毕业设计(论文)--矿井运输与提升

毕业论文选题表年级层次：2012本科
网络与继续教育学院
毕业论文
论文题目：矿井运输与提升
学校：武汉理工大学
层次：本科
专业：电气工程
姓名：
指导老师：
完成设计时间：二0一二年五月
摘要
本文主要介绍古书院矿运输与提升设备的选型设计及各配件的选用和零部件的设计和校核等内容。

通过对给定的年产量和矿井深度的计算，选择合适的钢丝绳、提升机，并对选定的各部件进行校验。

通过对运输与提升设备的选型计算以及对其进行校验，选择出最适合于煤矿的安全、合理、经济的设备。

关键词：运输设备提升设备多绳摩擦式提升机
Abstract
This paper mainly introduces the Gushuyuan Coal Mine Transport and upgrade equipment type selection design and components selection and parts of the design and verification and content.Based on the given annual yield and mine depth calculation, choose the right wire rope, hoisting machine, and the selected components check.Based on the transport and upgrade equipment selection calculation and its calibration, choose the most suitable for coal mine safety, reasonable, economical equipment.
Key words: transportation equipment lifting equipment for multi rope friction hoist
目录
1. 矿井运输 (3)
1.1. 井下运输系统和运输方式的确定 (3)
1.2. 采区运输设备的选型 (3)
2. 矿井提升 (10)
2.1. 矿井提升的依据和资料 (10)
.2.2. 设备型号及数量 (10)
2.3. 主井提升设备选型计算 (11)
2.4. 副立井提升容器确定 (12)
3. 提升钢丝绳计算选择 (14)
3.1. 提升钢丝绳的计算 (14)
3.2. 多绳摩擦式提升机的选择 (20)
致谢 (23)
参考文献 (24)
矿井运输与提升
1. 矿井运输
1.1井下运输系统和运输方式的确定
㈠井下运输方式
主井：箕斗提升
副井：罐笼提升
运输大巷：皮带运输机运输
轨道大巷：矿车运输
采煤工作面：刮板输送机运输
㈡井下运输系统：
煤的运输：
采煤工作面→刮板输送机→转载机→破碎机→条带运输巷→带区煤仓→运输大巷→井底车场煤仓→主井提升到地面。

矸石的运输：
掘进工作面出的矸石→矸石装载机→矿车运输→运输大巷→井底车场→副井提升到地面
材料的运输：
副井下放的材料→井底车场→运输大巷→行人斜巷→条带回风巷→工作面。

1.2 采区运输设备的选型
根据已知的地质条件：煤层赋存稳定，倾角平均为9°，井田采用立井单水平上下山开拓，条带法采煤，瓦斯涌出量小，等特点。

确定运输设备。

㈠采煤工作面输送能力的确定：
采煤工作面每天生产5000t煤，工作14小时/天，所以，工作面每小时采煤357吨。

考虑到有增产的可能，所以输送机的小时输送能力应大于工作面小时的输送能力。

选用设备：双中链可弯曲刮板输送机：SGZ－730/320型
可伸缩胶带输送机：DSP－1080/1000型
转载机：SZZ－730/160型
技术参数见下表1-1，表1-2，表1-3
表1-1双中链可弯曲刮板输送机
型号倾角运输能
力功率（kW）电压（v）电机功
率％
功率因
数
SGZ-730/3 20 <15
°
700 160 660/114
93.5 0.88
表1-2可伸缩胶带输送机
型号能
力长度
(m
宽度
(mm)
速度
(m/s)
电机功率（kW）重量（t）
DSP-1080/10
00
800 1000 1000 2.5 160 95
表1-3转载机
型号
机型
运输量(t/h
功率（kW 电机效
率％ 功率因数 SZZ-730/160
中双链
700
110
94.6
0.85
(二)运输大巷皮带输送机能力计算
⑴胶带输送机的确定
原始资料：输送机长度L ＝1000m 、斜井倾角β(度)，设计运输生产率
A (t/h)，货载的散集容重r (t/m 3)，货载在胶带上的堆积角ρ(度)、货载块度
a (mm)。

