矿井提升设备的选型和设计.doc

1、 毕 业 设 计 论 文题 目 矿井提升设备的选型和设计 _（院）系 大同煤炭职业技术学院专业 机电一体化 （矿山机电） 班级 学号学生姓名 王飞 导师姓名 王富军 完成日期 2011年5月1日 目 录第1章 矿井提升设备2一、提升方式2二、主提升设备选型计算2三、开采煤时主提升能力计算13四、副提升设备选型计算16五、开采煤时副井提升能力校核28六、煤井下主要运输设备选型31结束语34参考文献36附录 A 采区供电系统图附录 B 设备布置图第一章 矿井提升设备一、提升方式矿井七2煤与二1煤采用分期开拓开采的方式，初期开采七2煤，后期经技术改造后开采二1煤。七2煤井设计生产能力为0.30Mt/

2、a，采用立井开拓，二个提升井筒，其中主井井深277m，担负七2煤矿井提煤任务；副井井深277m，担负七2煤矿井辅助提升任务；二1煤井设计生产能力为0.45Mt/a，采用立井开拓，利用七2煤井二个提升井筒延深至二1煤的开采水平，在七2煤井开采结束后进行二1煤的开采，二1煤主井井深577m，担负二1煤矿井提煤任务；副井井深577m，担负二1煤矿井辅助提升任务。二、主提升设备选型计算（一）设计依据初期开采七2煤时1、生产能力：0.30Mt/a2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。3、井深：H=277m4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。后期开采二1煤时1、生产能力：0.45Mt/

3、a2、工作制度：年工作日330d，每天净提升时间16h。3、井深：H=577m4、提升方式：双箕斗提升，采用定重装载。（二）提升容器选择该矿井初期开采七2煤时井深277m，后期开采二1煤时井深577m，根据煤炭工业矿井设计规范规定，为避免提升系统的重复改扩建,同时考虑到矿井后期开采二1煤时井筒深度增加，所以初期开采七2煤和后期开采二1煤时主、副井提升设备统一按开采最终水平选择计算。计算过程以后期开采二1煤的提升设备选型计算为准。1、确定经济提升速度V=(0.3-0.5)=7.2-12.01m/s取：Vm=8m/s，1=1.0m/s22、计算一次提升循环时间: Tx =108=98.1s3、根据

4、矿井年产量和一次提升循环时间即可求出一次提升量。Qj=3.3t据此提升容器选择JDS-4/554Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道），箕斗自重QZ=6500kg（含连接装置）,载重量Q=4000kg，提升钢丝绳4根，平衡尾绳2根，钢丝绳间距300mm。（三）钢丝绳选择1、绳端荷重Qd=QZ+Q=6500+4000=10500kg2、钢丝绳悬垂长度Hc=H-HZ+Hh+HX+Hg+Hr+0.75RT+e=577-30+11.008+12+6.5+10.9+0.750.925+5=593.1m式中：Hg -过卷高度 Hg=6.5mHh -尾绳环高度 Hh=Hg+0.5+2S=6.5+0.5+22.004

5、=11.008mHr -容器高度 Hr=10.9mRT-天轮半径e-上下天轮垂直距离 e=5mS-提升容器中心距HX -卸载高度 HX=12m3、首绳单位长度重量计算PK =1.29kg/m式中：B钢丝绳计算抗拉强度，取1670MPam钢丝绳安全系数，取7根据以上计算，首绳选用22ZAB-6V30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=307200N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。4、尾绳单位长度重量计算qk=Pk=1.96=3.92kg/m式中：n首绳钢丝绳根数 n=4n尾绳钢丝绳根数 n=2根据以上计算，尾

6、绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳2根，单重q=3.82kg/m。（四）提升机选择1、主导轮直径D90d=9022=1980（mm）2、最大静拉力和最大静拉力差最大静拉力：Fj=Q+Qc+nPkHc=6500+4000+41.96593.1=15150kg最大静张力差：Fc=Q=4000kg据此主井提升装置选用JKMD-2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，钢丝绳根数4根，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=6.5 m/s，减速比i=10.5,提升机旋

7、转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数=0.23。（五）提升系统的确定（见图6-1-1）1、井架高度Hj=HX+Hr+Hg+0.75RT+e=12+10.9+6.5+0.751.125+5=35.2m取HJ=36m2、提升机摩擦轮中心线距井筒中心线距离LS0.6Hj+3.5+D=0.636+3.5+2.2527.35m取LS=28m3、钢丝绳弦长下弦长LX1= =39.8m上弦长LX= =44.9M式中：HJ1-井架下层天轮高度 C0-摩擦轮中心与地平距离4、钢丝绳的出绳角下出绳角下=arctan+arcsin=ARCTAN+ARCSIN=52399上出

