矿井提升设备的选型和设计

1、 毕业设计（论文）毕业设计（论文）说明书说明书毕业设计（论文）题目毕业设计（论文）题目 矿井提升设备的选型选型 选型（改造）设计 年级专业 2012 级机电一体化三班 学生姓名 刘 晨 指导教师 程文杰 平顶山工业职业技术学院平顶山工业职业技术学院 2014 年 3 月 1 日0目目 录录第第 1 1 章章 矿矿井井提提升升设设备备2一、提升方式2二、主提升设备选型计算2三、开采煤时主提升能力计算13四、副提升设备选型计算17五、开采煤时副井提升能力校核27参考文献参考文献32致谢致谢133附录 A 采区供电系统图附录 B 设备布置图2第第 1 1 章章 矿井提升设备矿井提升设备一、提升方式一

2、、提升方式矿井七2煤与二1煤采用分期开拓开采的方式，初期开采七2煤，后期经技术改造后开采二1煤。七2煤井设计生产能力为 0.30Mt/a，采用立井开拓，二个提升井筒，其中主井井深 277m，担负七2煤矿井提煤任务；副井井深 277m，担负七2煤矿井辅助提升任务；二1煤井设计生产能力为 0.45Mt/a，采用立井开拓，利用七2煤井二个提升井筒延深至二1煤的开采水平，在七2煤井开采结束后进行二1煤的开采，二1煤主井井深 577m，担负二1煤矿井提煤任务；副井井深 577m，担负二1煤矿井辅助提升任务。2 2、主提升设备选型计算主提升设备选型计算（一）设计依据（一）设计依据初期开采七2煤时1、生产能

3、力：0.30Mt/a2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。3、井深：H=277m4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。后期开采二1煤时1、生产能力：0.45Mt/a2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。3、井深：H=577m4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。（二）提升容器选择（二）提升容器选择该矿井初期开采七2煤时井深 277m，后期开采二1煤时井深 577m，根据煤炭工业矿井设计规范规定，为避免提升系统的重复改扩建,同时考虑到矿井后期开采二1煤时井筒深度增加，所以初期开采七2煤和后期开采二1煤时主、3副井提升设备统一按开采最终水平选择计算。计算过程以后

4、期开采二1煤的提升设备选型计算为准。1、确定经济提升速度V=(0.3-0.5)=7.2-12.01m/s577取：Vm=8m/s，1=1.0m/s22、计算一次提升循环时间: Tx =108=98.1s8157783、根据矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。Qj=3.3t450000 1.2 1.2 98.13600 330 16据此提升容器选择 JDS-4/554Y 型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道） ，箕斗自重 QZ=6500kg（含连接装置）,载重量 Q=4000kg，提升钢丝绳 4 根，平衡尾绳 2根，钢丝绳间距 300mm。（三）钢丝绳选择（三）钢丝绳选择1、绳端荷重Qd=QZ

5、+Q=6500+4000=10500kg2、钢丝绳悬垂长度Hc=H-HZ+Hh+HX+Hg+Hr+0.75RT+e=577-30+11.008+12+6.5+10.9+0.750.925+5=593.1m式中：Hg -过卷高度 Hg=6.5mHh -尾绳环高度 Hh=Hg+0.5+2S=6.5+0.5+22.004=11.008mHr -容器高度 Hr=10.9mRT-天轮半径e-上下天轮垂直距离 e=5mS-提升容器中心距HX -卸载高度 HX=12m3、首绳单位长度重量计算4PK =1.29kg/m110()BcQnHmd10500110 1674 (593.1)7式中：B钢丝绳计算抗拉强

6、度，取 1670MPam钢丝绳安全系数，取7根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=307200N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。4、尾绳单位长度重量计算qk=Pk=1.96=3.92kg/mnn42式中：n首绳钢丝绳根数 n=4n尾绳钢丝绳根数 n=2根据以上计算，尾绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳2根，单重q=3.82kg/m。（四）提升机选择（四）提升机选择1、主导轮直径D90d=9022=1980（mm）2、最大静拉力和最大静拉力差最大静拉力：

7、Fj=Q+Qc+nPkHc=6500+4000+41.96593.1=15150kg最大静张力差：Fc=Q=4000kg据此主井提升装置选用JKMD-2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，钢丝绳根数4根，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=6.5 m/s，减速比i=10.5,提升机旋转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数=0.23。5（五）提升系统的确定（见图（五）提升系统的确定（见图6-1-16-1-1）1、井架高度Hj=HX

8、+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.751.125+5=35.2m取HJ=36m2、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离LS0.6Hj+3.5+D=0.636+3.5+2.2527.35m取LS=28m3、钢丝绳弦长下弦长LX1=2210()()22tjSDsHCL222.0042.25(31 0.8)(28)22 =39.8m上弦长LX=220()()22tjSDsHCL222.0042.25(360.8)(28)22 =44.9M式中：HJ1-井架下层天轮高度 C0-摩擦轮中心与地平距离4、钢丝绳的出绳角下出绳角6图6-1-1+0m主井提升系统图1、本图井口标高设为+