L=1000m A=600t/h β=0° r=1.0t/m 3 ρ=30° a =250mm 胶带宽度：c
r V K A
B ***=
式中：B ——胶带宽度， mm
A
——设计运输生产率，t/h ；
r ——货载散集容重，t/m 3；
c ——输送机倾角系数，c=1；
k
——货载断面系数，k=458；
V ——运行速度，m/s K=458(槽形) V=2m/s
1
12458600
***=
B =809mm
取带宽B=1000mm.
⑵、胶带运行阻力计算
胶带输送机运行阻力计算示意图如图1-1所示：
图中3-4段为运送货载段，胶带在这一段托辊上所遇的阻力为重段运行阻力，用h W 2表示；1-2段为回空段，胶带在这段的阻力为空段运行阻力，用K W 表示。

图1-1 胶带输送机运行阻力
两者表示如下：
ββωsin )(cos )(2L q q L q q q W d g d h +±''++=
ββωsin cos )(L q L q q W d g d K ''''+=
式中：β——输送机的倾角，在该段运行方向向上运输取正，反之取负；
L ——输送机长度,m ；
'ω、''ω——分别为槽形、平形托辊阻力系数；
q ——单位长度的胶带上的货载重量，q ＝2
*6.3600
=83.3 kg/m
d
q ——每米长的胶带自重，kg/m ；
g
q '、
g
q ''——分别为折算到每米长度上、下托辊转动部分的重量，
kg/m ；
g
g g L G q '''=
(kg/m)
g
g g L G q ''''''=
(kg/m)
其中：
g
G '、
g
G ''——分别为每组上、下托辊转动部分重量,kg ；
g
L ' ——上托辊间距，m ，取1.5m ； g
L ''——下托辊间距，m ，取2.5m 。

m kg q g /3.115.1/17=='
m kg q g /8.65.2/17=="
取'ω＝0.03 ''ω＝0.025
h W 2=(83.3+21.45+11.3)*1000*0.03*1*9.8=34118.7 N K W =(21.45+6.8)*1000*9.8*0.025*1=6921.25 N
胶带绕经滚筒也要遇到阻力。

这一阻力包括由于弯曲时胶带本身的刚性阻力和滚筒轴承的摩擦阻力。

此阻力可按下列公式计算。

在导向滚筒上所遇到阻力： 232)07.0~05.0(S W =-
在传动滚筒上的阻力：即4-1段的阻力：
))(07.0~03.0(1414S S W +=-
式中：2S 、4S 、1S ——胶带在相应点上的张力，kg 。

⑶、胶带张力的计算
用《逐点计算法》计算各点的张力的一般步骤是： ①按逐点计算法找出1S 与4S 的关系
∵ k W S S =-12 3223-+=W S S h W S S 234+=
32214-+++=W W W S S k h
即：h k h k k W W S S W W W S S 222224206.106.0++=++++= ②按摩擦传动条件找出1S 与4S 的关系
∵ n e S n W W S S a o o )
1(1max 14-=
==-μ
)1
1(14n
e S S -+=μα 式中：n ——摩擦力备用系数，设计时取 n =1.15～1.2 ；
μ——胶带与滚筒之间的摩擦系数，。

)(725.1)2
.11
87.11)((224k k W S W S S -=-+
-= 1S =8485.15 kg kg S 4.91912=
kg S 884.97423= 4S =14636.884 kg
⑷、牵引力及功率的计算
对于图5-1-1,所示的胶带输送机传动滚筒的圆周牵引力为
14'S S S S W L Y O -=-=
式中：Y S ——胶带与滚筒相遇点的张力，kg ；
L S ——胶带与滚筒分离点的张力，kg 。

考虑主轴承摩擦阻力及胶带在传动滚筒上的弯曲阻力，主轴的牵引力为：
))(05.0~03.0())(05.0~03.0(1414S S S S S S S S W L Y L Y O ++-=++-= )(04.014140S S S S W ++-=
＝14636.884-8485.15+0.04*（14636.884+8485.15） ＝7076.62kg
因此，电动机的功率为
μ⋅⋅=
102V
W N o
式中：V ——胶带运行速度。

μ
*102*0V W N =
=
2085.02
*62.7076*17.1= kw 2. 矿井提升
概述：本矿井设计年产量为150wt/a,采用一对立井提升，即主井和副井。

主井提升煤炭，提升容器为一对12吨箕斗，副井提升人，矸石，材料和设备。

2.1 矿井提升的依据和资料
①井型：矿井年生产能力为150wt/a ；
②工作制度：三八制，年工作日300天，日提升14小时； ③煤质：煤是低硫，低磷，不自燃，。

