礦山提升機(jī)設(shè)計(jì)方案前言礦山提升機(jī)作為礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著礦石、人員、材料及設(shè)備的垂直運(yùn)輸任務(wù)，其性能直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)效率、安全保障及經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)方案旨在提供一套全面、系統(tǒng)、專業(yè)的礦山提升機(jī)設(shè)計(jì)思路與方法，涵蓋從原始數(shù)據(jù)收集、方案選型、參數(shù)計(jì)算到設(shè)備配置、安全保障等各個(gè)環(huán)節(jié)，以期為相關(guān)工程技術(shù)人員提供具有實(shí)際指導(dǎo)意義的參考。本方案的制定嚴(yán)格遵循國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，注重設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性與可操作性。一、設(shè)計(jì)依據(jù)與原始數(shù)據(jù)1.1設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)方案的主要依據(jù)包括但不限于：*國(guó)家現(xiàn)行的《礦山安全規(guī)程》、《煤礦安全規(guī)程》（若適用）及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。*委托方提供的礦井初步設(shè)計(jì)資料、地質(zhì)報(bào)告及提升任務(wù)書(shū)。*國(guó)內(nèi)外同類提升機(jī)先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。*相關(guān)設(shè)備制造廠商的技術(shù)參數(shù)與性能指標(biāo)。1.2原始數(shù)據(jù)進(jìn)行提升機(jī)設(shè)計(jì)前，必須明確以下關(guān)鍵原始數(shù)據(jù)：*礦井類型及用途：如主井（提升礦石）、副井（提升人員、材料、設(shè)備及矸石）或混合井。*井筒參數(shù)：*井筒深度（提升高度）：指井口到井底車(chē)場(chǎng)或裝載點(diǎn)的垂直距離。*井筒直徑（或斷面尺寸）：影響提升容器的選擇及井筒裝備布置。*井筒傾角：對(duì)于斜井提升至關(guān)重要。*提升物料性質(zhì)：*主要提升物料種類：煤炭、金屬礦石、非金屬礦石等。*物料塊度、容重及含水率（影響裝載方式和提升容器有效容積）。*提升量要求：*年設(shè)計(jì)產(chǎn)量：決定提升機(jī)的最大提升能力。*日提升量及小時(shí)提升量：作為校核提升能力的依據(jù)。*提升容器類型及數(shù)量：*主井提升容器：箕斗（立井）、礦車(chē)（斜井）等。*副井提升容器：罐籠（單層、雙層）、人車(chē)等。*容器數(shù)量：?jiǎn)稳萜鳌㈦p容器或多容器提升。*提升高度與速度限制：根據(jù)礦井條件及安全規(guī)程確定合理的提升速度范圍。*工作制度：*年工作日數(shù)。*日工作小時(shí)數(shù)。*提升設(shè)備利用率。*井筒裝備情況：罐道類型（剛性罐道如鋼軌罐道、組合鋼罐道；柔性罐道如鋼絲繩罐道）、罐道梁布置等。*礦井瓦斯等級(jí)及其他特殊要求：如是否為高瓦斯礦井、有無(wú)煤塵爆炸危險(xiǎn)等，這將影響設(shè)備的防爆等級(jí)及安全措施。*電源條件：供電電壓等級(jí)、電源可靠性等。二、提升系統(tǒng)方案選擇2.1提升系統(tǒng)類型選擇根據(jù)礦井條件、提升量及提升高度，常用的提升系統(tǒng)主要有：2.1.1單繩纏繞式提升系統(tǒng)*特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，對(duì)井筒條件適應(yīng)性強(qiáng)，但鋼絲繩磨損較快，提升高度和提升重量受到卷筒容繩量和鋼絲繩強(qiáng)度的限制。*適用條件：一般適用于中、小型礦井，井筒深度不太大（通常立井不超過(guò)一定深度，斜井不超過(guò)更長(zhǎng)一些的斜長(zhǎng)），提升量不太大的場(chǎng)合。可用于主井或副井提升。2.1.2多繩摩擦式提升系統(tǒng)*特點(diǎn)：通過(guò)鋼絲繩與主導(dǎo)輪襯墊之間的摩擦力傳遞動(dòng)力，采用多根鋼絲繩共同承載，因而可以顯著提高提升高度和提升重量，鋼絲繩壽命相對(duì)較長(zhǎng)，機(jī)房布置緊湊。