礦井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)

第一節(jié)提升方式的確定及提升設(shè)備選型依據(jù)

一、礦并提升設(shè)備的作用

礦升提升設(shè)備是礦井重要的大型機(jī)電設(shè)備之一，它是聯(lián)系礦井井下與地面時(shí)土要生產(chǎn)設(shè)

備。礦井提升設(shè)備的任務(wù)是提升有益礦物（燥炭、礦石等）和研?石，升降人員和設(shè)備，下放材

料等。

礦井提升設(shè)備的工作特點(diǎn)是在一定的距離內(nèi)，以變速和勻速作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而且起動(dòng)

和停止頻繁，因此它須具有良好的控制系統(tǒng)和完善的保護(hù)裝置，以保證安全可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。礦

井提升設(shè)備的合理選型和正確的維護(hù)、管理和使用，對(duì)確保礦井提升設(shè)備的經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)轉(zhuǎn)

具有重大的意義。

二、礦井提升設(shè)備的組成部分

礦井提升設(shè)備一般包活捉升機(jī)、電動(dòng)機(jī)、提升鋼絲繩、提升容器、天輪、井架、裝卸載

設(shè)備，以及電控設(shè)備與安全保護(hù)裝置等。

礦井提升機(jī)主要由纏繞機(jī)構(gòu)（或主導(dǎo)輪）、減速器、聯(lián)鈾器、離合器、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指

示器、液壓站及操縱臺(tái)等部分組成。

三、礦井提升系統(tǒng)

根據(jù)提升方式的不同，礦井提升系統(tǒng)可分為以下幾種：

（1）豎并普通罐籠提升系統(tǒng)

（2）豎井箕斗提升系統(tǒng)

（3）斜井箕斗提升系統(tǒng)

（4）斜井串車提升系統(tǒng)

四、礦井提升設(shè)備的分類

（-）按用途分類

（1）主井提升設(shè)備，專供提升煤炭用的提升設(shè)備。在特大、大和中型礦井，提升容器

多采用箕斗，小型礦井多采用罐籠或礦車；

（2）副井提升設(shè)備，專供提升殲石、升降人員、運(yùn)送材料和設(shè)備的提升設(shè)備。提升容

器多為普通罐籠或翻轉(zhuǎn)罐籠。

（-）按纏繩機(jī)構(gòu)的型式分類

（1）單繩纏繞式提升機(jī)，即等直徑圓柱形卷筒提升機(jī)，多用于井深在350m以下的大、

中、小型礦井提升，此外還有變直徑圓柱圓錐形卷筒提升機(jī)；

（2）多繩摩擦式提升機(jī)，適用于井筒較深、產(chǎn)量較大的礦井提升。

（三）按井筒傾角分類

（I）豎并提升設(shè)備；

（2）斜井提升設(shè)備。

（四）按提升容器分類

（1）罐籠提升設(shè)備；

（2）箕斗提升設(shè)備；

（3）串車提升設(shè)備；斜井串車提升

（5）吊桶提升設(shè)備。

（五）按拖動(dòng)裝置分類

（1）交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施動(dòng)的提升設(shè)備；

<2）直流電動(dòng)機(jī)施動(dòng)的提升設(shè)備；

（3）液壓傳動(dòng)的提升設(shè)備。

五、提升方式的確定

在進(jìn)行選擇提升設(shè)備選型前，首先應(yīng)確定合理的提升方式，它對(duì)提升設(shè)備的選型、對(duì)礦

山的基建投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本和安全都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。

一般提升方式可參考以下原則確定：

（1）年產(chǎn)量大于300Kt的大中型礦井，由于提升煤炭及輔助提升的任務(wù)較大，一般

均設(shè)主、副井兩套提升設(shè)備。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐籠完成輔助提升任務(wù)。

