提升系統設計
作者：張頂柱
2009-05-25 09:09
來源：www.ychlsm.com
張頂柱 礦建公司工程科
內容摘要：以內蒙古黑城子煤礦風井二期工程提絞改裝為例，介紹建井期間二期工程提絞改裝的工程提升系統設計。主要包括提升容器的選型；主提升鋼絲繩選型與計算；主提升天輪的選型；提升絞車的選型與計算；防墜器制動繩選擇與計算；提升能力計算等等。
關鍵詞：建井 提絞改裝 提升系統 設計
引 言
黑城子煤田位于內蒙古自治區錫林郭勒盟西南部,位于正藍旗的西南角行政區劃隸屬于正藍旗黑城子鎮管轄。本井田北距旗政府上都鎮30km，上都鎮北距錫林浩特市210 km。
礦井設計生產能力3.00Mt/a，服務年限70.5a。礦井采用立井+集中上山（暗斜井）開拓方式。井口設計標高＋1342m。井底車場水平標高＋850m，在工業場地內布置主、副、風三個井筒。
主井井筒凈直徑Φ5.5米，副井井筒凈直徑Φ7.0米，風井井筒凈直徑Φ6.5米，現風井井筒已經到底，馬頭門兩側距離已經拉開。提升方式由原來的立井吊桶提升改為平巷礦車罐籠提升。決定先在風井進行臨時提絞改裝。
臨時提絞改裝提升系統設計
一、提升容器選擇
風井井筒凈直徑Φ6.5米，井筒深度492米。采用雙罐籠提升方式。根據井筒直徑及罐籠平面尺寸只能選用單繩單層1噸礦車二車罐籠。罐籠突出部分距井壁間距450mm（見井筒布置圖），大于煤礦安全規程規定350mm，所選罐籠安全。其技術特征如下：
1、罐籠外形尺寸：4660×1312×5960 mm
2、有效面積： 4.88 ㎡
3、額定乘人數： 27 人
4、剛性罐道間距： 1158 mm
5、鋼絲繩罐道平面尺寸： 3800×1232 mm
6、罐籠自重： 3730 kg
7、防墜器型號： BF—112
8、防墜器重量： ≈ 700 kg
二、主提升鋼絲繩選擇
1、主提升鋼絲繩繩端載荷重:
罐籠整體重 3730＋700=4430 kg
礦車自重 2×600=1200 kg
矸石比重取 2600 ㎏/m³ 松散系數取 1.8 裝滿系數取 0.9
車內矸石重 2×1.1×0.9×2600/1.8=2860 ㎏
提人時每人按75㎏考慮，提人時罐籠內總人重 27×75=2025 ㎏
提矸石時主提升鋼絲繩繩端載荷Q1=4430＋1200＋2860=8690 ㎏
提人時主提升鋼絲繩繩端載荷Q2=4430＋2025=6455 ㎏
2、主提升鋼絲繩計算：
（1）計算每米鋼絲繩重量：
PS =
公式中：
—鋼絲破斷應力 =177㎏/㎜
ma—規定安全系數 m=7.5
H1—提升高度 H1=492 m
H2—井口至天輪切點高度 H2=27 m
H0—鋼絲繩懸垂高度 H0=H1+H2=492+27=519m
K—提升阻力系數 K=1.15
代入式中:
PS= =4.8㎏/m
查《鋼絲繩手冊》及現場實際情況選用鋼絲繩型號為：
18×7+FC—36—1770 其每米標準重量 PSB = 5.05㎏/m，大于計算所得主提升鋼絲繩每米重量PS = 4.8㎏/m。鋼絲繩鋼絲破斷力總和：P=75200×1.283=96481㎏ 。
（2）、核算所選鋼絲繩安全系數：
根據計算安全系數公式：
≥ma
提矸石時安全系數：
=7.65≥7.5
提矸石時鋼絲繩計算安全系數大于規定安全系數，所以提矸石時所選鋼絲繩安全。
升降人員時安全系數：
=9.61≥9
升降人員時鋼絲繩計算安全系數大于規定安全系數，所以升降人員時所選鋼絲繩安全。
三、提升天輪選擇
根據《建井工程手冊》天輪選擇原則，立井提升時提升天輪的鋼絲繩圍抱角大于90°，所以所選天輪直徑與鋼絲繩直徑的比值不應小于60倍。所選鋼絲繩直徑為36mm，天輪直徑D≥36×60=2100mm 。根據《建井工程手冊》選擇天輪型號為：TXG ，其技術特征為：
1、公稱直徑： 2500 mm
2、適用鋼絲繩直徑： 35～36.5 mm
3、鋼絲繩鋼絲破斷力總和； 101500 ㎏
四、提升絞車選擇
在充分考慮經濟條件下，改裝用的提升絞車仍繼續使用原井筒施工用的2JK—3/11.5型絞車，其主要技術特征為：
1、絞車允許的鋼絲繩最大靜張力：Fj =13000 kg
2、鋼絲繩最大靜張力差： Fch = 8000 kg
3、繩速：6.6 m/s
4、電動機功率：800 kw
5、兩卷筒中心距：1628 mm
（一）、核算絞車強度：
1、最大靜張力：Fj ≥
=12851<13000 ㎏
2、最大靜張力差：Fch ≥
=6146<8000 ㎏
經過計算所用的2JK—3/11.5型絞車強度安全。
（二）、電動機功率估算：
由井筒布置圖看出井筒內布置兩臺罐籠，所以屬于雙鉤提升。根據雙鉤提升電動機功率計算公式：
公式中： — 提升機最大提升速度 =6.6 m/s
— 傳動效率 =0.85
— 動力系數 =1.3
K—提升阻力系數 K=1.15
代入式中：
