董亮亮

0 引言

同忻煤礦是國家發(fā)改委2006 年核準(zhǔn)的全國10 個千萬噸級礦井之一，也是山西省和同煤集團(tuán)“十一五”期間的重點工程之一，2008 年4 月獲取了山西省煤炭工業(yè)局批準(zhǔn)的開工報告，2010 年建成并投產(chǎn)。礦井現(xiàn)開采一盤區(qū)，接替盤區(qū)為二盤區(qū)、三盤區(qū)。三盤區(qū)采用平硐-立井混合開拓方式，設(shè)計生產(chǎn)能力為10 Mt/a。三盤區(qū)大件設(shè)備運輸利用膠輪車經(jīng)平硐運至井下工作面，人員、小型設(shè)備和物料的運輸通過新建副立井運至工作面。副立井井筒直徑8 m，井深548.5 m，工作制度為年工作日330 d，日凈提升時間為16 h。目前需要為副立井選擇一款經(jīng)濟(jì)、合理的提升機(jī)來滿足三盤區(qū)安全、高效生產(chǎn)的要求。

1 使用環(huán)境

新建副立井井筒位置在同忻二盤區(qū)與三盤區(qū)交接處，距兩個盤區(qū)距離較近，可有效減少井下人員和材料等的運輸距離。副立井井口標(biāo)高+1 399 m，井底標(biāo)高+850.5 m；最高環(huán)境溫度+38.2 ℃，最低環(huán)境溫度-32.4 ℃；裝卸載點2 個；罐道類型為固定式鋼罐道，最大提升重量9 t (膠輪車6 t，物料3 t)。

2 提升方式及容器的確定

2.1 提升方式

目前我國生產(chǎn)的提升機(jī)按鋼絲繩在卷筒上連接形式主要分為單繩纏繞式和多繩摩擦式提升機(jī)，按鋼絲繩數(shù)分為單繩和多繩。多繩摩擦式提升機(jī)按布置形式可分為落地式和井塔式?？紤]井塔式布置較落地式布置施工周期長至少1 年以上以及井筒實際深度較深等原因，本設(shè)計最終確定選擇落地式多繩摩擦提升機(jī)。

2.2 提升容器

根據(jù)同忻礦三盤區(qū)井下人員和采掘設(shè)備配置，井筒裝備有兩個非標(biāo)單層多繩罐籠，罐籠標(biāo)稱自質(zhì)量16 000 kg，允許乘50 人，一個水平異側(cè)進(jìn)出車。運輸車采用WCQ-3 型防爆膠輪車，自質(zhì)量Qc=6 000 kg，載矸（設(shè)備）質(zhì)量3 000 kg（見第15 頁圖1）。

3 選擇鋼絲繩及安全系數(shù)校驗

3.1 各種情況下鋼絲繩繩端荷重

(1)寬罐空、窄罐空時鋼絲繩繩端荷重：QK=157 kN。

(2)兩罐均提人時鋼絲繩繩端荷重：QR=196 kN。

(3)罐籠提設(shè)備或矸石（3 t）時鋼絲繩繩端荷重：QG=245 kN。

主鋼絲繩根據(jù)提升荷載，依照《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定和實際提升情況選擇。考慮各種提升狀況，確定主鋼絲繩為4 根，型號為34ZBB6V×37S+FC1570ZZ，最小鋼絲破斷拉力總和842.73 kN，單位長度質(zhì)量4.73 kg/m。設(shè)計考慮安裝、更換檢修方便及提升運行中更安全，選用扁尾繩2 根，抗拉強(qiáng)度1 370 MPa，型號為155×26-ZAB-PD8×4×9-1370，單位長度質(zhì)量4.73 kg/m。

圖1 提升系統(tǒng)

3.2 主、尾繩單位長度質(zhì)量差

式中：n1——鋼絲繩數(shù)量；

Pk——主繩鋼絲繩單位長度質(zhì)量；

Qk——2 根尾繩單位長度質(zhì)量總和。

3.3 安全系數(shù)

3.3.1 升降人員

《煤礦安全規(guī)程》[1]規(guī)定多繩摩擦提升鋼絲繩安全系數(shù)最低值 [mr]=9.2-0.005Ht=8.9，實際值m=。其中Qs為最小鋼絲破斷拉力總和；Qdrk為寬罐提人時繩端荷重；Hc為鋼絲繩的懸垂長度；g 為重力加速度，g=9.81 m/s2；Ht為井筒深度。

3.3.2 升降物料（按升降1個矸石或料石車）

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定多繩摩擦提升鋼絲繩安全系數(shù)最低值 [mg]=8.2-0.005Hc=7.9，實際值m=。

3.3.3 升降小型設(shè)備

升降小型設(shè)備時，設(shè)備自質(zhì)量3 000 kg，多功能無軌膠輪車自質(zhì)量6 000 kg，共9 000 kg；另一側(cè)罐籠內(nèi)空，送運設(shè)備時應(yīng)慢速運行，確保提升安全?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定多繩摩擦提升鋼絲繩安全系數(shù)最低值 [ mg]=8.2 -0.005Hc=7.9，實際值 m=。尾繩除承擔(dān)本身質(zhì)量外，無其他負(fù)荷，強(qiáng)度不再驗算。根據(jù)以上計算，所選鋼絲繩滿足要求。