（2）年產(chǎn)量小于300Kt的大中型礦井，根據(jù)提升情況可愛用兩套罐籠提升設(shè)冬，或

用一套罐籠提升設(shè)備進(jìn)行混合提升。

（3）對(duì)于特大型礦井（年產(chǎn)量大于1800Kt）,一般主井需用兩套箕斗提升設(shè)備，副井

除配備一套罐籠提升設(shè)備外，有時(shí)還需要設(shè)置一套帶平衡錘的單容器提升設(shè)備作輔助提升。

在確定提升方式時(shí)，除考慮年產(chǎn)量這一主要因素外，還要考慮以下幾個(gè)因素：

（1）在礦井同時(shí)開采煤的品種多于兩種，要求不同品種的煤分別外運(yùn)時(shí)，應(yīng)考慮采

用罐籠作為主井提升設(shè)備，

（2）對(duì)為的塊度要求較高時(shí)，就考試采用罐籠作為主井提升設(shè)備。

（3）地面生產(chǎn)系統(tǒng)靠近井口時(shí)，采用箕斗提升可以簡(jiǎn)化后續(xù)的生產(chǎn)流程，若遠(yuǎn)離井

口，需要軌道運(yùn)輸，應(yīng)采用罐籠提升。

（4）單水平開采，多采用容器提升；多水現(xiàn)時(shí)平開采的礦井，應(yīng)采用單容器加平衡

錘的提升系統(tǒng)。

（5）對(duì)于斜井，目前應(yīng)采用單繩纏繞式提升機(jī)；豎井年產(chǎn)量超過(guò)600Kt,井深超過(guò)

350m的礦井，應(yīng)考慮采用多繩摩擦式提升機(jī)。

（6）礦井若分前、后期兩個(gè)水平開采，提升機(jī)和井架應(yīng)按最終水平選擇，提升容器、

鋼絲繩和提升電動(dòng)機(jī)可按第一水平選擇，在井筒自覺至第一水平時(shí)，根據(jù)具體情況再更換。

以上所述，僅是確定提升方式的一般性原則，在具體設(shè)計(jì)工作中，要根據(jù)礦井的具體情

況，提出多種可行性方案，再通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析并考慮我國(guó)提升設(shè)備的生產(chǎn)和供應(yīng)情況，才

能合理地確定提升方案。

六、選型設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

（一）設(shè)計(jì)依據(jù)

1.主井提升

（1）礦井年產(chǎn)量An（萬(wàn)噸）；

（2）工作制度：年工作日“天），每日工作t（小時(shí)）；

（3）礦井開采水平數(shù)，各水平井筒深度H、（m）及服務(wù)年限；

（4）卸載高度Hx，m：

（5）裝載高度Hz,m；

（6）提升方式：箕斗或耀籠；

（7）煤的散集密度p,l/n?；

（8）井筒斷面尺寸，井筒中布置提升設(shè)備的套數(shù)；

（9）礦井電壓等級(jí)

（10）副井提升:

2.副井提升

(I)礦井年產(chǎn)量An(萬(wàn)噸)；

(2)工作制度：年工作Eb(天)，每日工作t(小時(shí))：

(3)礦井開采水平數(shù)，各水平井筒深度Hs(米)及服務(wù)年限；

(4)肝石年產(chǎn)量：如無(wú)特別指出，一般可按煤產(chǎn)量的15?20%估算；

(5)最大班下井人數(shù)、材料消耗量、需運(yùn)送設(shè)備數(shù)量、炸藥等卜.井次數(shù)。

(6)礦車規(guī)格；

(7)井筒斷面尺寸，井筒中布置提升設(shè)備套數(shù)；

(8)井上、井下車場(chǎng)布置形式；

(9)礦井電壓等級(jí)。

(二)提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：

(1)計(jì)算并選擇提升容器

(2)計(jì)算并選擇提升鋼絲繩

(3)計(jì)算滾筒直徑并選擇提升機(jī)

(4)計(jì)算天輪直徑并選擇天輪

(5)提升機(jī)與井簡(jiǎn)杵對(duì)位置的計(jì)算

(6)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算

(7)電動(dòng)機(jī)功率的驗(yàn)算

(8)計(jì)算噸煤電耗及效率(對(duì)于主井提升)

(9)制定最大班作業(yè)時(shí)間平衡表(對(duì)于副井提升)

第二節(jié)立井單繩纏繞式主井提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì)

一、提升容器的選擇

立并提升容器主要是箕斗和罐籠。在同等條件下，箕斗與罐籠相比，質(zhì)量小，所需井筒

斷面小，裝卸載快，提升能力大，電動(dòng)機(jī)功率小，提升效率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是用

途單一，需設(shè)置煤倉(cāng)及裝卸載設(shè)備，需另設(shè)輔助提升設(shè)備，井架較高，井筒較深?？筛鶕?jù)礦

井生產(chǎn)能力的大小確定提升容器的類型。提升容器的類型確定后，就要計(jì)算提升容器的容量,

并從容器規(guī)格表中選擇標(biāo)唯容器，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)容器。

