煤矿主提升绞车选型设计.doc

X X 煤 矿
主
绞
车
选
型
设
计

目 录
一、xxx煤矿概况 1
二、矿井原主提升系统简介 2
三、主绞车选型设计 2
（一）、新主提升系统概况 2
（二）、设计计算的依据 3
（三）、一次提升量和车组中矿车数的确定 3
（四）、提升钢丝绳的选择和 4
（五）、主绞车的选型计算 7
（六）、绞车电机功率计算 9
四、结论及存在的问题 10
（一）、结论 10
（二）、设计存在的问题 10

一、xxx煤矿概况
xxx煤矿由恩施土家族苗族自治洲设计，最初生产能力为30kt/a, 2006年开始实施“三改六”改（扩）建工程， 2008年3月，经省安监局、经信委组织“三同时”和主体工程的验收合格，成为“六证”齐全的合法矿井，现实际生产能力为60kt/a 。
xxx煤矿由恩施土家族苗族自治洲设计，最初生产能力为30kt/a, 2006年开始实施“三改六”改（扩）建工程， 2008年3月，经省安监局、经信委组织“三同时”和主体工程的验收合格，成为“六证”齐全的合法矿井，现实际生产能力为60kt/a 。
矿井开采的煤层为极薄煤层，煤层厚度平均0.6m,矿井井田面积2.7372平方公里，资源保有储量162.9万吨，尚有可采储量109万吨，矿井服务年限12年以上。采用斜井开拓，现有一对井筒（即主斜井、回风斜井）。主井井口标高为+112.5m，落底标高-1m，坡度25度，斜长300米。主井承担矿井提升、放料和运送人员任务，主井提升方式为斜井串车提升。风井井口标高为+113，落底标高+3m，坡度35度，斜长190米。风井承担矿井通风任务，采用中央并列抽出式通风方式，采用FBCDZ-6-No13型煤矿地面用防爆对旋抽出式轴流通风机二台通风。
井下分为二个采区，即Ⅰ采区和Ⅱ采区。两个采区目前均为下山开采。Ⅰ采区主轨道下山斜长800米，采用1.6米绞车提升，目前开采水平为-1水平；Ⅱ采区轨道下山斜长480米，目前开采水平为-86水平。采煤工作面采用煤电钻打眼，爆破落煤，人工攉煤，SGW-17可弯曲刮板输送机运煤、采用DW系列单体液压支柱支护、采用全部陷落法管理顶板。掘进工作面采用煤电钻及凿岩机打眼，爆破落岩（煤），采用锚杆、锚网（喷）支护。井下平巷运输均采用电机车或防爆柴油机车运输。
二、矿井原主提升系统简介
xxx煤矿主斜井斜长300米，坡度25°。主绞车房在距井口30米处。提升时，矿车在出井口后，经过约30米的平道，然后向井口方向过岔道，进入地面车场，到煤场和矸石场。下放矿车时，必须先连接好矿车，挂好钩，人力推到井口，再下放。在实际生产中，这种操作方式，容易因误操作（连环未连好或挂钩未挂好）而造成斜井跑车事故；同时，井口运输工的体力强度较大，换车时间较长，因此，对安全、生产都存在一定的影响。

xxx煤矿原主提升系统示意图
矿井投产初期，根据初步设计，主提升绞车选用JT1200×1000-24型绞车，配75kw电动机，钢丝绳选6×19-15-200-I-光-交右互捻钢丝绳，设计二班作业，每天净提升时间为14小时。在实际生产过程中，由于提升时间达不到14小时，同时井下矸石提升量较大，导致运输能力跟不上，运输紧张。
为保证安全生产，决定对提升系统进行改进，重新施工绞车房，对主绞车进行重新选型更换。
三、主绞车选型设计
（一）、新主提升系统概况

