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1、第十章 斜井提升的选型计算,河北工程大学机电学院,第一节 概 述,对于煤层赋存较浅，表土层不厚以及水文地质情况简单的缓倾斜及倾斜煤层一般采用斜井开拓。有时，在平峒或竖井开拓的矿井中，深部水平延伸也采用暗斜井开拓方式。斜井提升方式有斜井串车，斜井箕斗及斜井胶带输送机提升等。斜井串车提升的特点：具有投资小和出煤快的优点。尤其在采用单钩提升时，井筒断面小，铺设轨道少，能节约投资。但因受提升速度限制(速度太大，容易掉道)，生产能力较低，还有钢丝绳磨损较快，井筒维护费用高等缺点。新井串车一般适用于中小型矿井，井筒倾角不大于25(因超过25，煤炭容易从矿车中撒出)。按钩头的数目，斜井串车有单钩与双钩之分。
2、单钩提升量小，电耗大，可用于多水平提升；双钩提升量大，电耗小，但不能用于多水平提升。当单钩能满足产量要求时，不采用双钧，一般小型矿井用单钩，中型矿井(年产量大于21万t)用双钩。,斜井箕斗提升的特点：具有提升速度大，生产能力较大，容器自重小以及装卸载自动化等优点。但需安设装卸载设备和煤仓，故投资多，设备安装时间长，此外，为了提升矸石、下放材料、升降设备和人员，需另设一套副井提升设备。一般年产量为45万t以上的中型矿井，倾角为2535时可采用箕斗提升。斜井箕斗提升多采用双钩系统。斜井胶带输送机提升的特点：具有连续运输，安全可靠及运输量大等优点。但初期投资多，设备安装时间较长，并需安设装卸载设备和
3、煤仓。井筒倾角一般不大于17的大型矿井、宜采用胶带输送机。煤炭工业设计规范规定年产量为180万t及以上的矿井不宜选用胶带输送机。但有的设计单位建议，只要技术经济条件合理，经过方案比较，可在年产量60万吨时选用胶带输送机。上述各种斜井提升设备中，由于串车提升设备简单、安装容易，所以使用比较广泛。,第二节 串车提升系统,一、平车场与甩车场斜井串车提升用的车场分平车场和甩车场两种。如图9-1所示，在双钩平车场上串车开始提升时，空串车由井口车场推车器用1m/s的低速向下推进，重串车也以相同的低速由井底车场重车线上提。当空串车与重串车全部进入井筒后，开始主加速阶段。在主加速阶段和等速阶段内串车走完井筒全
4、程。重车出井口后，提升机制动，矿车借惯性继续前进。此时，自动或手动把钢丝绳的钩头由重串车摘下井挂在空串车上，打开空车线上的阻车器，准备推车下放。空串车到井底车场进入空车线,摘挂钩后,也为下一循环做好准备.有时，提升速度较大，重串车不宜以此过高的速度在车场和地面运行，则需在井筒内减速。,如图9-2所示为单钩甩车场速度图。重串车沿井下重车道上提时，为了防止在弯道上掉道，应以1.5m/s的低速上提。待重串车进入井筒后，开始主加速阶段。重串车出井口前后开始减速，提过道岔A后停车。搬过道岔，提升机松闸，重串车反向下滑进入井上重车甩车道。摘挂钩后，提升机把空串车提过道岔A。搬过道岔，下放空串车到井底车场入
5、空车道。摘挂钩后，再开始下循环(双钩甩车场在地面上若仍向同侧甩车，需要用压绳道岔)。由上述情况看出，平车场内没有往返操作时间，如果运用得当，生产能力较大。但是平车场上需要阻车器和推车器等辅助设备，需要的工作人员也较多，过去工人要在重车前进时在车前摘钩，很不安全(现在大多改用自动摘钩装置)。在平车场上为了改善工人劳动条件、维护车场设备，应建井口棚。而在甩车场则不需要。,二、一次提升量的确定,(一)提升长度L采用甩车场时，(9-1)采用平车场时(9-2)式中 LD 井底甩车道长，即从井底至井底尾车停车点的距离。应根据设计出的甩车场长度及一次拉的矿车数而定，一般可取2535m；LB 从井口至栈桥尾车
