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小型 矿井 提升 系统 设计

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小型矿井提升系统的设计 Tawanda Mushiria，*，Milton Jirivengwab和Charles Mbohwac摘要提升系统对于设备，人员，矿砂的运输以及矿山的生产率至关重要。它由各种组件组成，其中包括绕线机，绳索和电动机。提升机的安全性和可靠性取决于其设计，因此，正确，准确地设计提升机至关重要。在这项研究中，通过文献调查完成了组成提升机的组件的设计。考虑并比较了不同类型和构造的提升系统对小型矿山的适用性。这项研究旨在为使用不正确设计和不安全系统的小型矿工提供解决方案，以在其矿山中起吊和运输。具有成本效益的吊装系统对那些负担不起进口适当的吊装系统的小型矿工来说是一个很好的要求。1.引言随着采矿日益成为经济的主要贡献者，有必要改进采矿以收获更大的利益。在许多小型矿山中，生产力受到阻碍，因此经济增长受到阻碍 是将物料运入和运出竖井的原始方法，但这些小型矿山却在该国的年金条产量中占很大比例1。缺乏合适的起重设备给小型矿山带来了很多限制，并在很大程度上影响了该国的经济增长2。大多数小型采矿者没有足够的资金来进口矿用提升机，以提升矿石,废石和竖井中的人员10。因此，这些矿工最终使用不安全且不经济的方法来运输矿石和废石。大多数矿工采用图1所示的手动绞车系统来吊装矿石和废石3。人员使用沿竖井侧面挖出的阶梯孔沿竖井向下爬。这些方法不安全，会导致受伤甚至死亡。本地制造的廉价起重系统的设计和开发将帮助矿工提高生产率和安全性9。职业健康与安全是此类系统设计的关键11。1.1 现有吊装方法的问题 图1 手动绞车系统使用手动绞盘系统的牵引/提升方法被证明是非常缓慢的，并且这降低了矿山的生产率。该矿具有提高产量的能力，但由于手摇绞车系统无法超过该牵引速度，目前的产量限制为每月矿石355吨（0.5吨/小时）。人员使用阶梯孔或梯子掉入井道的方式非常不安全，因为这可能导致人员坠落而导致受伤或死亡。到目前为止，由于操作不当，该矿录得2死3伤12。1.2 目标设计有效的提升机提高小型矿山的生产率改善小型矿山的安全2.文献综述对相关文献的回顾有助于人们深入了解将用于实施项目的理论和公式，尤其是在设计和分析中。通过比较其他研究人员在感兴趣的领域中制定解决方案的方式，它可以帮助解决一个人的问题。这将有助于获得对该项目的方法论见解。2.1吊装系统类型采矿应用中使用的三种主要类型的提升机是摩擦提升机，滚筒式提升机和布莱尔多绳提升机。从机械上讲，这些类型的起重系统是完全不同的，但是在电气上相似，不同的电动机尺寸取决于要承载的负载大小2.2 滚筒式提升机提升绳以滚筒式提升机的形式存储在鼓上。它可以是单滚筒式提升机，也可以是双滚筒式提升机。它们适用于倾斜轴和垂直轴。滚筒式提升机使用一个鼓，这样当负载/运输工具被提升到地面时，电缆会绕着它缠绕。层数通常少于四层。通常，与摩擦式提升机相比，滚筒式提升机的绳索维护频率较低。同样，滚筒式提升机不需要在运输工具下方的空间放置尾绳。它们通常与竖井相距一定距离，并且需要一个头部框架和滑轮才能将起重绳索在竖井隔室中居中2。2.3单滚筒提升机它们包括一个驱动绕线滚筒，一个安装在头带中的皮带轮，一个电缆和一个输送装置。电缆从滚筒上方的滑轮上穿过，形成水平或倾斜的悬链线，并被限制在垂直轴中移动，从而形成垂悬在顶部滑轮下方的垂直绳索4。与双滚筒或摩擦式提升机相比，这是最简单的设计。在该系统中，通常使用一根绳索来吊起没有配重的单个运输工具（固定架或跳过架）。由于负载不平衡，单滚筒提升机通常较慢。