但對(duì)井筒直徑、鋼絲繩懸掛及張力平衡要求較高，設(shè)備制造和安裝精度要求也較高。*適用條件：適用于大型礦井、深井提升，以及提升量較大的場(chǎng)合，是目前國(guó)內(nèi)外大型礦井主井提升的主流選擇，也可用于條件適宜的副井提升。2.2提升方案比選與確定在綜合考慮原始數(shù)據(jù)、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、安全可靠性及后期維護(hù)等因素的基礎(chǔ)上，對(duì)可能的提升系統(tǒng)方案進(jìn)行詳細(xì)比選。比選應(yīng)包括以下方面：*技術(shù)可行性：所選方案能否滿足提升高度、提升量及各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，與井筒條件是否匹配。*經(jīng)濟(jì)合理性：設(shè)備初期投資、土建工程費(fèi)用、運(yùn)行能耗、維護(hù)成本等綜合經(jīng)濟(jì)性比較。*安全可靠性：系統(tǒng)的安全保護(hù)措施是否完善，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和故障率。*技術(shù)先進(jìn)性與成熟度：優(yōu)先選擇技術(shù)先進(jìn)且應(yīng)用成熟的方案，兼顧未來(lái)發(fā)展需求。*環(huán)境適應(yīng)性：對(duì)礦井特殊環(huán)境（如高瓦斯、粉塵、潮濕等）的適應(yīng)能力。經(jīng)過(guò)全面比選后，確定最優(yōu)的提升系統(tǒng)方案，并闡明選擇理由。例如，若井筒較深、提升量較大，則多繩摩擦式提升系統(tǒng)可能是更優(yōu)選擇；若井筒較淺、提升量中等且對(duì)初期投資較為敏感，則單繩纏繞式提升系統(tǒng)可能更為適宜。2.3提升容器選擇提升容器的選擇需與提升系統(tǒng)類型、提升物料性質(zhì)及井筒條件相匹配：*主井提升：*箕斗：用于提升煤炭或礦石，分為立井箕斗（底卸式、側(cè)卸式）和斜井箕斗。具有裝卸載自動(dòng)化程度高、提升效率高的優(yōu)點(diǎn)。*礦車(chē)：斜井提升常用，有固定車(chē)箱式、翻轉(zhuǎn)車(chē)箱式等。*副井提升：*罐籠：用于提升人員、材料、設(shè)備及矸石，有單層罐籠、雙層罐籠及多層罐籠。通用性強(qiáng)，但提升效率相對(duì)較低。*人車(chē)：專門(mén)用于斜井或平巷運(yùn)送人員。選擇時(shí)需確定提升容器的類型、規(guī)格（容積或載重）及數(shù)量（單鉤或雙鉤提升）。三、提升機(jī)主要參數(shù)計(jì)算3.1提升速度圖與提升周期計(jì)算提升速度圖是提升機(jī)運(yùn)行特性的直觀體現(xiàn)，通常由加速階段、等速階段和減速階段組成，必要時(shí)還包括爬行階段和裝卸載休止時(shí)間。*最大提升速度：根據(jù)提升系統(tǒng)類型、提升高度及相關(guān)規(guī)程確定。立井提升和斜井提升的最大速度均有不同限制。*加減速度確定：需綜合考慮提升機(jī)拖動(dòng)能力、鋼絲繩受力、提升容器內(nèi)物料穩(wěn)定性（防止撒料）及人員乘坐舒適性（副井提升）。*提升周期（一次提升循環(huán)時(shí)間）：包括提升容器運(yùn)行時(shí)間（加速、等速、減速）、裝料時(shí)間、卸料時(shí)間及必要的休止時(shí)間。精確計(jì)算提升周期是校核提升能力的關(guān)鍵。3.2提升能力驗(yàn)算根據(jù)確定的提升速度圖和提升周期，計(jì)算提升系統(tǒng)的實(shí)際提升能力，并與設(shè)計(jì)要求的提升量進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)算。*小時(shí)提升量：根據(jù)提升周期和一次提升量（提升容器有效載重或容積）計(jì)算。*日提升量及年提升量：結(jié)合工作制度（年工作日、日工作小時(shí)數(shù)、提升設(shè)備利用率）計(jì)算，并確保滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求。若提升能力不滿足要求，需重新調(diào)整提升參數(shù)（如提升速度、提升容器規(guī)格、工作制度等）。3.3鋼絲繩選擇與驗(yàn)算鋼絲繩是提升系統(tǒng)的“生命線”，其選擇和驗(yàn)算至關(guān)重要。