矿井摩擦式提升机选型系统软件设计

收稿日期：2012－04－20作者简介：廖
原（1970—），男，四川平昌人，工程师，
1995年毕业于焦作工学院，现任平顶山平煤设计院有限公司机电所所长。

矿井摩擦式提升机选型系统软件设计
廖
原，胡海峰
（平顶山平煤设计院有限公司，河南平顶山467000）
摘要：针对目前矿井摩擦式提升机选型计算过程繁琐、计算任务量大的特点，从实际出发，结合矿山工程、计算机和数据库技术，
基于Visual Studio 平台，应用VB 语言开发了矿井摩擦式提升机选型系统，并通过实例验证了软件的可靠性和稳定性。

该软件的应用，提高了设计人员的工作效率和提升机选型的自动化程度。

关键词：摩擦式提升机；选型系统；数据库；VB 语言中图分类号：TD524．3
文献标志码：B
文章编号：1003－0506（2012）06－0026－03
煤矿提升机担负着升降人员、提升矿物、运送材
料和设备的任务，
是联系矿井地面与井下的重要运输设备，在整个矿井生产中占有重要地位［1］。

随着矿井
开采深度的增加，
摩擦式提升机得到了更为广泛的应用。

但是，摩擦式提升机选型设计过程复杂，工作量
大，设计人员需要通过相关的辅助软件才能更好地完成任务。

目前，市场上该类软件普遍存在数据库不足、自动化程度低、适用性不强等缺点。

因此，根据现场调研，
开发了矿井摩擦式提升机选型软件。

1
系统工作原理及流程
1.1
工作原理
利用计算机技术和数据库理论，通过收集钢丝绳、提升机、电动机资料建立原始数据库，根据数据间的关系和特点，把数据以一定格式导入Excel 表
格中，建立软件能够识别的数据库［2］。

利用VB 语言借助Windows 平台把计算公式以合理的形式表达出来。

通过Excel 表格实现数据库和公式之间的有机联系，从而实现设计过程的自动化。

1.2
系统流程
基于系统需求分析，设计了系统流程（图1）。

①用户登录。

保证系统的安全性，可实现新用户注册和已注册用户登录系统的功能。

②钢丝绳选择。

根据系统提示输入原始数据，通过软件计算得到钢丝绳的选型参数，依据选型参数从数据库中选择合适的钢丝绳及尾绳并显示其信息。

③提升机选择。

根据所选钢丝绳参数计算出详细数据，从数据库中选择合适的提升机，窗口中显示所选提升机的重要
参数。

④提升机系统图的确定。

根据所选提升机型
号及提升容器尺寸，
结合工业场地的实际情况，从提升机布置形式模块中选择合适的布置形式，绘制提
升系统图。

⑤电动机选择。

利用软件计算出提升系统的关键量，从等效容量、额定转矩、过载能力3方面校核电动机，并显示最终选型结果。

⑥防滑计算表绘制。

根据所选的钢丝绳、提升机、电动机以及提升容器等参数，利用软件计算出提升系统的极限加、减速度，根据计算结果，在满足《煤矿安全规程》
（以下简称
“规程”）的情况下设定合适的制动力并绘制防滑计算表。

⑦最大班作业时间表绘制。

根据原始参数及选型过程中确定的中间量，利用软件绘制最大班作业时间表。

图1系统流程示意
2系统关键环节实现依据
收集钢丝绳、提升机、电动机原始数据，利用数
据某些特征，按照一定格式排列建立数据库，通过VLOOKUP （）［3］方法将数据库参数和软件有机结合起来。

2.1钢丝绳选择依据
钢丝绳单位质量计算公式［4-5］
如下：
P k =
Q d
N （K z R 0/m a －H c ）
（1）
·
62·2012年第6期中州煤炭总第198期
式中，P k为钢丝绳单位质量；Q d为绳端荷重，根据
不同提升内容分别计算，取最大值；N为提升机中钢丝绳根数；K z为钢丝绳综合系数；R0为钢丝绳抗拉强度；H c为提升距离；m a为钢丝绳安全系数，根据“规程”，提升物料时钢丝绳安全系数的最小值为8.2 0.0005H
c
，提升人员及混合提升时为9.2
0.0005H
c。