在礦井年產(chǎn)量、工作制度一定的情況下，可以選擇大容量容器低速提升：也可以選擇小

容量容器高速提升。這兩種提升方式，前者因容器大，所需提升鋼絲繩直徑粗，提升機(jī)直徑

大，電動(dòng)機(jī)功率大，設(shè)備初期投資高，但運(yùn)行電費(fèi)低，后者則反之。在實(shí)際工作中確定提升

方案時(shí)，要先對(duì)兩種方案進(jìn)行選型計(jì)算，從初期投資，運(yùn)行電費(fèi)等各方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,

考慮現(xiàn)場(chǎng)特殊需要，確定經(jīng)濟(jì)合理的提升方案。在做方案設(shè)計(jì)時(shí)，可采用經(jīng)濟(jì)提升速度的方

法。

一般認(rèn)為經(jīng)濟(jì)的提升速度為：

Uj=(0.3?0.5)V//(m/s)(3—1)

式中H-提升高度(m)；

一般情況下取中間值進(jìn)行計(jì)算，即Uj=0.4取

對(duì)于箕斗提升H=H^H

SX+H7(m)；(3-2)

式中”.一礦井深度;

“/X?一卸載高度，箕斗提升Z“1X可取I5~25m；罐籠提升方J\X可取為。；

Hz一裝載高度，箕斗提升"z可取I8~25m；罐籠提升〃z可取為。；

根據(jù)經(jīng)濟(jì)提升速度，可估算經(jīng)濟(jì)提升時(shí)間：

U：H

T.=—+—+〃+，（3—3）

7a%

式中。一提升加、減速度（開始可假定加、減速度相等），對(duì)罐籠可暫取為0.7?0.75口落2；

對(duì)箕斗可暫取為0.8m/s2；

〃一容器爬行階段附加時(shí)間，對(duì)罐籠可哲取為5s：對(duì)箕斗可暫取為10s；

0-容器裝卸載休止時(shí)間，可暫取為10s；

一次經(jīng)濟(jì)提升質(zhì)量為：

0-CatA''Ti

：一(噸)(3——4)

)3600次

式中一礦井年產(chǎn)量（噸/年）;

知一提升富裕系數(shù)，對(duì)第一水平要求知21.2；

。一提升不均勻系數(shù)，有井底煤倉(cāng)C=1.15；無(wú)井底燥倉(cāng)C=1.2；

t—日工作小時(shí)數(shù)，取14小時(shí)；

b—年工作日，取300天；

根據(jù)計(jì)算所得Qj，從表3-1立井單繩箕斗規(guī)格表中選取一次提升質(zhì)量與之相近的標(biāo)

準(zhǔn)箕斗；寫出所選箕斗的里號(hào)，容器質(zhì)量（kg）,有效容積（n?）及兩箕斗在井筒中的中心矩

S（m）等參數(shù)。

實(shí)際一次提升質(zhì)量Q（噸）為：

Q=\：P(3—5)

式中V一箕斗的有效容積，n?；

P一貨載的散集密度；t/m\

箕斗選定后因?qū)嶋H提升質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)提升質(zhì)量一般情況下不相等，所以要按實(shí)際提升質(zhì)量

Q，重新計(jì)算一下完成生產(chǎn)任務(wù)所需要的最大一次提升循環(huán)時(shí)間7；：

3600/〃

Q(3—6)

表3—1立并單繩箕斗規(guī)格表

型號(hào)JL—3JL—4JL-6IJL-8

名義裝載質(zhì)量（t）3468

有效容積（m’）3.34.46.68.8

提升鋼絲繩宜徑（nun）31374343

鋼絲繩罐道直徑(nun)32?30根據(jù)安全系數(shù)確定

數(shù)量4

剛性罐道規(guī)格380N/m鋼軌

數(shù)量2

箕斗質(zhì)量（t）3.84.45.05.5

最大終端負(fù)荷質(zhì)星（t）83.51214.5

最大提升高度5）500550700500

箕斗總高（mm）7780865094509250

箕斗中心距（廊）1830183018702100

適用井筒直徑（m）4.51.54.5或55

適應(yīng)提升機(jī)型號(hào)2JK—2.52JE—2.52JK-32JK-3.5

2JK—32JK—3.5

由此可估算出完成生產(chǎn)任務(wù)所需提升速度的最小值H：

（耳一〃8）一加（邛〃一夕）?-4aH

(m/s)(3—7)

V'可作為選擇提升速度的依據(jù)，實(shí)際提升速度匕應(yīng)根據(jù)實(shí)際所選提升機(jī)直徑、減速

器減速比、提升電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速計(jì)算。關(guān)于囁選擇見提升機(jī)及提升電動(dòng)機(jī)的選擇部分。

