机械设计制造及其自动化毕业设计

河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）摘要

摘要

本设计主要对矿井生产所用的提升机械设备选型进行的一次合理选择。矿井提升设备的任务是沿井筒提煤、矿石、矸石，下放材料，升降人员和设备。本设计通过选人车、钢丝绳、提升机、天轮、井架、电动机等来叙述提升机的设备选型。

在矿井提升中，应根据不同的用途，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充分发挥它们的效能为此必须对其结构、性能及选择计算方法予以了解。

斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点，并且可以直接用矿车不需转载。

在矿井建设和生产过程中，从各种渠道来的水源源不断的涌入矿井。如不及时排除，必将影响矿井的安全和生产被。因此，必须设置排水设备，把涌入矿井的水及时从井下排到地面。矿井通风是指将空气输入矿井下，以增加矿井中氧气的浓度并排除矿井中有害的气体。矿井通风的基本任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要：冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产；调节井下气候，创造良好的工作环境。

为此，必须掌握矿井提升设备的结构、工作原理、性能特点、选择设计、运转理论等方面的知识，以做到选型合理，正确使用与维护，使之安全、可靠、经济的运转。

关键词提升机；钢丝绳；电动机；排水；通风；管路；电机；风压；流量

毕业设计是培训学生综合运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析,解决实际问题的能力的重要教学环节,是对三年所学知识的复习与巩固。同样，也促使了同学们之间的互相探讨，互相学习。因此，我们必须认真、谨慎、塌实、一步一步的完成设计。给我们三年的学习生涯画上一个圆满的句号。

毕业设计是一个重要的教学环节，通过毕业实习使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过毕业设计不仅可以巩固专业知识,为以后的工作打下坚实的基础,而且还可以培养和熟练使用资料,运用工具书的能力.在各位老师及有关技术人员的指导下锻炼自己独立思考、分析、解决的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。在毕业设计过程中，我们要较系统的了解矿运及提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划、有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！

该设计力求内容精练，重点突出。在整个设计过程中，辅导老师员创治老师给予我许多指导与帮助，在此，我们表示深深的感激。

由于时间仓促，再加上所学知识有限，设计中，难免出现错误或不当之处，恳请各位教师给予一定的批评建议，我们非常感激，并诚恳地接受，以便将来在不断的商讨和探索中，有更好的改进！以便在今后的人生道路上，不断完善，不断成熟！

摘要............................................................................................................................ 1

前言............................................................................................................................ 2

绪论............................................................................................................................ 5

1、矿井运输提升.......................................................................................................... 7

1.1计算条件 ............................................................................................................. 7

1.2 一次提升量的计算 ........................................................................................... 7

1.2.1人车的选择.................................................................................................. 7

1.2.2矿车数的选择.............................................................................................. 9

1.2.3一次提矸石时间的确定............................................................................ 10

1.2.4一次提材料设备时间的确定.................................................................... 10

1.2.5一次下保健车时间的确定........................................................................ 10

1.2.6一次下炸药时间的确定............................................................................ 10

1.2.7一次下重物时间的确定............................................................................ 10

1.2.8总时间的确定............................................................................................ 11

1.3钢丝绳的选择 ................................................................................................... 11

1.4提升机的选择 ................................................................................................... 15

1.5提升系统 ........................................................................................................... 18

1.5.1 天轮选择:................................................................................................. 18

1.5.2井架高度.................................................................................................... 18

1.5.3电动机的预选............................................................................................ 21

1.5.4提升系统的变位质量计算........................................................................ 22

1.5.5提升系统运动学........................................................................................ 24

1.5.6提升系统动力学........................................................................................ 26

1.5.7电动机容量效验........................................................................................ 29

2、通风及排水要求.................................................................................................... 37

矿井排水系统....................................................................................................... 37

矿井通风系统....................................................................................................... 37

2.1矿井排水概述 ................................................................................................... 37

2.1.1矿水与排水系统........................................................................................ 37

2.1.2排水设备.................................................................................................... 38

2.2水泵选型 ........................................................................................................... 39

2.2.1确定工作水泵必须的排水能力................................................................ 39

2.2.2工作+备用水泵必须的排水能力.............................................................. 39