根据计算出来的结果选择钢丝绳，所选钢丝绳的单位质量应尽量接近并高于计算值。

2.2提升机选择依据
提升机摩擦轮最小直径计算：
D=KD
k
（2）式中，D为摩擦轮直径；D k为钢丝绳工程直径；K为提升装置的天轮、滚筒、摩擦轮、导向轮等的最小直径与钢丝绳直径的比值。

根据“规程”，落地式及有导向轮塔式摩擦提升装置的摩擦轮，井上K≥90，井下K≥80；无导向轮的塔式摩擦提升装置的摩擦轮，井上K≥80，井下K≥70［6］。

根据计算出的最小直径、提升系统的最大静张力和最大静张力差，从数据库中选择合适的提升机，并校核摩擦枕垫比压。

2.3电动机选择依据
根据提升载荷和提升速度，初选电动机功率P 为：
P=kFVρ/（1000η）（3）式中，k为电动机富余系数，取1.1；V为提升速度，罐笼升降人员时，不得超过0.5H
槡c且不得大于12 m/s，升降物料时，提升容器最大速度不得大于0.6 H
槡c；F为最大静张力差；η为提升机与电动机连接装置的传动效率，直联取0.98，行星齿轮减速器取0.92，平行轴减速器取0.85 0.90；ρ为提升系统运转加、减速时电动机发热及钢丝绳不平衡质量的影响系数，对于强迫通风，可取ρ=1。

2.4防滑计算表的绘制依据
防滑计算表绘制的关键问题是如何确定变位到摩擦轮表面的制动力。

根据“规程”，摩擦式提升机各种载荷和各种状态（上提或下放重物）下，保险闸所能产生的制动减速度的计算值不能超过滑动极限；当井筒倾角大于30ʎ时，上提重载滑动极限减速度≤5m/s2，下放重载极限减速度≥1.5m/s2。

提升重载、下放空容器减速度的计算公式［6］：
［A］
S =
K
j
eμα－1
K
j
eμα+1+β
t
g（4）
［A］
X
=
eμα－K
j
eμα+K
j
+β
t
g（5）
式中，K j为重、轻侧静张力比；［A］S为上提重载极
限减速度；［A］X为下放重载极限减速度。

根据“规程”导出制动力的确定公式：
1.5M+F
j
＜F＜MA
X
+F
j
F＜MA
S
－F
j
（6）
式中，A S为上提重载制动减速度；A X为下放重载制
动减速度。

通过计算制动力的范围，确定液压站需要提供
的制动力，并绘制防滑计算表。

3系统功能的实现
以平煤股份五矿己四采区副井提升机选型为
例，介绍软件的功能。

输入密码进入系统后，按照提示输入原始数据，
如宽、窄罐笼质量，矿车吨位和数量（图2），根据原
始数据计算出的中间量，从数据库中选择合适的设
备，最终选型结果汇总如图3所示。

此外，数据库留
有扩容空间，但用户只能按一定的格式输入数据
，软
件才能自动识别。

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72
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2012年第6期廖原，等：矿井摩擦式提升机选型系统软件设计总第198期
4结语
该软件以“规程”和相关设计规范为前提，应用煤矿机械知识、计算机和数据库技术开发而成。