6、停车点的距离，它近似地等于从井口至道岔A的距离。根据一次拉车数或由车场设计确定，一般可取2535m；Ls 井筒斜长，m。井口甩车道长LK是指从道岔A至重串车尾车停车点的距离，一般取为30m。,(二)速度图参数的确定,1最大提升速度vm煤矿安全规程规定斜井串车最大提升速度vm为：1)升降人员或用矿车升降物料时，vm5m/s；2)箕斗升降物料时，vm7m/s，当铺设固定道床，采用重型钢轨时，vm9m/s。根据此项规定，结合设计条件应首先预选提升机，确定提升机的速度为vm。2初始加速度a00.3m/s2。3车场内速度v0甩车场v01.5m/s；平车场v01m/s。,4加速度a1和减速度a3煤矿安全规
7、程规定：升降人员时，a1和a3都不得超过0.5m/s2，对物料提升的a1和a3没有限制。一般可用0.5m/s2，也可稍大一些。但要考虑自然加速度与自然减速度的问题。5摘挂钩时间1甩车场120s；平车场125s。6电动机换向时间25s。,(二)速度图参数的确定,(三)一次提升循环时间Tx,1速度图各阶段运行时间及路程计算以单钩甩车场为例进行计算。串车在井底车场运行阶段：初加速时间t1为(9-3)初加速行程L1为(9-4)等速阶段行程L2为(9-5)等速阶段运行时间t2为(9-6)总运行时间tD为：,串车在提出车场后的主加速阶段：运行时间t3为(9-7)行程L3为(9-8),主减速运行阶段：运行时
8、间t5为(9-9)运行行程L5为(9-10),等速运行阶段：运行行程L4为(9-11)运行时间t4为(9-12),井口甩车运行阶段：加速时间t6与减速时间t8为(9-13)加速行程L6与减速行程L8为(9-14)等速行程L7为(9-15)等速运行时间t7为(9-16)井口甩车运行时间tk为(9-17),2一次提升循环时间Tx的确定甩车场单钩串车提升一次循环时间Tx为(9-18)同样方法可求出甩车场双钩串车提升一次循环时间Tx为(9-19)平车场双钩串车提升一次循环时间Tx为(9-20),(四)一次提升量和矿车数的确定,1根据矿井年产量要求计算1)小时提升量Ax：(9-21)式中 C 提升不均衡
9、系数。有井底煤仓时，Cl.101.15；无井底煤仓时，Cl.20；当矿井有两套提升设备时，C1.15；只有一套提升设备时，C1.25；af 提升能力富裕系数，对于第一水平af1.20；A 矿井年产量t/a；br 年工作日数；t 日工作小时数。,2)一次提升量Q(9-22)3)一次提升矿车数z1(9-23)(9-24)式中 装载系数。倾角为20以下时，1；倾角为2125时，0.950.9；倾角为2530时，0.850.8；煤的散集密度，t/m3；Vc 矿车容积，m3；G 矿车中货载质量，t。计算出的z1值如果不是整数，应圆整为较大整数。,2根据连接器强度计算矿车数矿车沿倾角为的轨道提升时，z2辆
10、矿车的总阻力由串车最前面的连接器来承担，因连接器强度有限，所拉的矿车数就要受到限制。连接器的强度（最大牵引力）一般为58800N。z2辆矿车提升时总阻力与连接器强度的关系为(9-25)则(9-26)式中 G 矿车中货载质量，kg；G0 矿车质量，kg；g 重力加速度，m/s2；矿车运行阻力系数，一般可采用0.010.015。,若计算出的z2值不是整数，应圆整为较小整数。若z1z2，则可按z1确定矿车数z；若z1z2，即连接器强度不够，此时应提高提升速度，以保证产量要求。如果提升速度无法再提高，则说明这种提升方式已无法满足矿井生产要求，故应改变提升方式。,三、钢丝绳的选择计算,由图9-3可见，钢