2.2.3估算水泵必须的杨程................................................................................ 40

2.2.4预选水泵的形式........................................................................................ 40

2.2.5确定管路的趟数........................................................................................ 41

2.2.6管路材料.................................................................................................... 41

2.2.7计算水管的内径预选水管........................................................................ 41

2.2.8管路的壁厚验算........................................................................................ 41

2.2.9计算管路特性............................................................................................ 42

2.2.10验算排水时间.......................................................................................... 46

2.2.11校验水泵的稳定性.................................................................................. 47

2.2.12检验水泵的经济性.................................................................................. 47

2.2.13计算水泵安装高度.................................................................................. 47

2.2.14电机必须的容量...................................................................................... 48

2.2.15耗电量计算.............................................................................................. 49

2.3水泵自动化操作规程 ....................................................................................... 51

2.3.1水泵的就地操作........................................................................................ 51

2.3.2水泵半自动操作........................................................................................ 52

2.3.3停水泵........................................................................................................ 53

2.3.4顺序图........................................................................................................ 53

2.4轴流式通风机的工作原理和概况 ................................................................... 54

2.4.1概述............................................................................................................ 54

2.4.2基本原理.................................................................................................... 55

2.5通风机设备选型设计 ....................................................................................... 55

2.5.1设计依据.................................................................................................... 56

2.5.2设备选型.................................................................................................... 56

2.5.3供电及控制方式........................................................................................ 58

结论.............................................................................................................................. 59

致辞.............................................................................................................................. 60

参考文献...................................................................................................................... 61

绪论

提升机械设备是沿井筒（包括斜井及盲井）升降人员，提升煤炭，矿石，器材的机械设备。是矿山的大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。矿井提升工作是整个采矿过程中的重要环节。矿井提升设备的主要组成部分是：提升容器，提升钢丝绳，提升机（包括机械及拖动控制系统），井架（或井塔）及安装，卸载设备等。

对于煤层储存较浅，表土层不厚以及水文地质情况简单的倾斜以及倾斜煤层一般采用斜井开采。有时，在开峒或竖井开拓的井中，深部水平延伸也采用斜井开拓。

斜井平车场串车提升，具有投资少，出煤快的优点，斜井串车一般适用于中小型矿井，井筒倾角不大于25度。

中型矿井用双钩提升，双钩提出升量大。电耗小，但不能用水平提升。矿井提升设备选型是否合理，直接影响到矿井的安全生产、基建投资、生产能力和吨煤成本。

对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和带式输送机三种。串车提升一般用于井筒倾角小于25的矿井，对于年产量在21万吨及其以下的矿井，一般采用单钩串车提升；当年产量达30万吨，而提升距离较短时，一般采用双钩串车提升。

。25箕斗提升一般用于年产量45万吨以上，井筒倾角大于的矿井，箕斗一般采用。

后卸式箕斗。

本设计是采用串车提升

斜井串车提升的介绍:

斜井串车提升具有基建投资少和建设速度快的优点,并且可直接使用矿车不需要转载.因为它是中小型矿井,因而在小型矿井中使用较多.但是单钩提升的生产能力低,同时由于甩车场开括工程和轨道线路不止均较复杂,而且运行操作难度较大,故年产量较大的矿井(大于21万吨)多采用双钩平车场提升方式.

双钩平车场串车提升(图1),在双钩平车场上串车开始提升时,空串车由井口平车场推车器推向斜井,此时井底重穿车也已相应速度拉向井筒.这一阶段串车运动的初速度a0≤0.3m/s2,vpc≤1.0m/s.当空重串车均进入井筒以后,加速至

最大运行速度vm并等速运行.当重串车上行到接近井口时,减速至vpc,当重空车分

别进入井上下平车场时进行摘挂钩操作,一次提升循环完成.