煤矸散体容重为φ
γ
γ= =1.0 ④井下大巷运输水平。

2.2 设备型号及数量
设备的型号，数量，主要技术特征表见2-1，表2-2
表2-1 箕斗主要技术特征表
型号
载煤量(t)
容积(m 3) 载荷(kN) 尾绳最大载荷(kN) 提升高度(m0 箕斗自重
（t ） JDG12/110*4
12
13.2
440
220
1100
12.4
表2-2 罐笼主要技术特征表
型号
矿车型号
乘人数
乘车辆 自重 终端载荷 钢罐道C 组合钢罐道宽 GDG1.5/6/2/2
MGC1.7-6
32 2
6.56
280
2900
180
2.3 主井提升设备选型计算
①一次合理提升量
j f T n
t a C A Q **3600**=
式中： A ——矿井设计生产能力，t ；
C ——提升不均衡系数，箕斗井为1.1～1.15；罐笼井为1.20；
a f ——提升富裕系数，第一水平取1.20； t ——日提升小时数，取14h ； n ——年工作日数，取300d ；
T j ——一次提升循环时间，s ；
θ
+++=u a
V V H T j j j
式中： H ——提升高度，m ； 箕斗井架高 z s x H H H H ++= 式中，
s H ——矿井开采水平垂直深度，m ；
s
H =453m ；
x
H ——卸载水平至井口水平距离，一般取15～25m ；
z H ——装载水平至井底车场水平距离，18～22m ；
H=443+20+20=483m;
j
V ——最大提升经济速度，
H
V j 4.0=；
a ——加速度，取0.75或0.82/s m ；j V
＝0.4483＝8.8 m/s
u ——箕斗在曲轨上减速与爬行所需的附加时间，取s u 10=或稳罐附加时间，取s u 5=；
θ——休止时间，s ；
T j ＝
121075
.08
.88.8483+++=88.6 s 6.88*14
*300*36002.1*1.1**10*1504=Q =11.6 t
②选择提升容器规格尺寸
根据Q 值及煤的松散容重即可选用标准箕斗。

根据表中斗箱有效容积，计算一次实际提升量，即
v Q Q ⋅⋅='γβ
式中：
v
Q ——箕斗容积。

'γ——煤的松散容重，
ϕγ
γ=
'，其中γ为煤的容重，ϕ为碎胀系数；
β——满度系数，取0.9； 所以选用12t 箕斗合理。

2.4 副立井提升容器确定
副井任务：提升人员、材料、设备、矸石。

根据矿车吨数确定罐笼型号，并应满足下述要求：
要求最大班工人下井时间一般不超过40min(斜井不超过60min)，最大班净作业时间，一般不超过5h(包括提人、材料、矸石……)，其中升降工人时间，按工人下井时间的1.5倍，升降其它人员时间，按升降工人的20%，提升矸石按日出矸量的50%；升降坑木、支架按日需量的50%。

(1)用提升人员进行验算
o
r i
n n T 60
40≥⨯或
o
r j
i n n u V H a V 60
40≥+++⨯θ
式中：r n ——每罐提升人数；
o n ——最大作业班下井工人数；
a ——提升加速度，取0.7～0.75m/s 2；
x s H H H +=＝443+20＝463 m
θ——上下人员休止时间。

=32*6
.8860
*40866人>150人 (2)以最大班净作业时间5小时验算 ① 提矸石每班占用时间(小时)
o q o q 36002T Q t ⨯⨯⋅⋅=
矸
式中：
o Q ——每日矸石提升量，t ；
o
q ——每次矸石提升量，t 。

θθ++=++=
u H u V
H
T q 03.3 式中：H ——提升高度。

H=H s =443m
V ——最大提升经济速度。

u ——稳罐附加时间，u=5s
θ——休止时间，θ＝40s
40544303.3++=q T =66.9 s T 矸 =
%50*3
*3600*29
.66*1000=1.55小时
② 升降其它人员0.2×
人
t (分)
)
60(5.160t 分钟人≤⨯=r
o q n n T
T 人=
6.532
*60150
*9.66=分钟
t 其它 =0.2*t 人 =1.12分钟
③ 下坑木、支架按日需要量50%计； 取25min,
④ 下炸药2～4次；保健车2～4次；运送设备5～10次，其它5～10次。

按最大次数28次。

t=
3600
9
.66*28=0.52小时
故总时间T=1.55+0.02+0.42+0.52＝2.5小时<5小时 3.提升钢丝绳计算选择
本矿为大型矿井，采用立井开拓，井深较深，采用多绳摩擦式提升机。