二、提升鋼絲繩的選擇

立井單繩纏繞式提升一般選用6X19的鋼絲繩，如條件許可也可選用線接觸鋼絲繩

或異型股鋼絲繩。

鋼絲繩品種選定后，就要具體確定鋼絲繩的直徑和型號(hào)參數(shù)。提升鋼絲繩的選擇按

《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，應(yīng)采用最大靜載荷來(lái)進(jìn)行計(jì)算并考慮一定的安全系數(shù)。

各種提升設(shè)備用的鋼絲繩，懸掛時(shí)的安全系數(shù)，必須符合下列規(guī)定：

（1）專用于升降人員的，不低于9;

（2）升降人員和物料用的，升降人員時(shí)不低于9,升降物料時(shí)不低于7.5；

（3）專用于升降物料的，不低于6.5；

（4）多繩摩擦提升鋼絲繩，專用于升降人員的，不低于9.2-0.0005；升降人員

或升降人員和物料用的，升降人員時(shí)不低于9.2~0.0005〃c，升降物料時(shí)不低于

8.2-0.0005Hc；專用于升降物料的7.2-0.0005Hc；

以上各式中〃。一鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度；

對(duì)于立井單繩纏繞式提升鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度：

Hc=H.+Hs+Hf（3—8）

式中”,.一井架高度，m；在井架高度尚未精確確定前，可近似選取為：罐籠提升，15?

25m;箕斗提升30?35m：

可按式(3-9)計(jì)算單繩纏繞式提升鋼絲繩每米重力〃：

p>+(N/m)(3—9)

式中Q/一容器質(zhì)量kg：

Q一次提升質(zhì)量kg：

分一鋼絲繩中鋼絲的抗拉強(qiáng)度(Mpa=N/mnr)：提升鋼絲繩外可取為155OMpa(新國(guó)

標(biāo)1570)或1700Mpa(新國(guó)標(biāo)1670)。

計(jì)算出鋼絲繩每米重力〃后，可從表3—2鋼絲繩規(guī)格表中選每米重力稍大于〃的鋼

絲繩，并查出該繩全部鋼絲破斷力之和(N)及其它參數(shù)。

可按式(3-10)驗(yàn)算選定鋼絲繩的實(shí)際安全系數(shù)

Q

tn----------------------------(3-10)

(Q+Qz)g+〃”c

若〃%不小于規(guī)程規(guī)定，則此繩可用，寫出鋼絲繩標(biāo)號(hào)：

例如:6義19,直徑為34nlm,為170()Mpa,鋼絲的韌性【號(hào)，光面，右同向撿的鋼

絲繩，鋼絲繩標(biāo)號(hào)為：

鋼絲繩6X19—34—1700—I一光一右同GB1102-74

還要查出鋼絲繩的每米重力P，鋼絲直徑S；

若〃“7不滿足規(guī)程規(guī)定，則需重選鋼絲繩?？稍龃箐摻z繩直徑或加大，重新驗(yàn)算〃%

直到滿足要求為止。

需注意根據(jù)新國(guó)標(biāo)GB8919—2006重要用途鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)，目前新出廠鋼絲繩力學(xué)性能

參數(shù)表中給出的是鋼絲繩最小破斷拉力(KN),而鋼絲繩最小破斷拉力與鋼絲繩全部鋼絲破

斷力之和不同，二者之間可按GB8919-2006給出的系數(shù)換算。

鋼絲繩最小全部鋼絲破斷力之和二鋼絲繩最小破斷拉力X換算系數(shù)

部分類型鋼絲繩的換算系數(shù)如下表所示：

鋼絲繩類別6X76X196X3718X76VX19

換算系數(shù)1.1341.2141.2261.2831.177

3-2(1)繩6x7股(1+6)純纖維芯

自徑例於繼公稱抗拉強(qiáng)度N/mn

鋼線總斷

參考玳力noo1550170018502000

?戰(zhàn)繩面積

鋼絲破斷拉力總和

runnro*N/100mN(不小于)