平车场的双钩串车提升示意图和速度图

1、矿井运输提升

1.1计算条件

矿井年产量：ＡＮ=45(万吨/年)

副井筒斜长: L=540m

井筒倾角: α=22°

最大班下井人数98人

每班提矸石100吨

矸石容量吨1.75／m3

下材料。设备10次

下炸药1次，保健车2次

运送最重件为7吨

采用MG1.1--6Ａ型矿车：

提升不均衡系数:C=1.15

矿井工作制度: 年工作日br=300天;每天两班提升;净提升时间t=14(h)

井底车场增加的运行距离:LH=25(m)

串车在井口栈桥上的运行距离:LB=35(m)

1.2 一次提升量的计算

1.2.1人车的选择

斜井提升是指用安装在地面的提升机，通过斜井对矿物、材料和人员进行的运输工作。斜井运输的容器主要是矿车和箕斗，乘坐人员时则称为人车。斜井运送人员的安全事项

1、斜井距离较长，垂高较大时，应采用专用人车运送人员。各车辆之间除连接装置外，必须附有保险链。连接装置和保险链要有足够的安全系数。人车应有顶棚，还应装有断绳保险器，当发生断绳、脱钩事故时，能自动(也能手动)地平稳停车。

2、斜井用矿车组提升时，严禁人货混合串车提升。

3、在用列车运送人员的斜井内，必须安装信号装置，保证在行驶途中任何地点，跟车工都能向司机发出信号，而在多水平运输时，司机能辨认出各水平发出的信号。所有收发信号的地点，都应挂明显的信号牌。

4、斜井运输工作必须有专人管理。斜井人车在运行前应对其连接装置、保险链、保险器、轨道和车辆等设备进行检查，在每班运送人员前，进行一次空载运行。确认安全后，再运送人员。

5、运送人员的列车必须有跟车安全员，跟车安全员要坐在行驶方向的第一辆装有保险器操纵杆的车内。乘车人员必须听从随车安全员指挥，按指定地点上下车，上车后必须关好车门，挂好车链。

6、乘车人员要遵守人车管理制度，服从人车司机和随车安全员的指挥，不得拥挤，不准超员乘坐；井口和车场要设候车室，依次序下车、上车；上车后必须关好车门，挂好车链，才能发出开车信号；乘车人员不得将身体探出车外，以防意外事故发生。

7、人员在上下斜井时，其上下车地点的斜井应有足够宽的人行道，一般应不小于1。5m，具有良好的照明和台阶踏步。

选提人车：人车型号SR-16型

外形尺寸长高宽

头车302010541487

挂车302010541477

头车自重1600kg 头车载人数8

挂车自重1000kg 挂车载人数8

列车满载人数16 最大速度4m/s

最大制动距离1000mm 适应轨距600mm

适应轨型15kg/m 适应范围倾角10-40

详见表1－3－22

初选人车为１头车１挂车，满载人为16人，由于一次最大班下井人数为98人，所以分为7次下。

提升斜长:

LTLHLLB2554035600

一次提升持续时间的确定:

根据《煤矿安全规程》规定Vmax5(m/s)故选Vmax3.7(m/s)

初步选用的最大速度:Vmax3.7(m/s)

人车一次提升时间的确定

一次提升量的确定： 'tg

vmaxlt&avmax

3.7600800.33.7 ＝

＝254.5 (s)

式中 a-----加（减）速度 m/s2

&----升降人员的休止时间，s;当两侧同时上下人时，&取25~30s,同

侧上下人时，&取80~90s。

lt --- 升降人员时的提升距离，m；一般取井筒斜长少30~40m。

254.5729.7min60

1.2.2矿车数的选择

提矸石根据已有矿车ＭＧ1.1---6Ａ，矿载量为1.11.751.925(t)＝1925kg，每人按70kg计算。

钢丝绳端的荷重，在任何情况下都不得超过矿车钩头连接器的强度。即：

sifn1 n(qkqz)(a

即 acos )6000

n

6000(qkqz)(sinaf1cosa) 6000

(5951925)(sin220.01cos22)

6.2

式中 qk－－矿车自重

a－－轨道倾角

决定串车由6辆1.1吨矿车组成.