=700 kw
估算絞車電動功率為700千瓦小于絞車電動機功率800千瓦。綜上所述選用2JK—3/11.5型絞車安全。
（三）核算絞車位置：
在井筒施工期間絞車位置已經固定，絞車主軸中心線距井筒中心線水平距離為L=50m。
1、計算纏繩偏角：
提升天輪軸中心距絞車主軸中心線水平距離：
C=L-R1=50-1.25=48.75m 式中：R1天輪半徑
井架天輪平臺高度：H=26.3m
天輪軸高：
h1=1.06+0.24=1.3m
式中： 1.06m為天輪梁高
0.24m為軸承座高
天輪最高點高度：
h= h1+R1=1.3+1.25=2.55m
H2=H+h=26.3+2.55=28.85m
絞車卷筒出繩點至天輪入繩點高度：H1=H2-h2-R2
式中： h2主軸至地面高度取1.0m
R2絞車卷筒半徑1.5m
H1=28.85-1.0-1.5=26.35m
鋼絲繩出繩弦長
纏繩外偏角正切：tg
=0.01289
∠ =0.739°＜1°30′安全
0°44′20″＜1°30′
式中：a絞車雙卷筒中心距離見絞車圈 a=1.628m
b卷筒寬度 b=1.5m
0.85見井筒布置圖提升中心距
纏繩內偏角正切：tg
∠ =0.813°＜1°30′安全
0°48′47″＜1°30′
經過計算絞車位置符合提升要求。
五、罐道鋼絲繩選擇：
由井筒布置圖看出，兩套罐籠共設八根鋼絲繩罐道。由于采用重錘懸吊方式，罐道鋼絲繩張力取自設在井口的重錘張緊裝置。
1、罐道鋼絲繩張緊力計算：
鋼絲繩懸垂高度 L=492+6.5+27=525.5 m
式中： 6.5 m 井底固定梁安裝深度
27 m 井口至井架天輪處高度
按《建井工程手冊》得每百米罐道繩張緊力0.8——1.2 t ，取1000kg
F=525.5×1000=5255 取5500 kg
2、每米罐道鋼絲繩重量計算：
式中： —鋼絲破斷應力 =167㎏/㎜
m—規定安全系數 m=6
L—鋼絲繩懸垂長度 L=525.4 m
g= =2.29㎏/m
查《鋼絲繩手冊》選用鋼絲繩 6×19+FC—30—1670 其g=3.11㎏/m，
鋼絲繩鋼絲破斷力總和：P=46100×1.197=55181 ㎏。
3、罐道繩最小間距計算：
B=0.2+H/3000+0.1=0.2+492/3000+0.1=0.464m
H=492 m 0.1為兩側突出部分尺寸
取 B=468 mm
1、 核算安全系數:
m= =7.73 6 安全。
5、核算剛度系數：
式中：
安全。
通過計算所選6×19+FC—30—1670型罐道繩安全。
六、防墜器制動繩選擇
所選罐籠每只設有一套防墜器，采用對角抓捕鋼絲繩制動方式。根據現場設備條件。利用原有18×7+FC-30-1670型鋼絲繩作為防墜器制動繩。
1、防墜制動鋼絲繩驗算：
鋼絲繩承受罐籠最大動載荷為：
式中： —鋼絲繩始端最大負荷 =8690kg
a —制動減速度 ： a=6 /r-1
r —鋼絲繩最大負荷與最小負荷之比值： r=Qm/Qh
Qh—鋼絲繩最小終端負荷： Q=4430+80=4510kg
a=6/1.927-1=6.472
代入式中： kg
2、驗算鋼絲繩安全系數：
根據《煤礦安全規程》第四百條表7的規定，防墜器的制動繩和緩沖繩的安全系數值為3。
查18×7+FC-30-1670鋼絲繩鋼絲破斷力總和為：
Q=49200×1.283=63124kg
每米鋼絲繩標準重量ｇ=3.51kg/m
計算安全系數： 安全。
七、核算罐籠提升生產能力
1、罐籠理論提升能力計算：
一次提升循環時間：
T= +
式中：
V —提升絞車最大繩速 V =6.6m/s
a —提升加（減）速度 a=0.5 m/s
L —提升高度 L=502-10=492m
h —等速運行距離 h =492-2h
h —加（減）速段運行距離
h =a V =0.5 × 6.6× =43.56m
h =492-2×43.56=405m
—休止時間 =30 s
代入式中：
T=2 + =118s
一小時提升m³量: A=
式中: Z 一次提車數 Z=2
0.9 礦車裝面系數
礦車容積 =1.1m
K 不平均衡系數 K=1.2
代入式中: A=
=50.34m n
按日提升按18小時計：日提升m³量 18×50.34=906m³。
通過以上計算，證明本次提交改裝提升系統設計符合提升要求，各提絞設備均安全可靠。
參考文獻：
1、《煤礦安全規程》2004年11月，煤炭工業出版社；
2、王介鋒《鑿井工程圖冊》1988年12月，煤炭工業出版社；
3、沈季良《建井工程手冊》1984年3月，煤炭工業出版社；
4、崔云龍《簡明建井工程手冊》2003年1月，煤炭工業出版社；
5、鋼絲繩GB／T 8918-1996；
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