11、丝绳的最大静张力发生在钢绳天轮的切点C。钢丝绳长度Lc为：(9-27),LT 从道岔A中心至首车停车点的斜长，它与提升串车数有关，一般按1.5串车长计算；Lg 过卷斜长，与竖井单绳缠绕式相同；Rt 天轮半径，m；Lch 串车长，m；(9-28),钢丝绳最大静张力Qmax(9-29)式中 p 钢丝绳每米质量，kg/m；钢丝绳运行阻力系数，与钢绳支承情况有关。钢丝绳全部支承在地滚上，取=0.150.20；钢丝绳局部支承在地滚上，取=0.250.40；钢丝绳全部在底板或枕木上拖动时，取=0.40.6；g 重力加速度，m/s2；,按竖井计算钢丝绳的方法，可求得钢丝绳的每米质量p为(9-30)式中 B
12、钢丝绳公称抗拉强度，Pa；ma 钢丝绳安全系数，同竖井；0 钢丝绳密度，kg/m3。根据（9-30）式的计算值，从钢丝绳规格表中选标准钢丝绳，并按下式验算安全系数：(9-31)式中 Qq 钢丝破断拉力总和，N。斜井提升一般选用6股7丝交互捻钢丝绳，因为这种钢丝绳的钢丝较粗，耐磨。当有面接触钢丝绳供应时，应优先选用。,四、提升机选择计算,卷筒直径及卷筒宽度计算参看第七章第四节。当选用绳6（7）型钢丝绳时，若仍按钢丝直径的1200倍计算卷筒直径，则卷筒直径很大，这是很不经济的。为此，有时需请上级主管机关批准，仅按钢丝绳直径的80倍（井下可按60倍）的要求选用卷筒直径。提升机强度验算如下：从提升机规
13、格表中查出最大静张力Fj，它应不小于提升机实际最大静张力，即(9-32)从提升机规格表中查出最大静张力差Fc，它就不小于提升机实际最大静张力差，即(9-33)式（9-33）等号右边第三项表示下放侧空串车作用于钢丝绳上的张力。,五、提升机与井筒的相对位置,(一)天轮天轮分为固定天轮与游动天轮。固定天轮工作可靠，维护量小，但由于钢丝绳偏角必须保证不超过130，故使提升机至天轮距离较远。游动天轮的优点是，在允许的钢丝绳偏角下，可缩短提升机至天轮的距离，从而减少地面广场占用面积，若用于井下，可减少巷道开拓量。此外，由于提升机至天轮距离缩短，钢丝绳的垂度小，故克服了由于钢绳垂度过大而使车场侧摘挂钩困难。
14、但游动天轮的维护量大，工作可靠性差。一般在井下或小型斜井可选用游动天轮。天轮直径D与钢丝绳直径d有关。,1固定天轮直径 井上，(9-34)井下，(9-35)由于斜井提升钢丝绳在天轮上的围包角较小，故在设计中井上天轮直径也可以按60d选用。2游动天轮直径为了使游动天轮容易游动，当钢丝绳在天轮上围包角小于60时，煤炭工业设计规范建议按下式选择天轮直径(9-36),(二)井架高度Hj,斜井井架高度根据总平面布置的要求来确定。1斜井甩车场(图9-4)井架高度Hj为(9-37)式中 根据井口车场设计的栈桥倾角，一般为812；l 井口至钢丝绳与天轮接触点斜长，应由车场设计要求而定，也可由下式计算(9-38
15、),2斜井平车场(图9-5)井架高度Hj为(9-37)式中 L 井口至天轮中心的水平距离，根据车场设计来确定，m；钢丝绳的牵引角，为使矿车在变坡点不掉道，910。双钩提升时，需使矿车通过钢丝绳底部之处钢丝绳距地面高度不小于2.5m。,(三)钢丝绳弦长(参看图9-5),为了减少钢丝绳与天轮边缘的磨损，以及为了减少钢丝绳在卷筒上缠绕时因咬绳而产生的磨损，煤矿安全规程规定：外偏角1和内偏角2均不得大于130；多层缠绕时，内偏角2 不应大于115。由于偏角的限制，可计算出最小弦长Lxmin。,1固定天轮最小弦长单钩提升，(9-40)双钩提升，按外偏角计算(9-41)按内偏角计算(9-42)式中 B 卷