8、绳角上=arcsin=5137285、围包角的确定经计算围包角=18114（六）提升容器最小自重校核1、按静防滑条件容器自重为QZQ-nPkHc=D1Q-nPkHc =2.3594000-41.96593.1=4786.1kg经查表，当围包角=18114时D1=2.359式中：w1-箕斗提升时矿井阻力系数 w1=0.075 j-静防滑安全系数 j=1.752、按动防滑条件QZQ+Gd-nPkHc=A1Q+C1Gd-nPkHc=2.21154000+0.15332300-41.96593.1=4548.7kg经查表，当围包角=18114，加速度a1=0.5时,A1=2.2115,C1=0.153

9、3。式中： Gd-天轮的变位质量。经计算满足防滑条件的箕斗最小自重均小于所选箕斗自重，防滑条件满足要求。（七）钢丝绳安全系数与提升机的校验1、首绳安全系数校验m=8.37.20.0005H=6.9满足要求2、最大静张力和最大静张力差最大静拉力：Fj=15150kg=148kN215kN最大静张力差：Fc=4000kg=39kN3满足要求。式中：MZ-制动力矩 MJ-静荷重旋转力矩（十一）电控设备本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。（十二）供电电源提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自

10、矿井地面变电所，详见地面供电系统图。三、开采七2煤时主提升能力计算矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为0.30Mt/a，井筒深度H=277m，主井提升装置选用以开采二1煤计算为准的JKMD2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为JDS-4/554Y型标准多绳箕斗（钢丝绳罐道）。提升钢丝绳首绳选用22ZAB-6V30+FC-1670-307型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期服务于七2煤和二1煤的开采。（一）提升高度的确定Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m式

11、中：Hr -容器高度 Hr=10.9HX -卸载高度 HX=12mHz -装载高度 HZ=30m（二）提升运动学及提升能力计算(提升速度图力图见图6-1-3)经计算得初加速度a0=0.48m/s2，V0=1.5m/s，卸载曲轨行程h0=2.35m,主加速度a1=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度及力图见图6-1-3）1、初加速度阶段卸载曲轨初加速时间：t0=3.13s箕斗在卸载中曲轨内的行程：h0=2.35m2、正常加速度阶段加速时间：t1=10.8s加速阶段行程：h1=t1=10.8=45.4m3、正常减速阶段减速阶段时间：t3=12.8s减速阶段行程：h3=t3

12、=12.8=47.4m4、爬行阶段爬行时间：t4=6s爬行距离：h4=3m5、抱闸停车时间t5=1s6、等速阶段等速阶段行程：h2=Ht-h0-h1-h3-h4=269.9-2.35-45.4-47.4-3=171.8m式中：Ht-提升高度 Ht=H-HZ+HX+Hr=277-30+12+10.9=269.9m等速阶段时间：t2=24.9s7、一次提升循环时间Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+=3.13+10.8+24.9+12.8+6+1+12=70.6s式中: 休止时间取12s8、提升设备年实际提升量An=89.7万t/a提升能力富裕系数为af=2.99提升能力满足要求（三）提升系

13、统动力学计算1、提升系统总变位质量m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md =4000+26500+41.96610+22300+6500+4399 =37281kg式中：Lp钢丝绳全长Lp=610m（包括尾绳）。2、动力学计算（按平衡系统计算）1、提升开始阶段开始时：F0=Kmg+Ht+ma0=1.1540009.8+372810.48=62975N终了时：F0=F0-2h0=629750=62975N式中：-提升钢丝绳与平衡尾绳的总单重之差，平衡系统0。2、主加速阶段开始时：F1=F0+m（a1-a0）=62975+37281（0.5-0.48）=63721N终了时：F1=F1=63

14、721N 3、等速阶段开始时：F2=F1-ma1=63721-372810.50=45080N终了时：F2=F2=45080N4、减速阶段开始时：F3=F2-ma3=45080-372810.50=26440N终了时：F3=F3=26440N5、爬行阶段开始时：F4=F3+ma3=26440+372810.50=45080N终了时：F4=F4=45080N经计算所选主井提升设备在初期开采七2煤时,可满足矿井七2煤井煤炭提升任务的要求。四、副提升设备选型计算（一）设计依据初期开采七2煤时1、生产能力： 0.30Mt/a。2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。3、提升高度：H

