的鋼絲繩彎曲應力大小及其使用壽命，取決于卷筒與鋼絲繩直徑的比值。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：根據(jù)上式計算D值后，從提升機規(guī)格表中選擇標準提升機。天輪的選擇

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，天輪直徑Dt按以下條件確定：

天輪可分為固定天輪和游動天輪。井上固定天輪按結構形式有三種類型：當直徑≤3000mm時采用整體鑄鋼結構，直徑為3500mm時采用模壓焊接結構，直徑為4000mm時采用模壓鉚接結構。游動天輪輪體制成整體鑄鋼結構型式，采用光軸，其兩端裝有滾動軸承使其輪體既能在軸上滑動，又能隨軸一起轉動。卷筒寬度的驗算

卷筒上所需纏繞的鋼絲繩總長度包括以下部分：

⑴提升高度H，m；

⑵鋼絲繩試驗長度Ls。

⑶為減少鋼絲繩在卷筒固定處的拉力，按規(guī)定應保留3圈不動（稱摩擦圈）；

⑷多層纏繞時，為了避免上下層鋼絲繩總是在一個地方過渡，需要在每季度將鋼絲繩錯動1/4圈。卷筒的寬度應滿足：

單層纏繞時

多層纏繞時

提升機強度校核

從提升機規(guī)格表中，可查得提升機允許的最大靜張力Fjm和最大靜張力差Fjc，按下式驗算提升機強度是否滿足要求。

對于纏繞式提升機

對于摩擦式提升機

等重尾繩

重尾繩

輕尾繩

摩擦襯墊比壓

實際比壓pb為

pb≤[pb]

如果以上驗算通過，則所選提升機可用，否則必須改選用摩擦輪直徑較大的提升機，或直徑不變而將原來選用的四繩提升機改用六繩提升機。

五、提升機與井筒相對位置的計算提升機安裝地點選定后，要確定影響提升機相對位置的五個因素，即井架高度、提升機卷筒軸線與提升中心線的水平距離、鋼絲繩弦長、偏角和出繩角。它們彼此相互制約，互相影響。

1.鋼絲繩允許最大內(nèi)外偏角α2max、α1max的確定

鋼絲繩的偏角是指鋼絲繩弦與通過天輪平面所形成的角度，有內(nèi)偏角和外偏角之分。①偏角過大將會導致加劇鋼絲繩與天輪間的磨損，降低鋼絲繩的使用壽命，磨損嚴重時還會引起斷繩事故。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，內(nèi)外偏角不得超過1°30‘。

②如果內(nèi)偏角過大，當鋼絲繩纏繞卷筒時，繩弦與已纏繞到卷筒上的繩圈會相互接觸，并產(chǎn)生磨損，這一現(xiàn)象稱為“咬繩”，因此，最大內(nèi)偏角α2max，不僅受《煤礦安全規(guī)程》的上述限制，同時還受不“咬繩”的限制。2.井架高度Hj

如圖11-33所示，井架高度是指從井口水平到天輪中心軸線間的垂直距離。

Hj=Hx+Hr+Hg+0.75Rt3.滿足允許內(nèi)外偏角的最小允許繩弦弦長Lxmin的確定

鋼絲繩弦長是鋼絲繩離開卷筒處與天輪切點的一段繩長。繩弦越長內(nèi)外偏角越小。由α1max有

由α2max有

單層纏繞時

多層纏繞時

根據(jù)計算結果，取其中大者為弦長最小值Lxmin。一般情況下，弦長不應超過60m。

4.卷筒中心與井筒提升中心間距離Ls的確定

根據(jù)最小允許弦長計算Lsmin

對于需要在井筒與提升機房之間安裝井架斜撐的礦井，Lsmin還要滿足下式

Lsmin≥0.6Hj+D+3.5

一般來說，式（11-55）確定的Lsmin值能滿足式（11-56）的要求。根據(jù)上式計算值，確定合適的Ls值。

5．復算實際弦長Lx及內(nèi)外偏角α2、α1

當井架高度Hj確定后，根據(jù)上述確定的Ls值，反算實際弦長Lx及內(nèi)外偏角α2、α1。

單層纏繞時

多層纏繞時

6．下出繩角β

出繩角β的大小，影響提升機主軸的受力情況，JK型提升機主軸設計時是以下出繩角β為15°考慮的。若β<15°，鋼絲繩有可能與提升機基礎接觸，增大了鋼絲繩的磨損。對于JK型提升機要求滿足β>15°。