81808970976010500

3.80.45.2850.471,O>UnUn

12700140001620018400

4.70.58.2478.711cOnVUn

18300201002190023700

5.80.611.87113.4IDOVU

15000274002980032300

8.50.716.16154.0

32700358003900042200

7.50.821.10201.59QS；An

41400454001940053400

8.40.926.71256.1JJdVU

51100560006090065900

8.41.032.97314.9,tulivAHu

61800678007370078900

10.51.139.88380.933OVU

735008070087800例80Q

11.51.247.48453.1

8630094700103000

12.01.355.72532.178000111000

100000)09500119500

13.01.464.62617.190-100129000

IM500128000137000

14.01.574.18708.410350()148000

130500M3000156000

15.01.681.40806.011K00<)168500

M7500161500176000190500

16.01.795.28909.9

166500181500197500

17.01.8108.821020.0146900213500

2040002210002/p>

18.62.0131.881259.0184500

247000271000

20.62.2159.571624.0223000295000

29*1000322500

22.62.4189.911814.0285500351000

「5000378500

24.62.6222.882129.0312000412000

100500?139000

26.02.8258.482648.0J61500478ODU

4595005(K1000

28.03.0296.732854.0?115000548500

523000573500

J0.03.2337.813224.0472500624500

DHUUU

32.03.5403.883857.0565000

737500686500

31.53.8176.091517.0566600

817500809000

J6.54.0527.525038.0

738500896600

表3-2(2)鋼絲繩6X19股（1+6+12）純纖維芯

直徑例漢翔公稱抗拉強(qiáng)度N/iun

鋼絲總斷

參考布力14001550170018502000

用4面積

鋼絲破斯拉力總和

nmnro:N/l(K)mN（不小于）

6.20.414.32135.32000022100243002640028600

7.70.522.37211.83130034600380004130044700

9.30.632.22301.515100?199005470059600$1400

11.00.743.85414.46130067900745008110087700

12.50.857.27541.2801008870097300105500114500

14.00.972.49685.0101000112000)23000131000144500

16.51.089.49846.7125000138500152000165500178500

17.01.1108.281023.01515001876001Mo00209000216500

19.61.2128.871218.0180000199500210000228000257500

10.01.3161.241429.02115002^1000257000279500302000

22.51.4175.401658.0245500271500298000321000350500

23.01.5201.351903.0281500312000342000372000402500

24.51.6229.092165.0320500355000389000423500458000

28.01.7258.63241-1.0362000400500?139500?178000517000

28.01.8289.952740.0406600449000492500536000579500

3L02.0357.963383.050100055-1500608500662000716500

鞏02.2433.134093.0606000671000736000801000

37.02.4515.161871.0721500798600876000953500

10.02.6604.955717.08*1650098760010260001115000

43.02.8701.606630.0982000108500011900001295000

48.03.0805.417611.01125000124500013650001490000

表￡2（3）繩18X7股（1+6）純纖維芯

良役tw絲蠅公稱抗拉強(qiáng)度N/irnn'

鋼絲總斷

參考重力14001550170018502000

鋼絲面積

鋼絲破斷拉力總和

mmmm'N/100mN（不小于）

6.20.415.83148.02210024500269002920031600

7.70.524.73281.23460038300420004570049400

9.30.635.61333.04980056100605006570071200

11.00.748.47453.26780075100823008960086900

12.50.863.30591.98860098100107500117000125500

14.00.980.12749.1112000124000136000118000160000

16.51.098.91924.8138000153000163000182500197500

17.01.1119.681119.0167500185500203000221000239000

18.51.2142.431332.0199000220500242000283000284500

20.01.3167.161563.0234000259000284000309000334000

21.51.4193.861813.0271000200000329500358500387500

23.01.5222.552081.03115003445003780004II500445000

24.51.6253.212368.0351000392000430000168000506000

20.01.7286.852673.0400000<48000185500528500571500

28.01.8320.472996.0448500496600644500592500640500

31.02.0395.643699.0553500613000672500781500791000

34.02.2478.724476.0670000742000813500885500

37.02.4569.725327.07975008830009685001050000

40.02.6668.636252.0966000D3500011350001235000

46.02.8775.457250.0108500012000001315000i-180000

46.03.0890.198323.01245000B7500015100001645000

表3工（4）綠6N19）股（1+6+g）締.纖維芯

6

H徑加坦繩公稱抗拉強(qiáng)度N/wn;

鋼絲總斷

的絲公m14001550170018502000

第二層

中心第一層面積鋼蚊破斷拉力總和

大的小折

nmmn*N/100mN（不小于）

8.00.60.650.60.4526.11243.13650010500410004800062000

9.20.70.650.70.535.16327.04920054如Q597006500070300

1100.80.760.80.647.17438.78600073100801008720094300

1800.90.860.90.6559.06549.8826009150010000010笫00118000

1351.00.951.00.7574.37691.6101000115000126000137600148500

1451.11.051.10.889.14829.0124500138000151500164500178000

1601.21.151.2