16、筒宽度，m；a 两卷筒间距离，m；S 两天轮间水平距离，m。双钩提升，按内、外偏角计算后，应取其中大者作为最小弦长。,2游动天轮最小弦长(图9-6)单钩提升，(9-43)双钩提升，按外偏角计算(9-44)按内偏角计算(9-45)式中 Y 游动天轮移动距离，Y1m左右。双钩提升，按内、外偏角计算后应取其中大者作为最小弦长。上述最小弦长计算均为多层缠绕时的计算方法，若为单层缠绕，可参看本篇第七章第六节。,(四)提升机卷筒中心至天轮中心的水平距离Ls,(9-46)式中 C0 提升机卷筒中心至地面高度，一般可取为0.5m。将Ls圆整为接近大整数，然后再求实际弦长：(9-47)对于斜井，因井架较低(尤其
17、是游动天轮的井架)，所以求出最小弦长后就圆整为整数，并作为水平距离Ls，再求出实际弦长Lx。弦长一般不应超过60m，因超过60m，绳弦易引起振动，严重时会使绳从天轮中跳出，另外，由钢丝绳自重引起的垂度过大，使得车场一侧摘挂钩十分困难。若绳弦大于60m时，应在适当地点上设托绳辊。,(五)计算偏角,1固定天轮1)单钩提升(9-48)2)双钩提升外偏角：(9-49)内偏角：(9-50),2游动天轮1)单钩提升(9-51)2)双钩提升外偏角：(9-52)内偏角：(9-53),(六)计算下出绳角,与竖井计算方法同。参看本篇第七章第六节。根据上述所计算的相对位置的有关数值，可以绘出相对位置图。,六、预选电
18、动机,在进行动力学计算之前确定电动机功率时，可按下式估算。单钩提升，电动机功率N为(9-54)双钩提升，电动机功率N为(9-55)式中 Fj、Fc 分别为最大静张力及最大静张力差的计算值，N；k 功率备用系数，主提升设备k=1.1；传动效率，单级传动为0.92；两级传动为0.85；根据计算出的功率值、电动机的旋转速度及电压等级在电动机规格表中选取电动机。,七、斜井串车提升动力学计算,(一)提升系统的变位质量参看本篇第七章第九节。(二)加减速度的验算煤矿安全规程对物料提升的加、减速度没有限制。一般可用0.5m/s2。但需按自然加、减速度进行验算。,1自然加速度验算空串车在斜井中下放时，受到其重力
19、沿斜面分力的作用。所以它的自然加速度是由斜面上分力与摩擦阻力（即下放端钢丝绳静张力）作用形成的。自然加速度a1z按下式计算(9-56)式中 Fx 下放端钢丝绳的静张力，N，(9-57)mx 下放端钢丝绳的变位质量，它包括空串车质量及天轮的变位质量，kg，(9-58)Gr 天轮的变位质量，kg。,(9-59)如果提升机的加速度大于空串车的自然加速度，那么空串车下放得慢，提升机向外放绳放得快。这时一部分钢丝绳松弛垂在地面上。等到提升机加速完毕开始等速运转后，空串车继续加速。直到空串车速度超过提升机速度，才能把钢丝绳拉紧。此时空串车的速度可能比提升机的大得多。钢丝绳受到一个很大的冲击载荷，可能被拉断
