提升系统设计
作者：张顶柱
2009-05-25 09:09
来源：www.wangzhixuan.com
张顶柱 矿建公司工程科
内容摘要：以内蒙古黑城子煤矿风井二期工程提绞改装为例，介绍建井期间二期工程提绞改装的工程提升系统设计。主要包括提升容器的选型；主提升钢丝绳选型与计算；主提升天轮的选型；提升绞车的选型与计算；防坠器制动绳选择与计算；提升能力计算等等。
关键词：建井 提绞改装 提升系统 设计
引 言
黑城子煤田位于内蒙古自治区锡林郭勒盟西南部,位于正蓝旗的西南角行政区划隶属于正蓝旗黑城子镇管辖。本井田北距旗政府上都镇30km，上都镇北距锡林浩特市210 km。
矿井设计生产能力3.00Mt/a，服务年限70.5a。矿井采用立井+集中上山（暗斜井）开拓方式。井口设计标高＋1342m。井底车场水平标高＋850m，在工业场地内布置主、副、风三个井筒。
主井井筒净直径Φ5.5米，副井井筒净直径Φ7.0米，风井井筒净直径Φ6.5米，现风井井筒已经到底，马头门两侧距离已经拉开。提升方式由原来的立井吊桶提升改为平巷矿车罐笼提升。决定先在风井进行临时提绞改装。
临时提绞改装提升系统设计
一、提升容器选择
风井井筒净直径Φ6.5米，井筒深度492米。采用双罐笼提升方式。根据井筒直径及罐笼平面尺寸只能选用单绳单层1吨矿车二车罐笼。罐笼突出部分距井壁间距450mm（见井筒布置图），大于煤矿安全规程规定350mm，所选罐笼安全。其技术特征如下：
1、罐笼外形尺寸：4660×1312×5960 mm
2、有效面积： 4.88 ㎡
3、额定乘人数： 27 人
4、刚性罐道间距： 1158 mm
5、钢丝绳罐道平面尺寸： 3800×1232 mm
6、罐笼自重： 3730 kg
7、防坠器型号： BF—112
8、防坠器重量： ≈ 700 kg
二、主提升钢丝绳选择
1、主提升钢丝绳绳端载荷重:
罐笼整体重 3730＋700=4430 kg
矿车自重 2×600=1200 kg
矸石比重取 2600 ㎏/m³ 松散系数取 1.8 装满系数取 0.9
车内矸石重 2×1.1×0.9×2600/1.8=2860 ㎏
提人时每人按75㎏考虑，提人时罐笼内总人重 27×75=2025 ㎏
提矸石时主提升钢丝绳绳端载荷Q1=4430＋1200＋2860=8690 ㎏
提人时主提升钢丝绳绳端载荷Q2=4430＋2025=6455 ㎏
2、主提升钢丝绳计算：
（1）计算每米钢丝绳重量：
PS =
公式中：
—钢丝破断应力 =177㎏/㎜
ma—规定安全系数 m=7.5
H1—提升高度 H1=492 m
H2—井口至天轮切点高度 H2=27 m
H0—钢丝绳悬垂高度 H0=H1+H2=492+27=519m
K—提升阻力系数 K=1.15
代入式中:
PS= =4.8㎏/m
查《钢丝绳手册》及现场实际情况选用钢丝绳型号为：
18×7+FC—36—1770 其每米标准重量 PSB = 5.05㎏/m，大于计算所得主提升钢丝绳每米重量PS = 4.8㎏/m。钢丝绳钢丝破断力总和：P=75200×1.283=96481㎏ 。
（2）、核算所选钢丝绳安全系数：
根据计算安全系数公式：
≥ma
提矸石时安全系数：
=7.65≥7.5
提矸石时钢丝绳计算安全系数大于规定安全系数，所以提矸石时所选钢丝绳安全。
升降人员时安全系数：
=9.61≥9
升降人员时钢丝绳计算安全系数大于规定安全系数，所以升降人员时所选钢丝绳安全。
三、提升天轮选择
根据《建井工程手册》天轮选择原则，立井提升时提升天轮的钢丝绳围抱角大于90°，所以所选天轮直径与钢丝绳直径的比值不应小于60倍。所选钢丝绳直径为36mm，天轮直径D≥36×60=2100mm 。根据《建井工程手册》选择天轮型号为：TXG ，其技术特征为：
1、公称直径： 2500 mm
2、适用钢丝绳直径： 35～36.5 mm
3、钢丝绳钢丝破断力总和； 101500 ㎏
四、提升绞车选择
在充分考虑经济条件下，改装用的提升绞车仍继续使用原井筒施工用的2JK—3/11.5型绞车，其主要技术特征为：
1、绞车允许的钢丝绳最大静张力：Fj =13000 kg
2、钢丝绳最大静张力差： Fch = 8000 kg
3、绳速：6.6 m/s
4、电动机功率：800 kw
5、两卷筒中心距：1628 mm
（一）、核算绞车强度：
1、最大静张力：Fj ≥
=12851<13000 ㎏
2、最大静张力差：Fch ≥
=6146<8000 ㎏
经过计算所用的2JK—3/11.5型绞车强度安全。
（二）、电动机功率估算：
由井筒布置图看出井筒内布置两台罐笼，所以属于双钩提升。根据双钩提升电动机功率计算公式：
公式中： — 提升机最大提升速度 =6.6 m/s
— 传动效率 =0.85
— 动力系数 =1.3
K—提升阻力系数 K=1.15