提升钢丝绳计算选择 见图3-1 3.1 提升钢丝绳的计算
(1)提升钢丝绳的计算 箕斗钢丝绳的绳端荷重Q d ： Q d =(2Q Q +)g N 罐笼钢丝绳的绳端荷Q d ：
Q d = 〔2Q +2( a G G +)〕g N
式中：2Q ——提升容器(箕斗或罐笼)的质量，kg ；
Q ——一次提升量，kg ；
2——每次提升的矿车数；
G ——矿车中货载质量，kg ； a G ——矿车的质量，kg ；
g ——重力加速度 m/s
2
箕斗提升时：Q=(12.4+12)*103*9.8=239120 N
罐笼提升时：Q=〔6560+2*(3*103+718) 〕*9.8 =137160.8 N ⑵.钢丝绳最大悬垂长度。

图3-1 多绳提升系统图
k
t H c H H H H '++= m
式中：c H ——悬垂长度，m
H H ——尾绳环的高度，m
H H =S H g 5.1+=10+1.5*2.15=13.225m
式中，S ——提升钢丝绳的中心距，m
g H ——过卷高度，m
t H ——提升高度，m t H =x S Z H H H ++
Z H ——装载水平至井底运输水平的高度，m ；
S H ——井田深度，m ；
x H ——卸载水平到井下运输水平的高度，m ；
t H ＝25+8+443＝476m
k
H '——提升容器在卸载位置时，容器底部到主导轮轴的高度，m. k
H '=x g r H h H H 2+++ m 式中：r H ——容器全高，m.
h ——导向轮中心距楼板层面的高度， h=0.75R, h 罐＝0.75*2.8＝2.1 m h 箕斗＝1.75*4＝3 m R ——导向轮半径， m
x H 2——主导轮中心至导向轮中心的高度，m k
H '罐笼＝7.25+2.1+8.25+5.0＝22.6 m k H 箕斗＝11.6+3.0+8.25+6.0=28.85 m
故箕斗：c H ＝13.225+476+28.85＝518.1 m 罐笼：c H =13.225+476+22.6 =511.9 m
⑶确定钢丝绳每米质量
对于等重尾绳提升系统,提升钢丝绳在A 点受最大静张力,且重载容器在任何位置时,其值不变。

箕斗提升： ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-+≥
c a B H m
gr n Q Q P 02σ ，kg/m
罐笼提升： )
(
)(2002c a
B
H m gr n G G Q P -++≥
σ，kg/m
式中：B σ——钢丝绳公称抗拉强度，Pa ； B σ=1700*106
o
r ——钢丝绳密度，kg/m 3； o r
=9549.76kg/m 3
n ——钢丝绳数目； n=4 g ——重力加速度，m/s 2；
a
m ——提升钢丝绳的安全系数，《规程》规定当钢丝绳悬垂长度
c
H 不大于1200m 时，按下列公式计算：
专为升降物料时：a m =7.2-0.0005c H 专为升降人员时：
a
m =9.2-0.0005
c
H
升降人员和物料时： ①升降人员：a m =9.2-0.0005c H ②升降物料：a m =8.2-0.0005c H ③混合提升：a
m =9.2-0.0005
c
H
主井：a m ＝7.2-0.0005c H ＝7.2-0.0005*518.1=6.94 m 副井：
a
m ＝9.2-0.0005c H ＝9.2-0.0005*511.9＝8.94 m
故，箕斗提升时：⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-+≥
c a B H m
gr n Q Q P 02σ＝2.98kg/m 3
罐笼提升时：)
(
)(2002c a
B
H m gr n G G Q P -++≥
σ＝2.37 kg/m 3
根据计算出的P 值，选出钢丝绳的类型：
主井副井提升时：则根据矿山机械P260选钢丝绳6*7股(1+6)绳纤维芯见表3-1和表3-2。