9、0m。2、首绳为22ZAB6V*30-1670型，4根。3、尾绳为85*17NAT-P8*4*7型，2根。4、单位为mm。5、绳间距为300mm。44900398002.25m2.25m28000800310003600052 37 16 51 37 28提升中心线装载平面30000卸载平面12000+31m+12m+36m577000下=arctan+arcsin1022jtHCDsLs12txDDL=ARCTAN+ARCSIN=5239931 0.82.0042.2528222.252.252 39.8上出绳角7上=arcsin=5137280jxHCL5、围包角的确定经计算围包角=181

10、14（六）提升容器最小自重校核（六）提升容器最小自重校核1、按静防滑条件容器自重为QZQ-nPkHc=D1Q-nPkHc11(12)(1)jwwe =2.3594000-41.96593.1=4786.1kg经查表，当围包角=18114时D1=2.359式中：w1-箕斗提升时矿井阻力系数 w1=0.075 j-静防滑安全系数 j=1.752、按动防滑条件QZQ+Gd-nPkHc1111(12)()121(1)1ggwwgege11(1)121(1)1gggege=A1Q+C1Gd-nPkHc=2.21154000+0.15332300-41.96593.1=4548.7kg经查表，当围包角 =

11、18114，加速度 a1=0.5 时,A1=2.2115,C1=0.1533。式中： Gd-天轮的变位质量。经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重，防滑条件满足要求。（七）钢丝绳安全系数与提升机的校验（七）钢丝绳安全系数与提升机的校验1、首绳安全系数校验8m=8.37.20.0005qcnQ(QQ +)kcnP Hg4 307200(650040004 1.96 593.1) 9.8 H=6.9满足要求2、最大静张力和最大静张力差最大静拉力：Fj=15150kg=148kN215kN最大静张力差：Fc=4000kg=39kN3ZJMM3()mJMaQ RM(42001 0.5400

12、0) 1.1254000 1.125满足要求。式中：MZ-制动力矩 MJ-静荷重旋转力矩（十三）电控设备（十三）电控设备本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。（十四）供电电源（十四）供电电源提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自矿井地面变电所，详见地面供电系统图。三、开采七三、开采七2 2煤时主提升能力计算煤时主提升能力计算矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为 0.30Mt/a，井筒深度 H=277m，主井提升装置选用以开采二1煤计算为准的 JKMD2.254（I）E 型落地式多绳摩擦

13、式提升机，提升容器为 JDS-4/554Y 型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道） 。提13升钢丝绳首绳选用 22ZAB-6V30+FC-1670-307 型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用 8815NAT-P847-1360 型扁钢丝绳 2 根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期服务于七2煤和二1煤的开采。（一）提升高度的确定（一）提升高度的确定Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m式中：Hr -容器高度 Hr=10.9HX -卸载高度 HX=12mHz -装载高度 HZ=30m（二）提升运动学及提升能力计算（二）提升运动学及提升能力计算( (提升速度图力图见图

14、提升速度图力图见图6-1-3)6-1-3)经计算得初加速度 a0=0.48m/s2，V0=1.5m/s，卸载曲轨行程 h0=2.35m,主加速度 a1=0.50m/s2，提升减速度 a3=0.50m/s2。 （提升速度及力图见图 6-1-3）1、初加速度阶段卸载曲轨初加速时间：t0=3.13soVoa1.50.48箕斗在卸载中曲轨内的行程：h0=2.35m2、正常加速度阶段加速时间：t1=10.8s01mVVa6.9 1.50.5加速阶段行程：h1=t1=10.8=45.4m02mVV6.9 1.523、正常减速阶段减速阶段时间：t3=12.8s43mVVa6.90.50.5144508045

15、080450802644022图(6-1-3)629754508063721F(N)t03.1310.8t124.912.8t2t3t (s)16t5t4a3=0.5m/sa1=0.5m/sV0=1.5m/sv(m/s)Vm=6.9m/sV4=0.5m/s629756372126440减速阶段行程：h3=t3=12.8=47.4m42mVV6.90.524、爬行阶段爬行时间：t4=6s44hV30.5爬行距离：h4=3m5、抱闸停车时间 t5=1s6、等速阶段等速阶段行程：h2=Ht-h0-h1-h3-h4=269.9-2.35-45.4-47.4-3=171.8m式中：Ht-提升高度 Ht=