20、。当空串车下放时，提升机的加速度不可大于空串车的自然加速度。,2自然减速度验算斜井提升的减速度也不能太大。如果提升机急剧刹车，上升的重串车不能相应地及时停止。势必有一部分钢丝绳落在重串车前面，或落在轨道上。结果，钢丝绳会被压坏，重串车也会掉道。更严重的情况是，提升机停止后，重串车仍向上运行一段距离。此时钢丝绳呈松弛状态。因为重串车无物支承，它必定要反向下滑。借自然加速度下滑到再一次把钢丝绳拉紧。若此时速度较大，钢丝绳将受到很大的冲击，可能把钢丝绳或连接装置等拉断。所以，提升机的减速度必须小于上升重串车的自然减速度。重串车的自然减速度a3z为(9-60)式中 Fs 上升端钢丝绳的静张力，N，(9
21、-61)ms 上升端钢丝绳的变位质量，kg，(9-62),(9-63)当倾角6时，自然加速度和自然减速度均大于0.7m/s2。显然，对于坡度稍大的矿井，提升正常运转中，自然加速度及自然减速度的影响是不大的。但是，安全制动时，却要因此限制减速度。煤矿安全规程对30以下坡度提升重载时，安全制动减速度的限制，就是根据自然减速度规定的。,3斜井串车动力学计算,动力学计算是计算提升过程中某一运行阶段的某一瞬间提升机受力的大小。提升机受力分为静阻力和惯性力。首先研究静阻力。当重中车上升x，m时，上升侧钢丝绳的静张力Fs为(9-64)此时，提升机下放侧钢丝绳的静张力Fx为；(9-65)式中 i 串车及钢丝绳
22、运行至某处的倾角；x 串车已行驶的距离，m。,双钩提升时，提升机的静阻力即为两绳静张力差，即(9-66)故双钩提升时，提升机的拖动力F为(9-67)单钩提升时，静阻力仅为一根绳的张力。提升系统的总变位质量也因为提煤重串车或为下放空串车而异。单钩提升时，上提重串车的前半循环的拖动力F为(9-68)式中 ms 上提重串车时系统的总变位质量，kg。,下放空串车的后半循环的拖动力F为(9-69)式中 mx 下放空串车时系统的总变位质量，kg。斜井串车提升的力图可按上述诸式计算。计算时要考虑斜井坡度的变化。平车场提升，要考虑井底车场与井口车场坡度的变化。甩车场提升要考虑井底车场、井口栈桥及甩车道上坡度的
23、变化。为了简化计算可以先计算各坡度变化点相应的静阻力，然后在有速度变化的阶段上加上惯性力。,第三节 斜井箕斗提升的特点,斜井提升多用后壁卸载式箕斗。其技术规格见表6-6。关于箕斗用的钢丝绳、提升机及天轮的计算，与串车提升计算相同。井架斜长Lj为(9-70)式中 Lx 箕斗卸载点至井口距离，m；Lr 箕斗总长度，m；Lg 过卷长度，m；Rt 天轮半径，m。,井架高度Hj为(9-71)式中 井架上基本轨道倾角，一般与井筒倾角相同。两天轮间距离S取与井筒中轨道中心距相等，即(9-72)式中 b 箕斗的最突出部分宽度，mm。提升机侧的弦长、偏角及出绳角等的计算同串车计算。斜井箕斗速度图与竖井箕斗的相似
24、，仅卸载曲轨内行程较长；因受煤矿安全规程的限制，最大提升速度较低。,斜井箕斗力图计算时要考虑容器自重的不平衡现象，因为空箕斗在卸载曲轨上时，一部分箕斗自重由曲轨承担，故造成两箕斗自重不平衡。空箕斗尚未出曲轨，初加速阶段开始时的拖动力F0为(9-73)式中 Fs 上升侧钢丝绳的静张力，N；Fx 下放侧钢丝绳的静张力，N；m 提升系统的总变位质量，kg；a0 箕斗在曲轨中运行时的初加速度，m/s2；k 矿井阻力系数，考虑空气阻力、天轮及轴承等阻力，一般k=1.1；Q 箕斗一次提升量，kg；Qz 箕斗质量，kg；0 装载处倾角；p 钢丝绳每米质量，kg/m；g 重力加速度，m/s2；L 提升长度，m；箕斗的运行阻力系数；钢丝绳运行阻力系数；井筒倾角；1 卸载处倾角；箕斗失重系数，底卸式箕斗0.530.65。空箕斗出曲轨后，0。其拖动力的计算方法参阅有关设计参考资料。,谢 谢！,下一章,