3.3.1鋼絲繩類型選擇根據(jù)提升系統(tǒng)特點(diǎn)選擇合適的鋼絲繩類型，如單繩纏繞式提升常用圓股鋼絲繩，多繩摩擦式提升常用三角股或異形股鋼絲繩以增加摩擦力。同時(shí)考慮鋼絲繩的結(jié)構(gòu)（如交互捻、同向捻）、表面處理（光面、鍍鋅）等。3.3.2鋼絲繩直徑計(jì)算與選擇根據(jù)鋼絲繩所承受的最大靜張力（或最大靜張力差，對(duì)于摩擦式提升），按《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)范要求的安全系數(shù)，計(jì)算所需的鋼絲繩最小直徑，并從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格中選取。3.3.3鋼絲繩安全系數(shù)驗(yàn)算對(duì)所選鋼絲繩進(jìn)行安全系數(shù)驗(yàn)算，確保在各種工況下（如滿載、最大懸垂長(zhǎng)度等）的安全系數(shù)均不低于規(guī)程規(guī)定的最小值。安全系數(shù)是鋼絲繩破斷拉力與實(shí)際最大靜拉力（或靜張力差）的比值。3.4提升機(jī)卷筒（或摩擦輪）主要參數(shù)確定3.4.1單繩纏繞式提升機(jī)卷筒*卷筒直徑（D）：必須滿足鋼絲繩最小彎曲半徑要求，即卷筒直徑與鋼絲繩直徑（d）的比值D/d應(yīng)不小于某一規(guī)定值（根據(jù)鋼絲繩類型和規(guī)程確定）。*卷筒寬度（B）：根據(jù)鋼絲繩的最大纏繞層數(shù)、每層纏繞圈數(shù)及鋼絲繩直徑計(jì)算確定。需考慮鋼絲繩之間的間隙。*卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算：對(duì)卷筒筒體、法蘭、支輪等關(guān)鍵部位進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。3.4.2多繩摩擦式提升機(jī)摩擦輪（主導(dǎo)輪）*摩擦輪直徑（D）：同樣需滿足鋼絲繩最小彎曲半徑要求，其D/d比值要求通常比纏繞式卷筒更高。*摩擦輪襯墊：選擇摩擦系數(shù)大、耐磨、不易打滑的材料（如聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯等）。*繩槽：繩槽形狀（如半圓形、帶襯墊的楔形槽）和尺寸需與所選鋼絲繩匹配，確保各繩受力均勻。3.5提升機(jī)拖動(dòng)與控制系統(tǒng)方案3.5.1拖動(dòng)方式選擇提升機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)主要有交流拖動(dòng)和直流拖動(dòng)兩大類。*交流拖動(dòng)：包括繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速、同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速等。其中，變頻調(diào)速技術(shù)因其高效、節(jié)能、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前提升機(jī)拖動(dòng)的主流發(fā)展方向。*直流拖動(dòng)：調(diào)速性能優(yōu)異，但需配備直流電源（如晶閘管整流裝置），初期投資和維護(hù)成本相對(duì)較高，目前在新建大型提升機(jī)中應(yīng)用逐漸減少，但在一些老礦改造或?qū)φ{(diào)速性能有極高要求的場(chǎng)合仍有應(yīng)用。選擇拖動(dòng)方式時(shí)，需考慮提升機(jī)功率、調(diào)速范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、節(jié)能效果、維護(hù)便利性及電源條件等因素。3.5.2電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算與選型根據(jù)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的最大靜功率、加速功率及各種損耗，計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的額定功率，并考慮一定的備用系數(shù)。然后根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速、電壓等級(jí)等參數(shù)選擇合適型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。