16、H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m等速阶段时间：t2=24.9s2mhV171.86.9157、一次提升循环时间Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+=3.13+10.8+24.9+12.8+6+1+12=70.6s式中: 休止时间取 12s8、提升设备年实际提升量An=89.7 万 t/a3600 4 330 161.2 70.6 提升能力富裕系数为af=2.99AnAn89.730提升能力满足要求（三）提升系统动力学计算（三）提升系统动力学计算1、提升系统总变位质量m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md =4000+26500+41.96610+2

17、2300+6500+4399 =37281kg式中：Lp钢丝绳全长 Lp=610m（包括尾绳） 。2、动力学计算（按平衡系统计算）1、提升开始阶段开始时：F0=Kmg+Ht+ma0=1.1540009.8+372810.48=62975N终了时：F0=F0-2h0=629750=62975N式中：-提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统0。2、主加速阶段开始时：F1=F0+m（a1-a0）=62975+37281（0.5-0.48）=63721N终了时：F1=F1=63721N 3、等速阶段开始时：F2=F1-ma1=63721-372810.50=45080N终了时：F2=F2=4508

18、0N4、减速阶段开始时：F3=F2-ma3=45080-372810.50=26440N16终了时：F3=F3=26440N5、爬行阶段开始时：F4=F3+ma3=26440+372810.50=45080N终了时：F4=F4=45080N经计算所选主井提升设备在初期开采七2煤时,可满足矿井七2煤井煤炭提升任务的要求。4 4、副提升设备选型计算副提升设备选型计算（一）设计依据（一）设计依据初期开采七2煤时1、生产能力： 0.30Mt/a。2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。3、提升高度：H=277m(井筒深度)。4、最大班下井人数：109人。5、最大件重量：3170kg

19、。 （主排水泵电机,不可拆卸件）后期开采二1煤时1、生产能力： 0.45Mt/a。2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。3、提升高度：H=577m(井筒深度)。4、最大班下井人数： 125人。5、最大件重量：5350kg(主排水泵电机,不可拆卸件)。（二）提升容器选择（二）提升容器选择根据矿井后期开采二1煤时的年产量及辅助提升量，经计算，副井提升容器选用一对1.0t双层单车多绳标准罐笼（宽窄各一个） ，钢丝绳罐道，宽罐笼质量为Q=5800kg，每次承载38人，窄罐笼质量为Q=4656kg，每次承载23人。提矸选用1.0t标准矿车，矿车自重QZ=610kg，载矸量为Qm=1

20、800kg，每次提升一辆矿17车。（三）钢丝绳及提升机选择（三）钢丝绳及提升机选择1、绳端荷载计算提升物料（按提矸计算）：Q矸=Q+Qm+QZ=5800+1800+610=8210kg提升人员：Q人=Q+Qr=5800+2850=8650kg提升最大件设备：Q大件=5800+5350=11150kg式中:Qr每次乘载人员重量,按最多38人计算。 5350卸载最大件水泵电机重量。2、首绳单位长度重量PK大件=1.65kg/m110()BQnHcm大件11150110 1674 (611)8PK人=1.5kg/m110()BQnHcm人8650110 1674 (611)9式中:Hc钢丝绳悬垂长度

21、Hc=H+Hj+Hh=577+24+10=611m n首绳钢丝绳根数 Hh尾绳环高度根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=326030N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。3、尾绳单位长度重量qk=Pk=21.96=3.92kg/m1nn式中:n1尾绳钢丝绳根数根据以上计算，尾绳选用8515NAT-P847-1370型扁钢丝绳两根，其18主要技术参数为：钢丝绳尺寸宽厚=85mm15mm，钢丝破断拉力总和Qq=542000N，钢丝绳单位长度质量为qk=3.82kg/m。4、

22、提升机选择1）摩擦轮直径D90d=9022=1980（mm）2)最大静张力和最大静张力差最大静张力(按提升最大设备计算)Fj=Q+Q大件+nPkHj+n1qk(H+Hh)=5800+5350+41.9624+23.82(577+10)=15823kg最大静张力差Fc=Qr+（5800-4656）=3994kg据此副井提升装置选用JKMD-2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=5.0 m/s，减速比i=11.5,提升机旋转部分变位质量

23、mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数=0.23。（四）提升系统的确定（四）提升系统的确定( (见提升系统图见提升系统图6-1-4)6-1-4)1、井架高度HjHr+Hg+0.75Rt+e=11+7+0.751.125+5=23.8m取HJ24m式中: Hr-容器高度 Hg-过卷高度Rt-天轮半径e-上下天轮中心高度2、提升机摩擦轮与提升中心线距离LSLS=0.6Hj+3.5+D=0.624+3.5+2.25=20.2m取LS=21m3、钢丝绳弦长下弦长LX12210()()22tjSDsHCL19221.9042.25(190.8)(21)22 26.3m上弦长LX