代入式中：
=700 kw
估算绞车电动功率为700千瓦小于绞车电动机功率800千瓦。综上所述选用2JK—3/11.5型绞车安全。
（三）核算绞车位置：
在井筒施工期间绞车位置已经固定，绞车主轴中心线距井筒中心线水平距离为L=50m。
1、计算缠绳偏角：
提升天轮轴中心距绞车主轴中心线水平距离：
C=L-R1=50-1.25=48.75m 式中：R1天轮半径
井架天轮平台高度：H=26.3m
天轮轴高：
h1=1.06+0.24=1.3m
式中： 1.06m为天轮梁高
0.24m为轴承座高
天轮最高点高度：
h= h1+R1=1.3+1.25=2.55m
H2=H+h=26.3+2.55=28.85m
绞车卷筒出绳点至天轮入绳点高度：H1=H2-h2-R2
式中： h2主轴至地面高度取1.0m
R2绞车卷筒半径1.5m
H1=28.85-1.0-1.5=26.35m
钢丝绳出绳弦长
缠绳外偏角正切：tg
=0.01289
∠ =0.739°＜1°30′安全
0°44′20″＜1°30′
式中：a绞车双卷筒中心距离见绞车圈 a=1.628m
b卷筒宽度 b=1.5m
0.85见井筒布置图提升中心距
缠绳内偏角正切：tg
∠ =0.813°＜1°30′安全
0°48′47″＜1°30′
经过计算绞车位置符合提升要求。
五、罐道钢丝绳选择：
由井筒布置图看出，两套罐笼共设八根钢丝绳罐道。由于采用重锤悬吊方式，罐道钢丝绳张力取自设在井口的重锤张紧装置。
1、罐道钢丝绳张紧力计算：
钢丝绳悬垂高度 L=492+6.5+27=525.5 m
式中： 6.5 m 井底固定梁安装深度
27 m 井口至井架天轮处高度
按《建井工程手册》得每百米罐道绳张紧力0.8——1.2 t ，取1000kg
F=525.5×1000=5255 取5500 kg
2、每米罐道钢丝绳重量计算：
式中： —钢丝破断应力 =167㎏/㎜
m—规定安全系数 m=6
L—钢丝绳悬垂长度 L=525.4 m
g= =2.29㎏/m
查《钢丝绳手册》选用钢丝绳 6×19+FC—30—1670 其g=3.11㎏/m，
钢丝绳钢丝破断力总和：P=46100×1.197=55181 ㎏。
3、罐道绳最小间距计算：
B=0.2+H/3000+0.1=0.2+492/3000+0.1=0.464m
H=492 m 0.1为两侧突出部分尺寸
取 B=468 mm
1、 核算安全系数:
m= =7.73 6 安全。
5、核算刚度系数：
式中：
安全。
通过计算所选6×19+FC—30—1670型罐道绳安全。
六、防坠器制动绳选择
所选罐笼每只设有一套防坠器，采用对角抓捕钢丝绳制动方式。根据现场设备条件。利用原有18×7+FC-30-1670型钢丝绳作为防坠器制动绳。
1、防坠制动钢丝绳验算：
钢丝绳承受罐笼最大动载荷为：
式中： —钢丝绳始端最大负荷 =8690kg
a —制动减速度 ： a=6 /r-1
r —钢丝绳最大负荷与最小负荷之比值： r=Qm/Qh
Qh—钢丝绳最小终端负荷： Q=4430+80=4510kg
a=6/1.927-1=6.472
代入式中： kg
2、验算钢丝绳安全系数：
根据《煤矿安全规程》第四百条表7的规定，防坠器的制动绳和缓冲绳的安全系数值为3。
查18×7+FC-30-1670钢丝绳钢丝破断力总和为：
Q=49200×1.283=63124kg
每米钢丝绳标准重量ｇ=3.51kg/m
计算安全系数： 安全。
七、核算罐笼提升生产能力
1、罐笼理论提升能力计算：
一次提升循环时间：
T= +
式中：
V —提升绞车最大绳速 V =6.6m/s
a —提升加（减）速度 a=0.5 m/s
L —提升高度 L=502-10=492m
h —等速运行距离 h =492-2h
h —加（减）速段运行距离
h =a V =0.5 × 6.6× =43.56m
h =492-2×43.56=405m
—休止时间 =30 s
代入式中：
T=2 + =118s
一小时提升m³量: A=
式中: Z 一次提车数 Z=2
0.9 矿车装面系数
矿车容积 =1.1m
K 不平均衡系数 K=1.2
代入式中: A=
=50.34m n
按日提升按18小时计：日提升m³量 18×50.34=906m³。
通过以上计算，证明本次提交改装提升系统设计符合提升要求，各提绞设备均安全可靠。
参考文献：
1、《煤矿安全规程》2004年11月，煤炭工业出版社；
2、王介锋《凿井工程图册》1988年12月，煤炭工业出版社；
3、沈季良《建井工程手册》1984年3月，煤炭工业出版社；
4、崔云龙《简明建井工程手册》2003年1月，煤炭工业出版社；
5、钢丝绳GB／T 8918-1996；
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