15、=277m(井筒深度)。4、最大班下井人数：109人。5、最大件重量：3170kg。（主排水泵电机,不可拆卸件）后期开采二1煤时1、生产能力： 0.45Mt/a。2、工作制度：年工作日330d，每天最大班净提升时间16h。3、提升高度：H=577m(井筒深度)。4、最大班下井人数： 125人。5、最大件重量：5350kg(主排水泵电机,不可拆卸件)。（二）提升容器选择根据矿井后期开采二1煤时的年产量及辅助提升量，经计算，副井提升容器选用一对1.0t双层单车多绳标准罐笼（宽窄各一个），钢丝绳罐道，宽罐笼质量为Q=5800kg，每次承载38人，窄罐笼质量为Q=4656kg，每次承载23人。提矸选用

16、1.0t标准矿车，矿车自重QZ=610kg，载矸量为Qm=1800kg，每次提升一辆矿车。（三）钢丝绳及提升机选择1、绳端荷载计算提升物料（按提矸计算）：Q矸=Q+Qm+QZ=5800+1800+610=8210kg提升人员：Q人=Q+Qr=5800+2850=8650kg提升最大件设备：Q大件=5800+5350=11150kg式中:Qr每次乘载人员重量,按最多38人计算。 5350卸载最大件水泵电机重量。2、首绳单位长度重量PK大件=1.65kg/mPK人=1.5kg/m式中:Hc钢丝绳悬垂长度Hc=H+Hj+Hh=577+24+10=611m n首绳钢丝绳根数 Hh尾绳环高度根据以上计算

17、，首绳选用22ZAB-6V30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。其技术参数如下：钢丝绳直径dk=22mm，钢丝破断拉力总和Qq=326030N，钢丝绳单位长度质量为Pk=1.96kg/m。3、尾绳单位长度重量qk=Pk=21.96=3.92kg/m式中:n1尾绳钢丝绳根数根据以上计算，尾绳选用8515NAT-P847-1370型扁钢丝绳两根，其主要技术参数为：钢丝绳尺寸宽厚=85mm15mm，钢丝破断拉力总和Qq=542000N，钢丝绳单位长度质量为qk=3.82kg/m。4、提升机选择1）摩擦轮直径D90d=9022=1980（mm）2)最大静张力和最大静张力差最大静张力(按提升

18、最大设备计算)Fj=Q+Q大件+nPkHj+n1qk(H+Hh)=5800+5350+41.9624+23.82(577+10)=15823kg最大静张力差Fc=Qr+（5800-4656）=3994kg据此副井提升装置选用JKMD-2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，其主要技术参数为：摩擦轮直径D=2250mm，天轮直径DT=2250mm，最大静张力215kN，最大静张力差65kN，摩擦轮钢丝绳间距300mm，提升速度V=5.0 m/s，减速比i=11.5,提升机旋转部分变位质量mj=6500kg，天轮变位质量mt=2300kg，衬垫摩擦系数=0.23。（四）提升系统的确定(见提升系

19、统图6-1-4)1、井架高度HjHr+Hg+0.75Rt+e=11+7+0.751.125+5=23.8m取HJ24m式中: Hr-容器高度 Hg-过卷高度Rt-天轮半径e-上下天轮中心高度2、提升机摩擦轮与提升中心线距离LSLS=0.6Hj+3.5+D=0.624+3.5+2.25=20.2m取LS=21m3、钢丝绳弦长下弦长LX1 26.3m上弦长LX 31.2m式中：s-两容器间距 C0-摩擦轮中心与地平距离4、钢丝绳的出绳角下出绳角下=arctan+arcsin=arctan+arcsin=491726上出绳角下=arcsin482175、围包角的确定经计算围包角181159（五）提升

20、容器最小自重校核1、按静防滑条件容器自重为（按提升最大件计算）QCQ-nPkHc-QZ=D2Q-nPkHc =2.4842850-41.96611=2289.2kg当围包角=181159时查表得D2=2.4842、按动防滑条件QCQ+Gd-nPkHc-Qz=A2Q+C1Gd-nPkHc经查表当加速度a1取0.5m/s2,A2=2.3,C1=0.15。则QC=2.32850+0.152300-41.96402=3748.3kg经计算满足防滑条件的罐笼最小自重均小于所选罐笼自重，防滑条件满足要求,但在卸载最大件水泵电机时应适当增加配重，已满足防滑条件下的提升容器最小自重的要求。（六）钢丝绳和提升机