表3-1 箕斗提升钢丝绳的技术参数绳6*7股(1+6)绳纤维芯 直径 mm 钢丝总断面积 mm2 参考质量 Kg/m 钢丝绳公称抗拉强度 ·N/mm2 钢丝破断拉力总和
N （不小于） 30.0 337.61
3.224
1700
573500
表3-2 罐笼提升钢丝绳的技术参数绳6*7股(1+6)绳纤维芯 直径 mm 钢丝总断面积 mm2 参考质量 Kg/m 钢丝绳公称抗拉强度 ·N/mm2 钢丝破断拉力总和
N （不小于） 26.0 258.48
2.468
1700
439000
⑷验算钢丝绳的安全系数
箕斗提升： a t z m g
nPH Q Q nQ ≥++)(2 罐笼提升：a c z m g
nPH G G Q nQ ≥+++])([02 主井箕斗验算得：
)
476*224.3*41240012000(*8.9573500*4++=7.67≥a m ＝6.94m 验算通过
副井罐笼验算得: )
9.511*468.2*413996(*8.9439000*4+=9.41>a m =8.94m 验算通过
3.2多绳摩擦式提升机的选择
提升机的选择是在确定主号轮直径D 和钢丝绳最大静张力
f F 、最大静张力差e F 后，查提升机特征表后确定。

(1)主导轮直径
根据《规程》规定，摩擦式提升机的主导轮直径D 与钢丝绳直径d 之比应符合下列要求：
无导向轮时：80/≥d D
有导向轮时：90/≥d D
因本设计为有导向轮：故90/≥d D
主井箕斗提升有导向轮时：D=30*90=2700mm
副井罐笼提升有导向轮时：D=26*90=2340mm
因在箕斗和罐笼提升时分别选用3000mm 和2600mm 直径的钢丝绳，故符合要求。

(2)钢丝绳最大静张力
f F ，对于等重尾绳及轻尾提升系统f F ： 箕斗提升时：g
nqH H H np Q Q F H t K f ])'([2++++= ,N 罐笼提升时： g qH n H H np G G Q F H t K o f ])'()(2[12+++++= ,N
故箕斗提升时：f F ＝
[12000+12400+4*3.224*(28.85+476)+4*13.225*3.224]*10=310810.952 N
罐笼提升是：f F ＝
[13996+4*2.468*(22.6+476)+4*2.468*13.225]*10=190487.364 N
(3)钢丝绳作用在主导轮的最大静张力差 c F
箕斗提升时：c F =[Q+t H ∆]g ，N
罐笼提升时：c F =[2G+(1+∆H )]g ，N
式中：∆——提升钢丝绳与平衡尾绳总单位质量之差，对于等重尾绳的提升系统Δ=0 。

则箕斗提升时：c F ＝〔12000+0〕*9.8＝117600 N
罐笼提升时：c F ＝〔3000+1〕*9.8＝29409.8 N
根据以上计算可确定提升机的类型：提升机的选择在矿山机械P270
主井：JKM-3.25/4(Ⅰ)
副井：JKM-2.8/4(Ⅰ)
表3-3 JKM-3.25/4(Ⅰ)型多绳摩擦式提升机技术参数
型号 主导轮直导向轮直钢丝绳最大静张力 钢丝绳最大静最大速度最大转数导向轮
变位质
径 m 径m kN 张力差
kN
m/s r/min 量t JKM-3.25/4(
Ⅰ)
3.25 3 450 140 12 750 3.06
表3-4 JKM-2.8/4(Ⅰ)型多绳摩擦式提升机技术参数
型号主导
轮直
径 m 导向
轮直
径m
钢丝绳最
大静张力
kN
钢丝绳最
大静张力
差kN
最大
速度
m/s
最大转
数
r/min
导向轮
变位质
量t
JKM-2.8/4(
Ⅰ)
2.8 2.5 300 90 11.8 750 2.38
致谢
在本次设计中得到了指导老师的很大帮助。

特别是指导老师，在设计中对我耐心的指导并提出很多的意见，因此我才能按时完成设计，在此对所有老师表示衷心的感谢，同时本次设计中也得到不少同学的中肯意见。

在此深感谢意，虽然经过一个月的查阅资料结合工程实际，但设计难免有不足之处，希望老师和同学及时指正。

同时感谢我所参考的所有文献的作者。

参考文献
（1）夏荣海矿井提升机械设备，中国矿业学院出版社，1987年（2）严万生矿山固定机械手册，煤炭工业出版社，1986年
（3）臧文周矿井提升机械，冶金工业出版社，1993年
（4）李世华矿井提升设备使用维修，机械工业出版社，1991年（5）潘英矿山提升机械设计，中国矿业大学出版社，2001年（6）成大生机械设计手册，北京：化学工业出版社，1999年（7）吴宗泽机械设计实用手册，北京：化学工业出版社，1999年。