xxx煤矿新主提升系统示意图
xxx煤矿的新主提升系统，将原主绞车房后移，距井口约100米。原井口30米平道改为50米斜坡。提升时，矿车在出井口后，由主绞车继续牵引在斜坡上运行，行过岔道后，由主绞车牵引下放，经岔道进入地面车场，到煤场和矸石场。下放矿车时，先在平车场连接好矿车，挂好钩，由主绞车牵引空车、材料车至50米斜坡，行过岔道后，直接下放。在实际生产中，这种操作方式，能够有效的防止因误操作（连环未连好或挂钩未挂好）而造成斜井跑车事故；同时，井口运输工的体力强度较小，换车时间较短。
（二）、设计计算的依据
1、年生产量AN＝60000t/a,矸石率25%。
2、主井倾角：β=25°
3、主井斜长300m，根据新主绞车房的位置，实际提升斜长为Lt＝350m。
4、工作制度：年工作日=300天，二班作业，每天净提升时间t＝12小时。
5、提升不均衡系数：C=1.25 (有井底煤仓时C=1.1～1.15，无井底煤仓时C=1.2；矿井有两套提升设备时C=1.15，只有一套提升设备时C=1.25)。
6、xxx煤矿提煤与矸时，选用1.0m3U型侧翻式矿车。
矿车自身质量：=600kg；
矿车载煤量：=1000kg；
矿车载矸石量：=1500kg。
7、采用XRC－15型斜井人车2辆运送人员，
载人重量＝2250kg（30人×75kg/人）；
人车自重＝3212kg。
（三）、一次提升量和车组中矿车数的确定
初步确定最大提升速度，根据《煤矿安全规程》规定：倾斜井巷内升降人员或用矿车升降货物时，≤5m/s，目前国产单绳缠绕式提升初步确定最大提升速度。本设计初步确定最大提升速度=3.8m/s 。
1、每次提升的持续时间计算
正常加速时段取10s，正常减速时段取10s，爬行及抱闸停车时间取5s，停车换车时间取100s,
434.1 (s)
2、一次提升量的确定
3.77 (t)
式中 ——提升富裕能力，取1.2。
3、计算一次提升矿车数
3.77 （辆）
则取矿车数为4辆。
（四）、提升钢丝绳的选择和
1、选择计算方法
钢丝绳是矿井设备的重要组成部分，它关系到提升设备的安全可靠地运行；也是矿山钢材消耗量较大的项目之一。正确地选择钢丝绳，不仅有助于矿井的安全生产，而且将可以节约大量的优质钢材。生产矿井几十年来的实践以及国外的经验证明，必须根据不同的工作条件，相应选用不同结构的钢丝绳，才能去得较好的经济效果。斜井提升钢丝绳的磨损是影响钢丝绳寿命的主要因素，因此钢丝绳直径相同时，组成的钢丝直径较粗，将具有较高的使用寿命。
钢丝绳在工作时受多种动、静应力的作用，如弯曲应力、扭转应力，接触应力及挤压应力等，这些应力的反复作用将导致疲劳破断，这是钢丝绳损坏的主要原因；另外磨损及锈蚀将加速损坏。因此综合反映上述应力的疲劳计算是一个较复杂的问题，虽然国内外在这方面作了大量的研究工作，取得了一些成就，但是由于钢丝绳的结构复杂，影响因素较多，强度计算理论尚未完善，一些计算公式还不能确切地反映真正的应力情况。因此，目前我国矿用钢丝绳的强度计算仍按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。
2、计算选择钢丝绳
由于斜井筒倾角小于90°，作用在钢丝绳上的最大静张力是由重车组、钢丝绳的重力和摩擦阻力组成。下图为斜井单绳提升钢丝绳计算示意图。由图可知，钢丝绳最大静载荷是在A点。
β
β
β
斜井钢丝绳计算图

