浅析煤矿立井多绳摩擦式提升系统

时间:2022-06-19 01:43:42

浅析煤矿立井多绳摩擦式提升系统

【摘 要】矿井提升系统对矿井运输十分重要,现代矿山行业中应用比较广泛的是多绳摩擦式提升系统,它包括塔式和落地式两个类型,相较于单绳缠绕式提升机,其具有体积小、重量轻,能耗小,安全性高,节省材料、易于制造,安装和运输方便等特点,本文就副立井多绳摩擦式提升机的设计做简单阐述。

【关键词】煤矿;副立井;多绳摩擦式提升机

1.多绳摩擦式提升机概述

多绳摩擦式提升机是一种应用于煤炭、金属、化工等矿山开采的提升设备,主要用在竖井、斜井中提升矿物、设备,升降人员。多绳摩擦式提升机主要由电动机、减速器、摩擦轮、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成,采用交流或直流电机驱动。采用低速电动机时可不用减速器,电动机直接与卷筒主轴相连,或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。多绳摩擦式提升机采用柔性体摩擦传动原理,将钢丝绳围绕在摩擦轮上,以电动机为动力源,通过减速器、主导轮装置等传动系统和工作系统,利用摩擦力,实现提升机容器在井筒中的升降。下面以副立井提升系统为例,进行简要分析。

2.副立井提升系统设计

矿井副立井存在多水平同时提升情况,副立井采用单罐笼带平衡锤提升系统,担负矿井辅助提升任务。

2.1设计依据

副立井井口标高:+990m,一水平井底标高:+500m,井筒垂深490m。二水平井底标高:+250m,井筒垂深740m。开采三水平时,采用副暗斜井延深。

提升容器:选用1个1t单层双车多绳宽罐笼带平衡锤。宽罐笼质量14500kg,可乘人46人。平衡锤质量22525kg。罐笼配用矿车采用1tU型固定矿车,其质量为592kg,可载矸1800 kg。罐笼内净尺寸4860×1900×3000mm。最大件设备为质量15t的液压支架(外形尺寸4650×1410×1400mm)。运送大件设备的平板车质量1050kg。

最大班下井人数143人;每班其它辅助提升量:提矸石27.3t;下材料20车;下设备15车;其它5次。

2.2提升方案比较

根据上述条件, 对副立井提升考虑了2个方案。

方案一:副立井采用落地式提升系统。提升机选用1台JKMD3.5×4型落地式多绳摩擦式提升机,最大提升速度7.7m/s。配套800kW,42r/min,540V的直流电机。该方案主要优点是施工及设备安装可交叉作业,节约占用井口的时间,但系统环节多,维护量大,井架的日常防腐费用较高。

方案二:副立井采用井塔式提升系统。提升机选用1台JKM3.5×4型井塔式多绳摩擦式提升机,最大提升速度7. 7m/s。配套800kW,42r/min,540V的直流电机。该方案系统简单,生产使用、维护方便,节省占地;但井塔基础及结构形式复杂,施工困难,凿井时间较长,占用井口的时间较长,将直接影响到矿井建设工期。

经综合比较确定选用方案一。副立井提升设备选用1台JKMD3.5×4型落地式多绳摩擦式提升机,最大提升速度7.7m/s。配套800kW,42r/min,540V的直流电机。

2.3推荐方案的计算和校验

2.3.1设计依据

副立井井口标高:+990m,一水平井底标高:+500m,井筒垂深490m。二水平井底标高:+250m,井筒垂深740m。开采三水平时,采用副暗斜井延深。

提升容器:选用1个1t单层双车多绳宽罐笼带平衡锤。宽罐笼质量14500kg,可乘人46人。平衡锤质量22525kg。罐笼配用矿车采用1tU型固定矿车,其质量为592kg,可载矸1800 kg。罐笼内净尺寸4860×1900×3000mm。最大件设备为质量15t的液压支架(外形尺寸4650×1410×1400mm)。运送大件设备的平板车质量1050kg。

最大班下井人数143人;每班其它辅助提升量:提矸石27.3t;下材料20车;下设备15车;其它5次。

2.3.2设备选型

提升机按二水平选型,其它按一水平选型。

2.3.2.1钢丝绳选型计算及安全系数校验

提升高度:Ht=Hs

式中:Ht―提升高度,m;