24、220()()22tjSDsHCL221.9042.25(240.8)(21)22 31.2m式中：s-两容器间距 C0-摩擦轮中心与地平距离4、钢丝绳的出绳角下出绳角下=arctan+arcsin1022jtHCDsLs12txDDL=arctan+arcsin190.81.9042.2521222.252.252 23.88=491726上出绳角下=arcsin482170jxHCL20副井提升系统图+0m图6-1-41900024000+19m+24m1、本图井口标高设为+0m。2、首绳为22ZAB6V*30-1770型，4根。3、尾绳为85*15NAT-P8*4*7型，2根。4、单位为

25、mm。5、绳间距为300mm。49 17 26 48 2 17 提升中心线2.25m2.25m2.25m8002100026300312005770005、围包角的确定经计算围包角181159（五）提升容器最小自重校核（五）提升容器最小自重校核1、按静防滑条件容器自重为（按提升最大件计算）QCQ-nPkHc-QZ=D2Q-nPkHc22(12)(1)jwwe21 =2.4842850-41.96611=2289.2kg当围包角=181159时查表得D2=2.4842、按动防滑条件QCQ+Gd-nPkHc-Qz1221(12)121(1)1jjawwg eage112(1)121(1)1jjag

26、eage=A2Q+C1Gd-nPkHc经查表当加速度a1取0.5m/s2,A2=2.3,C1=0.15。则QC=2.32850+0.152300-41.96402=3748.3kg经计算满足防滑条件的罐笼最小自重均小于所选罐笼自重，防滑条件满足要求,但在卸载最大件水泵电机时应适当增加配重，已满足防滑条件下的提升容器最小自重的要求。（六）钢丝绳和提升机校验（六）钢丝绳和提升机校验1、首绳安全系数提升矸石时m=10.28.2-0.0005H=7.9qnQ(Q)kcnP Hg矸4 326030(82104 1.96 611) 9.8 提升人员m=9.99.2-0.0005H=8.9qnQ(Q)kcn

27、P Hg人4 326030(86504 1.96 611) 9.8 提升大件设备m=8.38.2-0.0005H=7.9qnQ(Q)kcnP Hg大件4 326030(111504 1.96 611) 9.8 满足要求。2、最大静张力和最大静张力差如前计算最大静张力Fj=15823kg=155070N215000N最大静张力差Fc=3994kg39141N3ZJMM3()mJMaQ RM39503 0.5(2850 1144) 1.125(2850 1144) 1.125满足要求。式中：MZ-制动力矩 MJ-静荷重旋转力矩（十二）最大班作业时间计算（十二）最大班作业时间计算最大班作业时间见表2

28、6最大班作业时间为2.1h,最大班下井人员时间为12.6分钟.符合要求。最大班作业时间平衡表 提升内容单 位数 量每次提升量每班提升次数每次提升时间（S）总需时间（S）下放人员人95304189.4757.6上提人员人48302189.4378.8提升材料和设备车10110169.41694提升矸石车20120141.42828其它次1010189.41894合 计7552.4(s)，2.1(h)（十三）电控设备（十三）电控设备本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。（十四）供电电源（十四）供电电源提升

29、机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自矿井地面变电所，详见地面供电系统图。五、开采七五、开采七2 2煤时副井提升能力校核煤时副井提升能力校核矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为0.30Mt/a，提升高度H=277m，副井提升装置选用以开采二1煤计算为准的JKMD2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为1.0t双层单车标准多绳罐笼（钢丝绳罐道） 。提升钢丝绳首绳选用22ZAB-6V30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期担负七2煤和二1煤的开采期的辅助提升工

30、作。27（一）提升运动学及提升能力计算（一）提升运动学及提升能力计算经计算得主加速度 a1=0.50m/s2，提升减速度 a3=0.50m/s2。 （提升速度图力图见图 6-1-6）1、正常加速度阶段加速时间：t1=10.2s1mVa5.10.5加速阶段行程：h1=t1=10.2=26m2mV5.122、正常减速阶段减速阶段时间：t3=9.4s43mVVa5.1 0.40.5减速阶段行程：h3=t3=9.4=25.9m42mVV5.1 0.423、爬行阶段爬行时间：t4=6.25s44hV2.50.4爬行距离：h4=2.5m4、抱闸停车时间 t5=1s5、等速阶段等速阶段行程：h2=H-h1-

31、h3-h4=277-26-25.9-2.5=222.6m等速阶段时间：t2=43.6s2mhV222.65.12833516335161624433516335165079222V4=0.4m/sa3=0.5m/sa1=0.5m/sVm=5.1m/s16.259.443.610.2t5t4t3t2t1图(6-1-6)F(N)v(m/s)t (s)50792162446、一次提升循环时间提升人员时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+60=130.5s提升物料时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+40=110.5提升矸石时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+12=82.5s式中: 休止时间，提升人员时取 60s,提升物料时取 40s