21、校验1、首绳安全系数提升矸石时m=10.28.2-0.0005H=7.9提升人员m=9.99.2-0.0005H=8.9提升大件设备m=8.38.2-0.0005H=7.9满足要求。2、最大静张力和最大静张力差如前计算最大静张力Fj=15823kg=155070N215000N最大静张力差Fc=3994kg39141N3满足要求。式中：MZ-制动力矩 MJ-静荷重旋转力矩（十二）最大班作业时间计算最大班作业时间见表最大班作业时间为2.1h,最大班下井人员时间为12.6分钟.符合要求。最大班作业时间平衡表 提升内容单 位数 量每次提升量每班提升次数每次提升时间（S）总需时间（S）下放人员人953

22、04189.4757.6上提人员人48302189.4378.8提升材料和设备车10110169.41694提升矸石车20120141.42828其它次1010189.41894合 计7552.4(s)，2.1(h)（十三）电控设备本提升机采用直流拖动，电控设备随主机成套供货。电控设备型号选用JKMK/SZ-NT-778/550-3系列提升机全数字直流电控设备。（十四）供电电源提升机采用双回路供电，一回工作，一回备用。供电电源引自矿井地面变电所，详见地面供电系统图。五、开采七2煤时副井提升能力校核矿井在初期开采七2煤时设计生产能力为0.30Mt/a，提升高度H=277m，副井提升装置选用以开采

23、二1煤计算为准的JKMD2.254（I）E型落地式多绳摩擦式提升机，提升容器为1.0t双层单车标准多绳罐笼（钢丝绳罐道）。提升钢丝绳首绳选用22ZAB-6V30+FC-1770-326型钢丝绳左右捻各两根。尾绳选用8815NAT-P847-1360型扁钢丝绳2根，该提升设备在初期开采七2煤时一次安装到位，分期担负七2煤和二1煤的开采期的辅助提升工作。（一）提升运动学及提升能力计算经计算得主加速度a1=0.50m/s2，提升减速度a3=0.50m/s2。（提升速度图力图见图6-1-6）1、正常加速度阶段加速时间：t1=10.2s加速阶段行程：h1=t1=10.2=26m2、正常减速阶段减速阶段时

24、间：t3=9.4s减速阶段行程：h3=t3=9.4=25.9m3、爬行阶段爬行时间：t4=6.25s爬行距离：h4=2.5m4、抱闸停车时间t5=1s5、等速阶段等速阶段行程：h2=H-h1-h3-h4=277-26-25.9-2.5=222.6m等速阶段时间：t2=43.6s6、一次提升循环时间提升人员时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+60=130.5s提升物料时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.25+1+40=110.5提升矸石时：Tx=t1+t2+t3+t4+t5+=10.2+43.6+9.4+6.2

25、5+1+12=82.5s式中: 休止时间，提升人员时取60s,提升物料时取40s,提升矸石时取12s。（二）提升系统动力学计算1、提升系统总变位质量m=m+2mz+4PkLp+2mt+mj+md =2850+（4656+5800）+41.96602+22300+6500+5517 =34552kg式中：Lp提升钢丝绳全长Lp=602m（包括尾绳）。2、运动学计算（按平衡系统计算）（1）、主加速阶段开始时：F1=kmg+ma1=1.228509.8+345520.5=50792N终了时：F1=F1=50792N（2）、等速阶段开始时：F2=F1-ma1=50792-345520.50=33516

26、N终了时：F2=F2=33516N（3）、减速阶段开始时：F3=F2ma3=33516-345520.50=16240N终了时：F3=F3=16240N（4）、爬行阶段开始时：F4=F3+ma3=16240+345520.50=33516N终了时：F4=F4=33516N（三）最大班作业时间计算最大班作业时间见表最大班作业时间为2.2h,最大班下井人员时间为10.9分钟.符合要求。最大班作业时间平衡表 提升内容单 位数 量每次提升量每班提升次数每次提升时间（S）总需时间（S）下放人员人125305130.5652.5上提人员人63303130.5391.5提升材料和设备车20120110.52

27、210提升矸石车4014082.53300其它次1010130.51305合 计7859(s)，2.2(h)经计算所选副井提升设备在初期开采七2煤时,可满足副井辅助提升任务的要求。六、七2煤井下主要运输设备选型1、上仓斜巷设备选型设计依据：上仓巷斜长L=121m，倾角11，生产能力0.30Mt/a。经计算，选用一部SD-800型胶带输送机，运距L=121m，满足要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量Q=350t/h，带速V=2.0m/s，运距L=183m，配电机为矿用防爆电机N=55kW。胶带类型：PVG整编芯阻燃胶带。2、+0运输大巷设备选型设计依据：+0运输大巷长L=897m，其中