Hs―井筒垂深,m;

一水平:Ht1=990-500=490m

二水平:Ht2=990-250=740m

钢丝绳悬垂长度:Hc=Hs+Hj+HH

式中: Hc―钢丝绳悬垂长度,m;

Hj―井架高度,m;

HH―尾绳环高度,m。

一水平:Hc=990-500+30+16.5=536.5m

二水平:Hc=990-250+30+16.5=786.5m

主钢丝绳选用三角股钢丝绳,尾绳选用扁尾绳。

根据《安全规程》规定计算允许安全系数

m物=8.2-0.0005Hc

m人=9.2-0.0005Hc

一水平:m物=7.95

m人=8.95

二水平:m物=7.82

m人=8.82

计算实际安全系数:

m=nQq/Fjmax

式中:n―主钢丝绳根数;

Qq―钢丝绳钢丝最大破断力总和;

Sjmax―钢丝绳受最大静拉力。

一水平:m1大=8.72>7.95

m1人=10.74>8.95

二水平:m2大=8.43>7.82

m2人=11.51>8.82

2.3.2.2提升设备选型计算及检验

提大件负荷最大,提升机受最大静张力

一水平:

Sj1大=[15000+1050+18000+536.5×4.68×4+0.08(489+16.5)]×9.81/1000

=432.804kN

二水平:

Sj2大=[15000+1050+18000+786.5×5.25×4]×9.81/1000=495.864kN

最大静张力差

二水平:Sc2max=78.7kN

一水平:Sc1max=79.08kN

二水平:DN≥90d1=90×34=3060mm

DN≥1200δmax =1200×2.72=3264mm

按二水平选提升机。选用JKMD-3.5×4型落地式多绳提升机。

2.3.2.3提升主电动机的选型计算

一水平:正常提升速度(二水平相同):V=7.7m/s

N1=1.2×15000/2×7.7/1/102×1.15=782kW

配800kW、42r/min低速直联直流电动机。

计算的绳衬比压:

一水平:提大件时 p=1.65MPa

提人时 p=1.39 MPa

二水平:提大件时p=1.81MPa

提人时 p=1.57 MPa

2.3.2.4提升系统运动学计算

以下按一水平计算

为了减小提升机在正常起动和制动过程中,钢丝绳的弹性振动所引起箕斗的剧烈震荡,防止钢丝绳的滑动,设计中采用了冲击限制理论,以有效限制或消除钢丝绳的弹性振动,提高摩擦提升的可靠性。加、减速度变化率(冲击限制值)0.29m/s3。

2.3.2.5最大班作业时间

班净提升时间2.89h小于4.5h。其中下井人员时间20.09min小于30min满足《煤矿安全规程》的规定。二水平时,班净提升时间3.58h小于4.5h。其中下井人员时间24.45min小于30min。

2.3.2.6提升系统动力学计算

提升系统总变位质量

钢丝绳变位质量:ms=621.12×4.68×4+539×9.4×2=21761kg

提升机变位质量:mj=18000kg

天轮变位质量:mt=6300×2=12600kg

电动机变位质量:md=4×6520/3.5/3.5×1×1=2129kg

提物时(最大件)容器变位质量:mr=14500+15000+1050+22525=53075kg

提人时容器变位质量:m人=14500+46×75+22525=40475kg

2.3.2.7提升主电动机校验结果见下表,电机校验满足要求。

2.3.2.8提升系统防滑校验

安全制动力、安全制动减速度计算及防滑验算。

《煤矿安全规程》规定的摩擦提升安全制动减速度为:提升重载≤5m/s2,下放重载≥1.5m/s2。并且要求在各种载荷及提升状态下,保险闸发生作用时,钢丝绳都不出现滑动。

3.结论

此设计简单描述了多绳摩擦式提升机的整体构成,对各机构进行选型分析和布置,依据矿井参数对提升机的提升容器、钢丝绳、系统运动等进行计算分析,使它更加贴合矿井作业,发挥作用。

参考文献:

[1]国家安全生产监督管理总局 国家煤矿安全监察局 煤矿安全规程 煤炭工业出版社 2011年.

[2]李世华,矿井提升设备使用维修[M].机械工业出版社 1991年.

[3]潘英.矿山提升机机械设计.徐州:中国矿业大学出版社 2001年.

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