3.5.3控制系統(tǒng)方案提升機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性、先進(jìn)性和完善的保護(hù)功能。目前主流的控制系統(tǒng)采用PLC（可編程邏輯控制器）或DCS（分布式控制系統(tǒng)）作為核心控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的啟動(dòng)、加速、勻速、減速、停車(chē)、換向及各種保護(hù)的自動(dòng)化控制。*控制功能：應(yīng)包括行程控制、速度控制、張力控制（多繩提升）、信號(hào)聯(lián)鎖、故障診斷與保護(hù)等。*安全保護(hù)：必須具備完善的安全保護(hù)裝置，如過(guò)卷保護(hù)、過(guò)速保護(hù)、過(guò)負(fù)荷和欠電壓保護(hù)、限速保護(hù)、閘瓦磨損保護(hù)、深度指示器失效保護(hù)等，確保提升機(jī)在任何故障情況下都能安全停車(chē)。*人機(jī)界面：配備直觀的人機(jī)操作界面（HMI），用于參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示、故障報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)查詢等。四、提升系統(tǒng)的安全與保護(hù)提升機(jī)的安全運(yùn)行是礦山安全生產(chǎn)的重中之重，必須設(shè)置多層次、全方位的安全保護(hù)裝置和措施。4.1主要安全保護(hù)裝置*過(guò)卷保護(hù)裝置：當(dāng)提升容器超過(guò)正常停車(chē)位置（或出車(chē)平臺(tái)）一定距離時(shí)，能自動(dòng)斷電并使提升機(jī)安全制動(dòng)。應(yīng)設(shè)置機(jī)械和電氣雙重過(guò)卷保護(hù)。*過(guò)速保護(hù)裝置：當(dāng)提升速度超過(guò)最大允許速度的一定比例（如15%）時(shí)，能自動(dòng)斷電并實(shí)施安全制動(dòng)。*過(guò)負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：當(dāng)提升機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷或供電電壓過(guò)低時(shí)，能自動(dòng)斷電并制動(dòng)。*限速保護(hù)裝置：在提升機(jī)運(yùn)行到井口或井底附近時(shí)，能將速度限制在規(guī)定值以下。*閘瓦磨損保護(hù)裝置：當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或閘瓦間隙超過(guò)規(guī)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或?qū)崿F(xiàn)安全制動(dòng)。*深度指示器失效保護(hù)裝置：當(dāng)深度指示器失效時(shí)，能自動(dòng)斷電并制動(dòng)。*松繩保護(hù)裝置：對(duì)于纏繞式提升機(jī)，當(dāng)鋼絲繩松弛到一定程度時(shí)，能自動(dòng)斷電并制動(dòng)，防止鋼絲繩跳槽或打結(jié)。*滿倉(cāng)保護(hù)裝置：當(dāng)箕斗提升的井底煤倉(cāng)或礦石倉(cāng)滿倉(cāng)時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，阻止提升機(jī)裝載和下放。*閘間隙保護(hù)：監(jiān)測(cè)閘瓦與制動(dòng)輪（或制動(dòng)盤(pán)）之間的間隙，超限報(bào)警或制動(dòng)。*減速功能保護(hù)：當(dāng)提升機(jī)按給定的減速度減速時(shí)，若不能達(dá)到預(yù)定減速效果，應(yīng)實(shí)施安全制動(dòng)。*錯(cuò)向運(yùn)行保護(hù)：防止提升機(jī)發(fā)生與指令方向相反的運(yùn)行。4.2制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)是提升機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，必須絕對(duì)可靠。*工作制動(dòng)：用于提升機(jī)正常運(yùn)行中的減速和停車(chē)，通過(guò)司機(jī)操作或自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。