28、东翼运距L=293m,西翼运距L=604m,生产能力0.30Mt/a。经计算，西翼选用二部SD-800型胶带输送机,每部运距L=302m,满足要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量Q=300t/h，带速V=1.6m/s，配电机为矿用防爆电机N=75kW。胶带类型：PVG整编芯阻燃胶带。东翼选用一部SD-800型胶带输送机,每部运距L=293m,满足要求。主要技术参数：带宽 B=800mm，运量Q=300t/h，带速V=1.6m/s，配电机为矿用防爆电机N=55kW。胶带类型：PVG整编芯阻燃胶带。3、+0轨道大巷设备选型设计依据：+0轨道大巷长L=830m，主要用于运输物料、设备、矸石

29、。经计算，选用CXT-5型蓄电池电机车5台,该电机车主要技术参数为，黏着质量为5t，轨距600mm，牵引电动机型号为DZQB-7.5型，每台电机车一次牵引5辆矿车用于大巷物料、设备、矸石运输。4、轨道上山设备选型（1）设计依据：轨道上山斜长L=582m，平均倾角=24.4,主要用于提升物料、设备、矸石等。物料量10车/班、矸石量10车/班，其它10次/班，提升矸石一次串两辆矿车。（2）、设备选型、钢丝绳选择钢丝绳单位质量（按提升矸石）：PK=0.904kg/m式中：n串矿车数；m1、m2矿车载重量和自重；f1矿车运行摩擦阻力系数；f2钢丝绳移动阻力系数。据此选择18NAT+FC-67-1570

30、型钢丝绳，其主要技术参数为直径d=18mm，钢丝绳破断拉力总和Qq=190.5kN，单位质量PK=1.14kg/m，钢丝绳公称抗拉强度为1570Mpa。、钢丝绳安全系数校验按提升矸石ma=9.36.5满足要求、提升机选择最大静张力：Fjmax=ng（m1+m2）（sim+f1cos）+PkL（sim+f2cos）g=20584N滚筒直径：D60d=6018=1080mm据此选择JTPB1.61.2-30型矿用防爆提升绞车，其主要技术参数为最大静张力45000N，传动比i=30，滚筒直径D=1600mm，滚筒宽度B=1200mm，速度V=2.8m/s，配防爆电机，额定电压660V，额定功率160

31、kW。实际缠绳宽度(三层缠绕)：B=903mm1200mm经验算，滚筒宽度、所配电机均满足要求。5、轨道上山运送人员设备选择（1）、设计依据轨道上山斜长L=582m，平均倾角=24.4最大班升降人员80人。（2）、设备选择经计算轨上山人员运送设备选用RJHY55-22/1100型架空乘人装置，主要技术参数：运行速度0.96m/s,钢丝绳选用20NAT619+FC-1670型钢丝绳,驱动轮直径1400mm,迂回轮直径1360mm,最大输送率230人/h,乘坐间距10m,配电机为YB2-250M-6 660V 55kW防爆电机。自动控制系统选用KJD22/KXT25-15I型控制设备。6、运输上山

32、设备选择（1）、设计依据运输上山斜长L=550m，平均倾角=20.4。（2）、设备选择经计算运输上山选用一部SD-75S型下运胶带输送机。主要技术参数：带宽B=800mm，运量Q=300t/h，带速V=1.6m/s，运距L=550m，电机功率N=90kW。胶带类型PVG整编芯阻燃胶带。结束语通过近两个月的设计，我征集了大量资料，请教了许多业内人士，基上了解了煤矿生产矿井的提升系统的基构造和原理，对提升设备的选型和设计有了初步的了解，在这次过程中，许多领导和老师给予了我及大的帮助，使我能够在规定日期内完成我的设计，我在此向大家表示深深的感谢，并在以后的工作中，理论联系实际，用我的所知，所学，应用的实际工作中去，让自己的知识有所发挥，为矿山的快速发展作出我应有的一份贡献！ 王飞 二零一一年五月一日参考文献：1、 煤矿提升设备的改造 煤炭工业出版社 / 1988.82、 煤矿提升机的选型设计 编委会 中国机械知识出版社会2007年10月出版3、 新编煤矿常用机械设备选型设计实用手册顾文卿 中国矿业大学出版社4、