4 提升設(shè)備選擇及校驗

4.1 提升設(shè)備預(yù)選

主導(dǎo)輪及導(dǎo)向輪直徑Dg=100d=100×34=3 400 mm（d 為鋼絲繩直徑），據(jù)此選用JKMD-3.5×4（I）型落地式多繩摩擦輪礦井提升機(jī)1 臺。摩擦輪直徑3 500 mm；允許最大靜張力525 kN，允許最大靜張力差140 kN；最大提升速度7.85 m/s，加減速度均為0.6 m/s2；提升機(jī)變位質(zhì)量為20 600 kg，傳動比11.5，要求襯墊摩擦系數(shù)μ≥0.25（或配K25 摩擦襯墊，確保0.25 摩擦系數(shù)），提升機(jī)液壓站采用ABB公司產(chǎn)品。

4.2 提升機(jī)校驗

最大靜張力校驗（按升降3 000 kg 設(shè)備）。

鋼絲繩實際最大靜拉力（取提人、提矸、提大件時的最大值校核）Fjmax=353.87 kN＜[Fj]=525 kN；

鋼絲繩實際最大拉力差（取提人、提矸、提大件時的最大值校核）Fcmax=88.29 kN＜[Fc]=140 kN；

摩擦輪直徑Dg=3 500 mm＞90d=3 060 mm；

天輪直徑Dt=3 500 mm＞90d=3 060 mm；

鋼絲繩作用在摩擦襯墊上的壓強(qiáng)P=1.48 MPa＜2 MPa。

經(jīng)上述校驗可知，所選提升機(jī)滿足要求。

5 電動機(jī)的選擇

5.1 預(yù)選電動機(jī)

電動機(jī)按正常提升(提人、提矸、提大件)時的最大靜拉力差進(jìn)行預(yù)選。電動機(jī)功率除考慮20%礦井阻力系數(shù)(K)、15%動負(fù)荷影響系數(shù)外，另計入96.01%高原降效系數(shù) (P)。當(dāng)提升速度 (Vm)為7.85 m/s 時計算功率為Ns=KFmaxVmP/102ηj=919 kW，因此提升機(jī)主電動機(jī)選用YR21 000-12/1730 型電動機(jī)1 臺，額定功率1 000 kW。

5.2 提升電動機(jī)校驗

5.2.1 等效功率計算

提人時的等效力

式中：t ——物料提升一次的循環(huán)時間；

Td——提升系統(tǒng)等效時間。

從表 1 可以看出：第一主成分在 X1、X2、X6、X10與X11上具有較大的載荷，說明第一主成分在一定程度上代表著經(jīng)濟(jì)生活水平；第二主成分在X3、X4上具有較大的載荷，說明第二主成分在一定程度上代表著海洋漁業(yè)水平；第三主成分在X7、X8、X9上具有較大的載荷，說明第三主成分在一定程度上代表著居民收入水平。

提矸或小型設(shè)備時的等效力

求出最大等效力（取提人、提矸、提大件時的最大值校核）Fdmax=114 kN。

提矸或小型設(shè)備時，要求最大提升速度不超過6.5 m/s。

式中：Kgy——高原修正系數(shù)；

ηj——傳動效率，ηj取0.92。

5.2.2 電動機(jī)功率富余系數(shù)

5.2.3 電動機(jī)過載能力

各種提升方式下最大力Fmax=165.814 2 kN；

電動機(jī)額定出力Fe=× 臺數(shù)=112.590 9 kN；

5.2.4 電動機(jī)扭矩校驗

提升系統(tǒng)最大靜力矩Mj=Fcmax×Dg/2=154.5 kN·m，電動機(jī)輸出扭矩Md=9 550×Pe×i×η×臺數(shù)/n=204.94 kN·m，Md＞Mj。

經(jīng)以上計算，所選電動機(jī)功率滿足要求。

6 制動系統(tǒng)要求

安全制動系統(tǒng)采用恒減速制動，各種載荷不論上提或下放，安全制動速度均為1.5 m/s2。當(dāng)恒減速制動失效后，系統(tǒng)無條件轉(zhuǎn)入二級恒力矩制動，二級制動的一級制動減速度應(yīng)滿足：下放重載不得小于1.5 m/s2，提升重載時不得超過5 m/s2，且不得超過鋼絲繩滑動極限減速度，襯墊與制動盤摩擦系數(shù)大于0.35。

7 提升系統(tǒng)防滑驗算

7.1 圍抱角

圍抱角α=183°22′47″=3.2 弧度。

7.2 滑動極限減速度

本設(shè)計要求襯墊摩擦系數(shù)為0.25，根據(jù)目前國內(nèi)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)，襯墊摩擦系數(shù)完全能夠滿足0.25 的要求，設(shè)計取μ=0.25，此時eμα=2.225 865。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，經(jīng)計算提升系統(tǒng)制動力取值范圍為238 kN～264 kN，取制動力Ft=250 kN。制動力矩倍數(shù)K=Ft/Fcmax=2.83 倍＜3 倍，一級制動力矩?zé)o法滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，因此采用恒減速或二級制動，其中一級制動力矩倍數(shù)K1=2.83，二級制動力矩倍數(shù)K2≥3。主立井提升系統(tǒng)防滑計算見表1。

表1 主立井提升系統(tǒng)防滑計算

8 結(jié)語

對所選落地式多繩摩擦提升機(jī)鋼絲繩、防滑安全系數(shù)等參數(shù)的計算和校驗證明，本次所選JKMD-3.5×4（I）型落地式多繩摩擦輪礦井提升機(jī)具有安全可靠、提升能力強(qiáng)等特點，能夠滿足同忻礦三盤區(qū)安全高效生產(chǎn)要求，并為集團(tuán)公司其他礦井中副立井提升設(shè)備選型提供了有利的借鑒。

［1］路琳.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011：206-242.