淺析副立井提升設備選型設計

賈 瑞

(同煤集團大斗溝煤業公司，山西大同 037000)

0 引言

副立井承擔著提升設備、材料、矸石和人員的任務，其設備配置造型關乎礦井生產安全、效率和經濟效益，是礦井設計十分關注的重點之一。結合實例，本文對副立井提升設備進行造型計算。

1 礦井概況

同煤集團大斗溝煤業公司某礦井副立井井筒凈直徑為8．0 m，井口標高+919．650 m，井底標高 +505 m，井筒深度445 m(包括井底水窩)。計劃設置兩套提升系統，提升高度414．65 m。主提升容器為一對1．5 t礦車雙層四車多繩罐籠(加長型)，其中窄罐籠凈寬為1 200 mm，寬罐籠凈寬為1 670 mm。為了滿足整體裝運液壓支架的需要，罐籠長度在1.5 t礦車標準罐籠的基礎上加長1 300 mm，罐道間距6 400 mm，端面矩形鋼罐道。井上、下進出車方向為異側。窄罐籠承擔礦井矸石、材料、一般設備及人員升降任務，寬罐籠除了承擔上述任務外，還承擔大型機電設備升降任務。輔助提升容器為一臺四繩長材交通罐籠配平衡錘，交通罐可乘36人，用于人員的升降和長材料的下放。

2 雙罐籠提升設備選擇和設計

2．1 設計依據

提升方式:立井雙罐籠提升;井筒直徑:8 m;提升高度:+414．65 m;最大班下井工人:350人;

罐籠:1．5 t礦車雙層四車多繩罐籠，自重(包括懸掛及配重)25 t，最大乘人數98人(寬罐)，72人(窄罐);

礦車:MG1．7-6A，自重 720 kg，額定載重 1．5 t，最大載重 2．7 t。

2．2 方案比選

對副立井雙罐籠提升設備設計考慮了兩種方案，方案Ⅰ為塔式提升機，方案Ⅱ為落地式提升機。兩種方案技術經濟比較結果見副立井雙罐籠提升方案技術經濟比較結果表1。

通過以上比較可知，方案Ⅱ落地式提升投資比方案Ⅰ塔式提升高393萬元，但考慮到落地式提升方案可以縮短占用井口的時間(約3個月)，為使副立井盡快形成提升能力，根據礦方溝通，本設計選用落地式提升方案。

表1 副立井雙罐籠提升方案技術經濟比較

2．3 選型計算

副立井井筒凈直徑為8．0 m，設置兩套提升系統，提升高度414．65 m。

懸掛長度:Hc=414．65+43=457．65 m

懸垂長度:Hx=457．65+23=480．65 m

鋼絲繩必需最小安全系數:

提升物品鋼絲繩的最小安全系數［m］物=8．2－0．000 5 × Hc=7．97

提升人鋼絲繩的最小安全系數［m］人=9．2－0．000 5 × Hc=8．97

首繩選用44 ZAB 6V×37S+FC 1570型鋼絲繩，d=44 mm，Pk=8．23 kg/m，QP=1 140 ×1．177=1 341．78 kN，σB=1 570 MPa。

尾繩選用187×29 B PD CR 8×［4×19］+FC 1470型扁鋼絲繩，b=187 mm，h=29 mm，Pk=16．8 kg/m，σB=1 470 MPa。

計算最大靜張力:

鋼絲繩的最大靜張力F繩=(2×16．8×437．65+4 ×8．23 ×43)/1 000=16．121 t

提升大件的時候鋼絲繩的最大靜張力Fj大件=(25+25+16．121) × g=648．647 kN

提升矸石的時候鋼絲繩的最大靜張力Fj矸=(25+4 × (2．7+0．72)+16．121) × g=537．598 kN

提升人的時候鋼絲繩的最大靜張力Fj人=(25+98 ×0．075+16．121) × g=475．501 kN

式中:g=9．81(重力常數)

鋼絲繩計算安全系數:

計算最大靜張力差:

Fc大件=(12．5+0．282) × g=125．391 kN(另一側配 12．5 t)

Fc矸=(4 ×2．7+0．282) × g=108．714 kN(另一側配4輛空礦車)

Fc人=(98 ×0．075+0．282) × g=74．87 kN

根據以上計算，選用JKMD-4×4(Ⅲ)E型多繩摩擦式提升機，其主要技術參數如下:

摩擦輪直徑:4 m;繩間距:350 mm;最大靜張力:690 kN;最大靜張力差:180 kN。

2．4 運動學、動力學計算

提升機:22．1 t;天輪:2 ×7．775=15．55 t;電動機:4 ×16．258/42=4．064 5 t;罐籠:2 ×25=50 t;鋼絲繩:35．252 t。

空運行變位質量:M空=126．967 t

提大件變位質量:M大件=164．467 t

提矸石變位質量:M矸=143．527 t

提人變位質量:M人=134．317 t

一次提升循環時間:Tg矸=104．7 s;Tg材=152．7 s;Tg人=131．07 s。

電動機校驗(按提升大件計算):

等效時間:Td=104．7 s;等效力:Fd=128．593 kN;等效功率:Pd=1 154．19 kW。

電動機功率備用系數:K=1 400/1 154．19=1．21。

電動機過載能力校驗:

摩擦襯墊比壓驗算:

2．5 防滑驗算

襯墊摩擦系數:μ =0．25;圍包角:α =182．44°;摩擦常數:eμα=2．216 76;天輪變位質量:QD=QE=7．775 t。

鋼絲繩不平衡質量:Δ =(2×16．8－4×8．23)×415/1 000=0．282 t

取制動力 FT=385 kN ＞125．391 ×3=376．173 kN，故系統無需二級制動。

提升大件滑動極限減速度4．032 m/s2;下放大件滑動極限減速度2．445 m/s2;空載下放安全制動減速度3．010 ＜3．096 m/s2。

由以上計算結果可知，提升系統滿足防滑性能要求。

3 副立井交通罐提升設備

副立井交通罐提升設備主要承擔零星人員和長材的提升，提升方式為單罐+平衡錘形式。罐籠自重12．3 t(包括首、尾懸掛)，雙層乘人，一次最多乘36人，長材一次提升量3 t。平衡錘自重13．8 t(包括首、尾懸掛)。設備與副立井雙罐籠提升設備布置在同一個機房內。

3．1 設備選型設計與計算

懸掛長度:Hc=414．65+32．2=446．85 m

懸垂長度:Hx=446．85+21=467．85 m

必須安全系數:

首繩選用28 ZAB 6V×33+FC 1570型鋼絲繩，d=28 mm，Pk=3．11 kg/m，QP=443 × 1．177=521.411 kN，σB=1 570 MPa。

尾繩選用113×19 B PD CR 8×［4×7］+FC 1470型扁鋼絲繩，b=113 mm，h=19 mm，Pk=6．15 kg/m，σB=1 470 MPa。

計算最大靜張力:

Fj材=(12．3+3+(2 ×6．15 ×21+4 ×3．11 ×446．85)/1 000) × g=207．2 kN

Fj人=(12．3+36 × 0．075+(2 × 6．15 ×21+4×3．11 ×446．85)/1 000) × g=204．2 kN

鋼絲繩計算安全系數:

計算最大靜張力差:

選用JKMD-2．8×4(Ⅰ)E型多繩落地摩擦式提升機，配行星齒輪減速器，其主要技術參數如下:

摩擦輪直徑:2．8 m;繩數:4根;最大靜張力:335 kN;最大靜張力差:95 kN;減速比:10．5;提升速度:5．5 m/s。

配套YBFJ450型變頻電動機，其轉動慣量:36 kg·m2。

3．2 運動學、動力學計算

系統變位質量:

提升機:9．82 t;天輪:2 × 3．44=6．88 t;鋼絲繩:12．447 t;長材:3 t;人員:2．7 t。

空載變位質量:M空=57．272 t

長材變位質量:M材=60．272 t

提人變位質量:M人=59．972 t

一次提升循環時間:

電動機校驗(按提升長材計算):

等效時間:Td=90．9 s;等效力:Fd=24．613 kN;等效功率:Pd=147．145 kW。

電動機功率備用系數:K=280/147．145=1．9

電動機過載能力校驗:

摩擦襯墊比壓驗算:

3．3 防滑驗算

襯墊摩擦系數:μ =0．25;圍包角:α =182．238°;摩擦常數:eμα=2．214 8;天輪變位質量:QE=QD=3．44 t。

取制動力 FT=120 kN ＞15．284×3=45．852 kN，故系統無需二級制動。

空載下放安全制動減速度2．362＜3．411 m/s2。

4 中央盤區輔助運輸斜巷提升設備

4．1 設計計算依據

斜長:98．59 m;傾角:18°;

最大班提升量:

矸石:100 t;設備及其它:6次;最大件質量:33 t。

礦車:1．5 t，自重720 kg，最大載重2 700 kg。

4．2 鋼絲繩

列車組成:提矸一次串4輛礦車。

提升長度:Lt=99．59+16．5=116．09 m

懸垂長度:LC=116．09+22=138．09 m

繩端荷重:

選用34 ZAB 6V×18+FC 1570型鋼絲繩，d=34 mm，PK=4．76 kg/m，σB=1 570 MPa，QP=680 ×1．156=786．08 kN。

計算最大靜張力:

鋼絲繩安全系數:

m=786．08/115．828=6．787 ＞ 6．5，鋼絲繩滿足要求。

4．3 提升機

計算滾筒直徑:Dm=60×34=2 040 mm

選用JKB-2．1/31．5X型單繩纏繞式防爆提升機。其主要技術參數如下:

卷筒直徑:2．1 m;最大靜張力:120 kN;減速比:31．5。

4．4 天輪

選用 TD1400/740(1)型游動天輪，直徑1 400 mm。

4．5 電動機

選用YBP型防爆變頻調速電動機。其主要技術參數如下:

額定功率:315 kW;額定電壓:660 V;額定轉速:590 r/min;轉動慣量:160 kg·m2。

實際提升速度:v=590×π ×2．1/(60×31．5)=2．05 m/s

4．6 電動機校驗(按提升大件)

系統變位質量:

提升機:17 t;大件:33 t;平板車:2 t;變位質量:M空=197 t;一次提升循環時間:Tg=252．3 s。

等效時間:

等效功率:

過載能力校驗:

電動機富裕系數:af=315/241．39=1．3，電動機滿足要求。

4．7 輔助運輸斜巷最大班作業時間

最大班作業時間平衡表見表2，最大班作業時間為 t=1．59 h。

表2 輔助運輸斜巷最大班作業時間平衡表

5 結論

(1)提升設備選型設計過程中要嚴格按照實際情況對鋼絲繩安全系數、天輪、電動機校驗、最大班作業時間等進行測算，以達到安全、高效的工作運行能力，全面保障礦山的安全生產。

(2)副立井雙罐籠提升設備選用JKMD-4×4(Ⅲ)E型多繩摩擦式提升機，配ZKTD250/67型電動機，首繩選用44 ZAB 6V×37S+FC 1570型鋼絲繩，尾繩選用187×29 B PD CR 8×［4×19］+FC 1470型扁鋼絲繩;副立井交通罐提升設備選用JKMD-2．8×4(Ⅰ)E型多繩落地摩擦式提升機，YBFJ450型變頻電動機，首繩選用28 ZAB 6V×33+FC 1570型鋼絲繩，尾繩選用113×19 B PD CR 8×［4×7］+FC 1470型扁鋼絲繩。

(3)中央盤區輔助運輸斜巷提升設備選用JKB-2．1/31．5X型單繩纏繞式防爆提升機，配YBP型防爆變頻調速電動機，選用34 ZAB 6V×18+FC 1570型鋼絲繩。