7．塔式多繩摩擦式提升機相對位置的計算

⑴井塔高度的確定

如圖11-34所示，井塔高度Ht為

Ht=Hx+Hr+Hg+Hmd+0.75R(11-62)

為了防止過卷或緊急制動時容器沖上機房，一般在過卷高度內(nèi)設置楔形罐道和防撞梁，用以強制容器停止運行和保護提升機，防撞梁設在楔形罐道的終點。⑵鋼絲繩對摩擦輪圍包角的計算

塔式安裝多繩摩擦式提升機，在有導向輪時，鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角一般在195°以內(nèi)，如圖11-35所示，并按下式計算。

六、提升電動機的初選

初選電動機的依據(jù)是電動機的功率、轉速和電壓等級三方面的要求。

電動機的估算功率

kW(11-64)

電動機的估算轉速

r/min(11-65)

初選電動機

按上述計算出來的N與n，在電動機技術數(shù)據(jù)表中選擇合適的電動機，所選提升電動機的轉速應與計算數(shù)值相一致。此外，應選用過載能力較大者，以滿足對電動機的過載能力要求?！睹旱V安全規(guī)程》的規(guī)定第三百八十條

立井中升降人員，應使用罐籠或帶乘人間的箕斗。在井筒內(nèi)作業(yè)或因其他原因，需要使用普通箕斗或救急罐升降人員時，必須制定安全措施。

鑿井期間，立井中升降人員可采用吊桶，并遵守下列規(guī)定：

（一）應采用不旋轉提升鋼絲繩。

（二）吊桶必須沿鋼絲繩罐道升降。在鑿井初期，尚未裝設罐道時，吊桶升降距離不得超過40m；鑿井時吊盤下面不裝罐道的部分也不得超過40m；井筒深度超過100m時，懸掛吊盤用的鋼絲繩不得兼作罐道使用。

第三百八十條

（三）吊桶上方必須裝保護傘。

（四）吊桶邊緣上不得坐人。

（五）裝有物料的吊桶不得乘人。

（六）用自動翻轉式吊桶升降人員時，必須有防止吊桶翻轉的安全裝置。嚴禁用底開式吊桶升降人員。

（七）吊桶提升到地面時，人員必須從井口平臺進出吊桶，并只準在吊桶停穩(wěn)和井蓋門關閉以后進出吊桶。雙吊桶提升時，井蓋門不得同時打開。

第三百八十一條

專為升降人員和升降人員與物料的罐籠（包括有乘人間的箕斗）應符合下列要求：

（一）乘人層頂部應設置可以打開的鐵蓋或鐵門，兩側裝設扶手。

（二）罐底必須滿鋪鋼板，如果需要設孔時，必須設置牢固可靠的門；兩側用鋼板擋嚴，并不得有孔。

（三）進出口必須裝設罐門或罐簾，高度不得小于1.2m。罐門或罐簾下部邊緣至罐底的距離不得超過250mm，罐簾橫桿的間距不得大于200mm。罐門不得向外開，門軸必須防脫。

第三百八十一條（四）提升礦車的罐籠內(nèi)必須裝有阻車器。

（五）單層罐籠和多層罐籠的最上層凈高（帶彈簧的主拉桿除外）不得小于1.9ｍ，其他各層凈高不得小于1.8ｍ。帶彈簧的主拉桿必須設保護套筒。

（六）罐籠內(nèi)每人占有的有效面積應不小于0.18m2。

罐籠每層內(nèi)1次能容納的人數(shù)應明確規(guī)定。超過規(guī)定人數(shù)時，把鉤工必須制止