作用在A点的井筒方向的分力包括：
重串车的重力分力
重串车的摩擦阻力
钢丝绳的分力
钢丝绳的摩擦阻力
按钢丝绳承受的最大静负荷并考虑一定的安全系数，可得出下式

每米钢丝绳质量为

（kg/m）
式中 ——钢丝绳由A点至串车尾车在井下停车点之间的斜长，m；钢丝绳悬垂长度350米；
——矿车运行摩擦阻力系数，矿车为滚动轴承时取=0.015，为滑动轴承时取=0.02；
——钢丝绳沿托辊和底板移动阻力系数，钢丝绳全部支承在托辊上时取=0.15～0.20，局部支承在托辊上时取=0.25～0.40；
g——重力加速度，10；
——钢丝绳安全系数。单绳缠绕式提升设备所用新钢丝绳安全系数：
1）专为升降人员 ma≮9；
2）升降人员和物料 升降人员或混合提升时 ma≮9；
3）升降物料时 ma≮7.5；
4）专为升降物料 ma≮6.5；
S——为钢丝绳所有钢丝断面积之和(单位m2)；
为解式，需找出和S的关系：

式中ρ0——钢丝绳密度，kg/m3，取5000。
——钢丝绳公称抗拉强度，。一般以选用1550～1700为宜，本计算取1600。
根据上式计算的数据，查钢丝绳规格表选择标准钢丝绳。斜井提升一般选6股7丝标准钢丝绳，因为这种钢丝绳的钢丝较粗、耐磨。若有面接触钢丝绳供应时，也应尽量先选用。此设计选用的钢丝绳。全部钢丝绳破断力总和=29100kg，d=21.5mm，=1.7kg/m。
3、钢丝绳安全系数验算
选择后，按下式验算钢丝绳安全系数。
（1）、提升煤、矸及物料时安全系数验算
绳端最大载荷（以矸石计算）
=
=4(1500+600)(sin25°+0.015×cos25°)+1.7×350(sin25°+0.2×cos25°)=3699.2 (kg)
安全系数 ＝＝7.87＞6.5。
式中 ——所选择准钢丝绳的钢丝破断拉力总和，kg。
（2）运送人员时
绳端最大载荷
=
＝（3212+2250）(sin25°+0.015×cos25°)+1.7×350(sin25°+0.2×cos25°)＝2524.0 (kg)
安全系数 ＝＝11.5＞9
4、结论
计算和验算表明，选用钢丝绳，符合安全生产需要，是正确的。
（五）、主绞车的选型计算
1、主绞车滚筒直径的确定
提升机滚筒直径，是计算选择提升机的主要技术数据。选择滚筒直径的原则是钢丝绳在滚筒上缠绕时不产生过大的弯曲应力以保证其承载能力和寿命。根据《煤矿安全规程》有关规定，结合xxx煤矿实际情况，主绞车滚筒直径必须满足下式：
≥60d
式中 ——滚筒直径，mm；
d——钢丝绳直径，mm。
则本设计中滚筒直径为：
≥60d＝60×21.5＝1290mm
根据计算，选用JTP-1.6×1.2型单筒提升机：滚筒直径=1.6m；滚筒宽度B=1.2m；钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力=42KN（载人31KN）； =3.8m/s 。
2、绞车滚筒缠绳宽度确定
滚筒宽度应容纳以下几部分长度的钢丝绳。
（1）提升斜长；
（2）钢丝绳试验长度，《煤矿安全规程》规定，升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳，自悬挂起每隔六个一月试验一次；专门升降物料用的钢丝绳，自悬挂起经过一年进行一次试验，以后每隔六个月试验一次，试验时每次剁掉5米。根据xxx煤矿的实际情况，每根钢丝绳的使用时间一般为三至四个月，为确保安全，期间试验一次，则试验绳长为5米。
（3）滚筒表面应保留三圈绳不动（称摩擦圈），以减轻绳与滚筒固定处的拉力。
（4）多层缠绕时，上层到下层段钢丝绳每季需错动四分之一圈，根据绳子的使用年限，一般取错动圈2～4圈。
（5）缠绕在滚筒圆周表面上相邻两绳圈间隙宽度，=2～3mm。
滚筒应有的宽度由下面公式求出：
单滚筒或双滚筒提升机，每个滚筒的缠绳宽度为：
单层缠绕时
多层缠绕时
式中 k——缠绕层数，计算公式如下：

