8章立井提升设备的选型计算

二、选型设计的依据和主要内容
(一) 设计依据
1．主井提升
1) 矿井年产量A(t/a)； 2) 工作制度即年工作日数br，日工作小时数t，《煤炭工业设计规范》
规定：br = 330d，t = 16h； 3) 矿井开采水平数及各水平服务年限； 4) 矿井深度Hs，即井口至各开采水平的深度； 5) 卸载水平与井口的高差Hx(m)，可按下列数据选取： • 对于底卸式箕斗：Hx＝15~25m， • 对于普通罐笼：Hx＝0~15m； 6) 装载水平与井下运输水平的高差Hz(m)，对于底卸式箕斗：Hz＝18~
3) 矿井深度Hs (m)； 4) 每班下井材料、设备、炸药次数。(次/班)； 5) 提升罐笼型式规格，罐笼质量(kg)，矿车质量(kg)； 6) 矸石散集密度(t/m3)。
(二) 设计的主要内容
1) 计算并选择提升容器； 2) 计算并选择提升钢丝绳， 3) 计算并选择提升机； 4) 提升电动机的预选； 5) 提升机与井筒相对位置的计算； 6) 运动学及动力学计算； 7) 电动机功率的验算； 8) 计算吨煤电耗(对于主井提升)； 9) 制定最大班作业时间平衡表(对于副井)。
一般在保证不加大提升机的情况下，优先选用大容量箕斗。
所需一次提升时间
T1
3600Qbrt CAa f
(8-6)
按公式（7-3）可得
T1
v1 a
H v1
u
上式等号两边乘上av1，整理后得到v1的一元二次方程
v12 a T1 u v1 aH 0
解此方程，得两个根，其中一个根不合理(因v1太大)，故只剩一个根
v1 a T1 u
a2 T1 u 2 4aH
2
(8-7)
v1是选择提升机标准速度的一个依据，按v1在提升机技术性能表中选用 相近的标准速度。
《煤矿安全规程》规定：
立井中用罐笼升降人员的最大速度vm，不得超过表8-3中的数值 (即度 vm 0.5 H )。立井升降物料时，最大速度，vm 0.6 H m/s。
按计算出的Qj，在箕斗的规格表中选取相近的名义货载质量的标 准箕斗。根据表中的斗箱有效容积Vr计算一次实际提升量Q
Q Vr
(8-5)
式中 γ —— 煤的散集密度，t/m3。
有些情况下，Qj介于2个箕斗名义货载质量之间，这时可以同时 选用2个箕斗，并分2个方案进行设计，直到提升机选择出来后， 再从中最后确定一个。
H Hs Hx
按经验提升速度可估算经验提升时间（按五阶段速度图估算）：
Ti
vj a
H vj
u
(8-3)
式中 Tj — 经验提升时间，s； a — 提升加速度，可暂取0.7~0.75 m/s2；对于专门提升物料的容器，
可取0.8m/s2；
u — 提升容器爬行阶段附加时间，可暂取10s（对于箕斗）或5s
对于中型矿井，如井较浅，可采用单绳缠绕系统，井较深时也可采用 多绳摩擦系统，或主井采用单绳箕斗，副井采用多绳罐笼。
5) 煤矿若有两个水平，且分前后期开采时，提升机、井架或井塔等大型 固定设备要按最终水平选择。提升容器、钢丝绳和提升电动机根据实 际情况也可按第一水平选择，待井筒延深至第二水平时，另行更换， 但电动机以换装一次为宜。
（对于罐笼）；
θ — 提升容器每次提升终了后的休止时间。箕斗休止时间按表8-1选 取。普通罐笼进出矿车休止时间按表8-2选取。普通罐笼单层进出材料车 或平板车的休止时间按40s计算。
箕斗规格/t 休止时间/s
表8-1 箕斗休止时间
≤6 8~9 12~30
30t以上箕斗以及特制靠外动力卸载箕斗
8 表71-02 普1通2~罐30笼进出按矿有车关休设止备时部间件（环s节）联动时间计算确定
Qj
ACa f Tj 3600tbr
(8-4)
式中 A —— 矿井年产量，t/a， C —— 主提升设备的提升不均衡系数， 有井底煤仓时为1.10~1.15； 无井底煤仓时为1.20； af —— 富裕系数，主提升设备对第一水平留有1.2的富裕系数； t —— 提升设备日工作小时数，16h； br —— 提升设备年工作日数，330d。
设σB为钢丝绳公称抗拉强度(Pa)，S为钢丝总断面积(m2)。要保证钢丝绳 B
ma
(8-10)