该软件开发以来，在平煤股份五矿、十三矿等多个矿井得到应用，系统设计流程合理，操作界面简单，运行稳定可靠。

同时，由于该软件包含大量的数据库信息，可以为用户提供不同层次的选择。

参考文献：
［1］张复德．矿井提升设备［M］．北京：煤炭工业出版社，1995．［2］程云志，张帆，崔翔．数据库原理与SQL Server2005应用教程［M］．北京：机械工业出版社，2008．
［3］邱锦伦．Visual C#．NET程序设计教程［M］．北京：冶金工业出版社，2006．
［4］于励民，仵自连．矿山固定设备选型使用手册［M］．北京：煤炭工业出版社，2007．
［5］王文斌．机械设计手册［M］．北京：机械工业出版社，2004．［6］周廼荣，严万生．矿山固定设备手册［M］．北京：煤炭工业出版社，1986．
（责任编辑：许久峰
檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯
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（上接第7页）下沉量约857mm，工作面端面围岩稳定性较差。

当支架初撑力为2480kN时，工作面端面围岩冒顶较严重，顶板下沉量约1200mm，工作面端面围岩稳定性更差。

当支架初撑力较小时，支架位态的稳定性较差，也降低了支架控制端面围岩的能力，两者相互作用、相互影响，造成当支架初撑力由4960kN下降到2480kN时，工作面端面围岩冒顶现象越来越严重，顶板下沉量明显增大。

由此可知，支架初撑力对控制端面围岩稳定有着重要作用，支架初撑力越大，工作面端面围岩冒顶程度越小，顶板下沉量越小，工作面端面稳定性也越好。

由图4可知，工作面顶板下沉量随初撑力的增大而减小，当初撑力小于4900kN时，下沉量对初撑力的变化较为敏感；而当初撑力大于4900kN 后，初撑力提高对顶板下沉量变化影响较小。

现场管理中一般要求端面顶板下沉量应控制在500mm 以内。

当工作面端面顶板下沉量小于500mm时，支架初撑力应不小于4750kN。

从数值模拟结果也可以看出，当支架初撑力小于4750kN时，工作面端面顶板下沉量增大，端面冒顶严重，不利于工作面端面围岩的稳定。

从保证工作面端面稳定和控制顶板下沉量角度考虑，支架初撑力不应小于4750kN，即额定初撑力的95.7%。

4工程实践效果
80113工作面生产初期，由于缺乏仰采综放工作面生产经验，工作面推进困难，月产量由正常25万t/月减少为3.9万t/月，降幅达84.4%，直接影响了工作面的效益。

通过研究分析，采用提高支架工作阻力的技术措施，工作面端面稳定性得到了明显提高，确保了工作面的安全生产。

工作面月产量由3.9万t/月增加为16.0万t/月，增幅为310.3%，技术效果显著。

5结论
（1）液压支架的初撑力，对于控制工作面顶板的下沉和工作面端面围岩的稳定有着极其重要的作用。

工作面液压支架的初撑力越大，工作面顶板的下沉量越小，工作面端面围岩越稳定。

（2）增加支架的初撑力可以有效控制顶板运动，而当工作面顶板保持稳定时，更有利于工作面端面围岩的稳定。

（3）为了保证仰采综放工作面端面围岩的稳定性，该矿80113工作面液压支架的初撑力不应小于4750kN，占额定初撑力的95.7%。

通过制订合理的技术措施，确保了80113工作面的安全高效生产。

参考文献：
［1］刘长友，邹永华，殷文海，等．大倾角仰采开采工作面合理支护参数的确定［J］．江苏煤炭，1998（2）：3-5．
［2］张顶立，何佐德．综放工作面端面冒顶机理及控制［J］．湘潭矿业学院学报，2001，16（3）：10-15．
［3］马文顶，刘长友，邹永华，等．大倾角仰采工作面顶板控制的试验研究［J］．矿山压力与顶板管理，1996（4）：18-21．
［4］张勇，郝海金．放顶煤工作面端面稳定性控制［J］．矿山压力与顶板管理，2003（3）：51-55．
［5］刘长友，钱鸣高，曹胜根，等．采场支架阻力与顶板下沉量关系的研究［J］．矿山压力与顶板管理，1997（3）：13-15．
（责任编辑：秦爱新）
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2012年第6期中州煤炭总第198期。