B——滚筒宽度，mm；
——多层缠绕时平均缠绕直径，计算公式如下：

对于缠绕层数《煤矿安全规程》规定：立井中升降人员或升降人员、物料的，只准缠绕一层；专为升降物料的准许缠绕两层；倾斜井巷中升降人员的，准许缠绕两层；升降物料，准许缠绕三层；在建井期间，无论是在立井或倾斜井巷中，升降人员和物料的，都准许缠绕两层。
xxx煤矿主井为斜井，升降人员和物料，绞车为单滚筒，k取2，因此滚筒的缠绳宽度为：

=1013.83mm
注：①. 这里。
②. 这里取3。
通过计算，主绞车滚筒宽度取1200mm。
3、验算最大静张力
（1）提升矸石时钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力

=36991.5N＜42KN
式中 ——所选择的钢丝绳单位长度的重量，kg/m。
（2）运送人员时钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力

=25239.5N＜31KN
3、结论
通过计算各验算，xxx煤矿选择可见所选用JTP-1.6×1.2型单滚筒提升绞车为主绞车是合适的。
（六）、绞车电机功率计算
1、电动机的容量应满足下述条件：
1）、等于或大于根据电动机温升散热条件计算的等效容量
2）、启动时的力矩，应不超过电动机最大力矩的85%；特殊情况下，允许达到90%。
3）、提升过程中，任何特殊力都不应超过电动机最大力矩的90%。
2、斜井单滚筒提升机电动机功率计算
向上提升重车时： ＝ ＝ 198.4KW
下放重车时：＝
＝130.9KW
（Fzd＝＝32159）
式中 N——所需电动机功率，KW；
KB——电动机功率备用系数，一般为1.15～1.20。
v——绞车的最大速度，m/s；
——绞车的机械效率，一级传动为0.9，二级传动为0.85；
Wzd——上提重车时，钢丝绳所受最大张力，N；
Fzd——下放重车时，钢丝绳所受最大张力，N，此时电动机按发电机方式运行；
1.05——按发电机方式运行时，考虑电机转速比正常转速大的系数。
根据计算结果，取最大值187.4KW。选择型号为YR355M4-6的电动机，N=200Kw,=730rpm, =0.93。
四、结论及存在的问题
（一）、结论
根据《煤矿安全规程》及有关设计规范，结合xxx煤矿实际情况，关于xxx煤矿主提升绞车的设计选型结论如下：
1、绞车钢丝绳型号为：（贵州钢绳股份有限公司）；
2、主绞车型号：JTP-1.6×1.2型单滚筒矿用提升绞车（滚筒直径=1.6m；滚筒宽度B=1.2m；钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力=42KN（载人31KN）； =3.8m/s） 。
3、电机型号： YR355M4-6（N=200Kw,=730rpm, =0.93）。
（二）、设计存在的问题
由于设计者水平有限，设计不够细致，本设计难免存在一些问题，具体如下：
1、根据xxx煤矿实际情况，实际提升斜长为Lt＝350m，其中井筒300m倾角为25°，地面斜坡50m倾角为15°，在设计计算时，统一按照25°计算。由此计算出的结果，使最大静张力偏高，计算出来的安全系数偏小，电机功率偏大，但不影响安全生产。
2、设计中的矿车载重重量，考虑到取最大值，全部按矸石计算，也使得计算出来最大静张力偏高，安全系数偏小，电机功率偏大。如果按煤车计算，计算出来的电机功率为155.5KW，在实际选型时，可参考此结果，同时考虑提升矸石时，将车数减少为3车。

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