它们通常用在浅井筒中，并且这些地方的工作需要低功率。对于深度小于250米的浅井井筒，它们是首选。通常使用一种输送方式，以使轴直径更小，更理想。常见的应用是设备和人员运输。可以使用单滚筒提升机和布莱尔多绳（BMR）提升机，其中在单条运输工具上使用两条绳2。2.4双滚筒提升机这些系统基本上由两个机械耦合的单滚筒系统组成。它由两个电动机驱动，这使双滚筒式的双滚筒彼此独立地旋转。该系统在更高的深度运行。双滚筒式提升机可用于从约100米到超深至3000米的所有竖井深度。由于双滚筒的独立旋转，非常适合在多层次的矿山中使用，这些地方的绳索拉伸可能会成为问题4。为了减少双滚筒系统中所需的电动机扭矩，通过平衡放置两个笼子来减少不平衡力2。2.5摩擦力提升机弗里德里希科佩（Friedrich Koepe）在19世纪后期发明了摩擦提升机。它有两个运输工具，每个运输工具都由头绳支撑，该头绳越过由电动马达驱动的摩擦轮。附在运输工具上的尾绳改善了系统的平衡3。摩擦提升机可以安装在地面上，也可以安装在塔上。这些系统可以具有单个保持架/滑架和平衡重，也可以具有两个保持架，因此它们是平衡的。由于采用了平衡的系统，因此摩擦提升机的运行功率较小。与摩擦提升机一起使用的绳索会遭受疲劳，并且在摩擦提升机绳索中应用的安全系数更高1。3.材料与方法该矿是津巴布韦一家成熟的小型金矿。该矿山成立于2010年，并从那时起开始运营。它雇用了三十多名工人。该矿目前的生产能力约为每月5公斤黄金。它的轴深为86米。像大多数小型矿山一样，该矿山没有合适的设备来运送人员和矿石。3.1选择的解决方案：单滚筒提升机最佳概念的选择主要取决于矿山规模和项目目标。单滚筒概念是最简单的设计。这些系统通常适用于浅井中的低功率工作。对于深度小于250米的浅井井筒，它们是首选。双滚筒提升机比单滚筒提升机更昂贵。双滚筒提升机适用于最长3000米的超深井筒。由于其独立的旋转，双滚筒提升机非常适合多层矿山。 图2 可能的解决方案：单滚筒提升机该矿不是多层矿，其深度只有86米。摩擦式提升机适用于高效率和大容量的生产缠绕，并且由于摩擦而使绳索疲劳寿命有限，这将使系统因维护而变得昂贵。在提出三种可能的解决方案之后，决策矩阵被用于选择最合适的概念。4.研究结果与讨论分别分析了不同的概念以选择最佳概念。选择时要考虑每个重要因素及其与其他考虑因素的相关性。经过分析，选择了单滚筒概念，如图3所示。本节介绍组成提升系统的组件的深入设计过程。对组件的尺寸和规格进行了所有必要的计算。 图3 单滚筒提升机该矿平均每月生产355吨矿石。这相当于a355 /（30 * 24）= 0.493吨/小时。运输工具的设计应能够将人员，物料和开采的矿石往返于地面和地下。因此，运输工具被设计成可承载0.4930.5吨的有效载荷（开采的矿石），这是矿山的每小时生产率5。运输工具还设计用于承载三个人。为了同时运送矿石和人员，运输工具设计有两个隔室。根据矿山设计准则6，对于500米以下的竖井，加减速范围为0.5至0.75 m / s2。提升机的加速度和减速度选择为0.5 m / s2。绘制了提升机速度（1.25 m / s）和加速度（0.5 m / s2）的速度-时间图。下图显示了提升系统的速度-时间图 图4 提升机速度-时间图 图5 卷筒4.1滚筒质量计算计算出滚筒的尺寸之后，现在就可以评估滚筒的质量了。桶材料（铸铁）的密度为7250 kg / m3 7。感光鼓前截面图如图所示因此，顶滑轮的体积顶滑轮的材料是铸铁。皮带轮的质量为1668kg。 空心部分 卷筒轴 终板/滚筒凸缘 图6 绕线筒前视图4.2电机的尺寸电动机应具有足够的功率以加速并承载负载。两部分分别考虑i 加速系统所需的扭矩ii 期间所需的扭矩匀速对于减速，由制动系统负责。5.结论与建议提升系统的实施由于生产率和安全性的提高而直接影响矿山