*安全制動(dòng)：當(dāng)提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)（如過(guò)速、過(guò)卷、斷繩等），能迅速、可靠地將提升機(jī)制動(dòng)住，且制動(dòng)減速度符合規(guī)程要求。安全制動(dòng)必須采用獨(dú)立的控制回路和動(dòng)力源。*制動(dòng)裝置：常用的有塊式制動(dòng)器（用于中小型提升機(jī)）和盤(pán)式制動(dòng)器（用于中大型提升機(jī)，尤其是多繩摩擦式提升機(jī)）。盤(pán)式制動(dòng)器具有制動(dòng)力矩大、動(dòng)作靈敏、可靠性高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。*制動(dòng)力矩計(jì)算與驗(yàn)算：必須保證安全制動(dòng)力矩足夠大，即使在最不利情況下（如滿載下行），也能將提升機(jī)可靠制動(dòng)。同時(shí)，制動(dòng)減速度和制動(dòng)力矩需匹配，避免過(guò)大的減速度對(duì)設(shè)備和人員造成沖擊。4.3安全防護(hù)措施*提升機(jī)房、井筒裝備、天輪平臺(tái)等區(qū)域應(yīng)設(shè)置完善的安全防護(hù)欄、防護(hù)罩。*提升信號(hào)系統(tǒng)必須清晰、可靠，做到信號(hào)不清不開(kāi)車(chē)，信號(hào)與提升機(jī)之間應(yīng)有可靠的閉鎖。*鋼絲繩的檢查、維護(hù)和更換應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行，定期進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。*提升機(jī)各轉(zhuǎn)動(dòng)部分應(yīng)設(shè)置可靠的防護(hù)裝置，防止人員接觸。*建立健全的提升機(jī)操作規(guī)程和維護(hù)保養(yǎng)制度，并對(duì)操作人員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)和考核。五、設(shè)備布置與安裝要求5.1提升機(jī)房布置提升機(jī)房的布置應(yīng)滿足設(shè)備安裝、操作、維護(hù)和檢修的要求，并符合安全規(guī)程。*空間要求：保證提升機(jī)、電動(dòng)機(jī)、減速器、控制臺(tái)等設(shè)備之間有足夠的操作和檢修空間，通道暢通。*采光與通風(fēng)：應(yīng)有良好的自然采光或人工照明，以及有效的通風(fēng)降溫措施（特別是對(duì)于大功率電機(jī)）。*地基與基礎(chǔ)：提升機(jī)基礎(chǔ)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受設(shè)備運(yùn)行時(shí)的動(dòng)載荷和靜載荷，避免產(chǎn)生過(guò)大的沉降或振動(dòng)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的受力計(jì)算。*設(shè)備布置：應(yīng)根據(jù)提升機(jī)類型、傳動(dòng)方式等合理布置設(shè)備，力求流程順暢、緊湊，便于操作和維護(hù)。如主導(dǎo)輪（或卷筒）、減速器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器等的軸線應(yīng)保證對(duì)中。5.2井筒裝備布置井筒裝備包括罐道、罐道梁、梯子間、管路、電纜等。*罐道：用于引導(dǎo)提升容器在井筒中平穩(wěn)運(yùn)行。應(yīng)根據(jù)提升容器類型、提升速度、井筒條件選擇合適的罐道類型（剛性或柔性）和材質(zhì)。罐道的安裝必須保證垂直度和間距精度。*罐道梁：固定罐道，承受罐道傳來(lái)的力。其材質(zhì)、規(guī)格和布置間距需經(jīng)計(jì)算確定。*連接與固定：所有井筒裝備的連接必須牢固可靠，符合設(shè)計(jì)要求。5.3天輪（或?qū)蜉啠┎贾?天輪（立井）/導(dǎo)向輪（斜井）：用于改變鋼絲繩的纏繞方向，支撐鋼絲繩。其布置位置和高度應(yīng)保證鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中不與井筒裝備或井壁發(fā)生摩擦，且滿足鋼絲繩的偏角要求。*天輪平臺(tái)：天輪應(yīng)安裝在牢固的天輪平臺(tái)上，