式中 ma —— 钢丝绳安全系数。 上式中p和S是两个未知数，为解上式需找出p和S的关系。
p 0S
(8-11)
式中 γ0 —— 钢丝绳密度，kg/m3。 将式(8-11)代入(8-10)式并化简
25m； 7) 煤的散集密度(t/m3)； 8) 提升方式：箕斗或罐笼； 9) 矿井电压等级。
2．副井提升
1) 矸石年产量： 如无特别指出时，可取煤炭产量的15~20%； 最大班出矸石按日出矸石量的50%计算；
2) 最大班下井人员数目(人/班)；立井的最大班工人下井时间，不应 超过40min；最大班作业时间按6h计算。
g
Q
Qq Qz
pHc
ma
(8-14)
式中 Qq —— 钢丝破断拉力总和，N。
如果校核结果不能满足式(8-14)要求，则应重选钢丝绳进行校核，直至 满足式(8-14)为止。
二、钢丝绳的安全系数
《煤矿安全规程》规定单绳缠绕式提升设备采用的钢丝绳安全系 数ma： 1) 专为升降入员用的钢丝绳不得小于9；
罐笼型式
表8-2 普通罐笼进出矿车休止时间（s）
单层装车罐笼
双层装车罐笼
进出车方式
两侧进出车 同侧进出车 一个水平进出车 两层同时进出车
每层矿车数
12
1
1 12 15
35
矿车规格，t 1.5 13 17
—
3 15 —
—
1
2
1
2
30
36
17
20
32
40
18
22
36
—
20
—
一次经验提升量Qj可初算如下
2) 一般情况下，主井均采用箕斗提升方式。这是因为箕斗提升方式能力 大、运转费也较低。另外，在控制上易于自动化。
在特殊条件下，例如矿井生产的煤质品种多，且需分别运送，或是保 证煤炭有足够的块度，这时只好采用罐笼做为主井提升设备。
3) 矿井主斜井运煤，条件适宜应采用带式输送机提升。
4) 对于小型矿井，以采用单绳缠绕式提升系统为宜。对于设计产量在0.9 Mt/a以上的大型矿井，以采用多绳摩擦提升系统为宜。
第二节 提升容器的选择与计算
在确定了提升容器的类型后，要计算并选择提升容器。
容器的容量大小是确定钢丝绳、提升机和电动机的主要参数。 提升速度是影响提升机工作时间及电能消耗的重要参数。
容器的容量与提升速度之间又存在着密切的联系。
一、提升速度选择
研究表明，经验提升速度为
vj 0.3 ~ 0.5 H
(8-1)
第四节 提升机的选择计算
在选择提升机时，应首先计算卷筒的直径和宽度，并以这两个基 本参数做依据，进行提升机的选择。
一、卷筒直径
选择卷筒直径的主要原则： 使钢丝绳绕经卷筒时所产生的弯曲应力不要过大，以便保持钢丝 绳的一定承载能力和使用寿命。 绕经卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小， 取决于卷筒和钢丝绳直径之比。 图7-2所示为索股钢丝绳内的弯曲应力。 在同一钢丝绳直径d条件下，卷筒直径 D越大，弯曲应力σ越低； 在不同钢丝绳直径、相同卷筒直径条 件下，绳径d越小，弯曲应力σ越小， 亦即D/d越大，弯曲应力σ越低。
采用双层罐笼后，应结合其它各种辅助提升工作量的大小，确定 其它辅助提升是用单层或双层同时工作。
在其它各种辅助提升需要两层同时工作时，也应首先考虑一个水 平进出车，以简化进出车水平的运输系统。
只用作上下人的平台，最好做成活动式的，在下放长材料（钢轨、 管材）时，应能拆除方便，适应下放长材料的需要。
副井罐笼提升，应结合矿井辅助提升的工作量确定提升速度，首 先是在规定的时间内升降完上、下井人员。根据《煤炭工业设计 规范》规定：最大班工人下井时间一般不超过40min。据此即可 求出提升速度。
钢丝绳的强度计算按《煤矿安全规程》的规定：钢丝绳应按最大 静载荷并考虑一定的安全系数的方法进行计算。
一、按最大静载荷计算
由图8-1可知，钢丝绳最大静载荷Qmax是在A点。其值为
Qmax Q Qz pHc g
式中 Qmax —— 钢丝绳最大计算静载荷，N；
Q —— 容器一次提升货载质量，kg； Qz —— 容器的质量，kg； p —— 钢丝绳每米质量，kg/m； g —— 重力加速度，取9.8m/s2； Hc —— 钢丝绳最大悬垂长度。
第三节 提升钢丝绳的选择计算
钢丝绳损坏的原因：
钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力、动应力、弯曲应 力、扭转应力、接触应力、挤压应力及捻制应力等，这些应力的 反复作用将导致钢丝的疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因；
钢丝绳的磨损及锈蚀也将导致钢丝绳的损坏。
由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，钢丝绳强度计算理论尚 未完善地用于工程计算。同时一些计算公式也还不能确切地反映 真正的应力情况。
式中 vj —— 经验提升速度，m/s； H —— 提升高度，m；
一般情况下，取中间值进行设计，即
vj 0.4 H
(8-2)
对于箕斗提升
H Hs Hx Hz
式中 Hs —— 矿井深度，m； Hx —— 卸载水平与井口的高差，m； Hz —— 装载水平与井下运输水平的高差，m。
• 对于罐笼提升
第一节 选型的一般原则和主要内容
一、选型的一般原则 提升设备的选型设计是否经济合理，对矿山的基建投资、生产能力、生 产效率及吨煤成本有着直接的影响。 提升设备选型设计只能在提升方式确定之后进行。 当矿井年产量、井深及开采水平确定之后，就要决定合理的提升方式。 提升方式与井筒开拓、井上下运输等环节都有着密切的关系。 在决定合理的提升方式时，原则上要考虑下列几个因素： 1) 一般应遵照1个井筒能设1套就装备2套提升设备的原则。对于设计 产量大于3.0Mt/a的大型矿井，由于提升煤炭及辅助提升工作量均较大，一 般设副井2套提升设备(1套双钩双层窄罐笼和1套单钩带平衡锤双层宽罐笼)。 深井或采用多水平生产作业提升，也可以装备2套单钩带平衡锤4层(或3层) 宽罐笼提升设备，以提高井筒断面利用率。 主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务：如提升矸石、 升降人员和下放材料、设备等。 对于设计产量小于0.3Mt/a的小型矿井，如果仅用一套罐笼提升设备就 可以完成全部主副井任务时，采用一套提升设备是经济的。
《煤矿安全规程》规定：
对于安装于地面的提升机：
D 80d
D 1200
式中 δ —— 钢丝绳中最粗钢丝直径，mm； d —— 钢丝绳直径，mm。
• 对于井下提升机：
p
Q Qz
B g 0ma
Hc
(8-12)
钢丝绳的密度值γ0见表8-5，也可近似按钢丝绳的平均密度为9000kg/m3 计算，则式(8-12)变为
p
Q Qz
B
9000gma
Hc
(8-13)
由式(8-l2)或(8-13)计算出p值后，从钢丝绳规格表中选取与计算值相近的 较大标准钢丝绳。
钢丝绳选出后，要按实际所选钢丝绳的数据校核其安全系数。
Hc H j Hs Hz
Hs——矿井深度，m； • Hj——井架高度(m)，在尚未精确确定时，可先按下列数
值选取：罐笼提升Hj = 15~25m；箕斗提升Hj = 30~35m； • Hz——由井底车场水平至容器装载位置容器底部的距离m，
罐笼提升Hz＝0，箕斗提升Hz＝18~25m。
(8-8)
2) 升降人员和物料用的钢丝绳：升降人员时不得小于9；提升物料 时不得小于7.5；混合提升时不得小于9；
3) 专为升降物料用的钢丝绳不得小于6.5。
对于多绳摩擦提升设备钢丝绳的安全系数见第八章。
注意：
由于提升钢丝绳在工作过程中所引起的应力非常复杂，影响钢丝 绳使用寿命的因素又很多，所以安全系数并不代表钢丝绳真正强 度安全储备值，而仅仅表示经过实践证明在规定的安全系数的条 件下，钢丝绳才能安全可靠地运行。
二、罐笼选择
• 副井罐笼的选择，除了应和矿井运输采用的车辆规格相适应外， 还应结合下列因素来确定：
1) 当矿井的各种辅助提升工作量不大时，如果利用单层罐笼能够满 足包括升降人员在内的全部辅助性提升的需要时，则应优先采用 单层罐笼；
2) 当矿井的升降人员较多，利用单层罐笼提人占用的时间较长，则 为了缩短升降人员的时间，应采用双层罐笼，各层同时升降人员， 在井口、井底以及升降人员数量较多的中间水平，相应设置上、 下人平台，以节省罐笼上、下人时的休止时间。