1.2.3一次提矸石时间的确定

一次提矸时间：

'tgvmaxlt&avmax 3.760025＝0.33.7

＝188.4 (s)

1.2.4一次提材料设备时间的确定

一次提材料设备时间：

'tgvmaxlt&avmax

3.760060 ＝0.33.7

223.4(s)

1.2.5一次下保健车时间的确定

一次下保健车时间：

tg

vmasltavmas 3.7600600.33.7

223.4(s)

1.2.6一次下炸药时间的确定

一次下炸药时间：

tg

vmasltavmas 3.76002400.33.7

403.4(s)

1.2.7一次下重物时间的确定

一次下重物时间：

tg



vmasl

tavmas

3.7600

800.33.7

243.4(s)

1.2.8总时间的确定

t总t矸t人t材t保t炸t重

188.4254.57223.410223.42403.4243.4

（S）5小时 5247.5

初选符合要求

1.3钢丝绳的选择

提升钢丝绳是提升系统的重要组成部分，它直接关系到矿井的正常生产和人员的安全，还是提升系统中经常更换的易耗品。在矿井提升中，根据用涂，选用合适的钢丝绳，扬长避短，充发挥它们的作用。

决定钢丝绳的类型，首先应按以下原则确定：（1）使用中不松股；（2）符合使用场合及条件；（3）特别注意作业的安全。同时还应考虑以下因素：

（1）在静筒淋水大，水的酸碱度高，以及在出风井中，由于腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；

（2）在磨损严重条件下使用的钢丝绳，如斜井提升等，应选用外层钢丝尽可能粗的钢丝绳；

（3）弯曲疲劳为主要损坏原因时，应选用接触式或三角股绳；

（4）实践证明，提升钢丝绳用同向捻绳较好，多绳摩擦提升用左右捻各半：单绳缠绕式提升钢丝绳的选用原则是：为防止缠绕是松捻，钢丝绳的捻向应与绳在卷筒上缠绕时的螺旋线方向一致，目前单绳缠绕多为右旋，所以多选右同向捻绳；

（5）罐道绳最好用半密封绳或三角股绳，表面光滑，耐磨损；

（6）用于温度高或有明火的地方。如矸石山等，最好用金属绳芯钢丝绳。

提升钢丝绳是煤矿提升运输系统的一个重要组成部分，因此，《煤矿安全规程》（以下简称《规程》）对矿井提升钢丝绳有专门规定。近年来，尽管各矿按照《规程》的要求加强了提升钢丝绳的检查和保养，但是，每年仍然有断绳事故发生。

预防断绳的措施

为了防止断绳，龙固煤矿根据具体情况，分别采取了如下措施。（1）合理选择钢丝绳。（2）正确使用、维护钢丝绳。（3）防卡箕斗松绳。（4）防过卷。

（5）预防过大的惯性力和冲击力。

（6）防过载。箕斗提升实行定量装载，斜井提升杜绝超挂车现象。（7）按《规程》要求健全各种保护装置，并按规定定期试验，确保各种保护装置灵敏可靠。

（8）加强对司机和信号工的安全培训，强化安全意识，增强责任心和提高分析处理实际情况的能力。信号工与司机协调配合，严格按照《规程》操作。（9）对提升设备的调整和维修制定了切实可靠的措施，并严格落实。（10）及时更换新绳。当提升钢丝绳锈蚀、磨损、断丝、安全系数等达到《煤矿安全规程》有关规定时，必须立即予以更换。

副井提升作业复杂多变，通常以提升矸石为准来选择钢丝绳，但在选绳之后，应对提人时的安全系数进行验算，以保证安全。

按表2—2

提升和悬挂用的新钢丝绳在悬挂时的安全系数表

（节摘自《煤矿安全规程》第376条）

绳端荷重:Qd(QQC)(sinf1cos) 式中 α---------井筒的倾角;

f1-------- 提升容器在倾坡运输道上运动的阻力系数,具体情况选取: 矿车

串车提升:矿车为滚动轴承时,应取0.015~0.02.箕斗提升:通常取

0.01. Qdn1(QZQK)(sinf1cos) 625200.383872 5804(kg)

钢丝绳悬重长度:

LCLt5060050650m 钢丝绳单位长度的重量计算:

p'K

(QQC)(sinf1cos)1.1B

LC(sinf2cos)m

式中 ζ-----钢丝绳的公称抗拉强度,kg/mm2.一般以选用ζβ=155～ 170kg/mm2 为宜;对于仅提升物料的主井或只提升物料的辅

155kg/mmB 助提升,可以选用。

m-------钢丝绳的静力安全系数; LC------提升距离,m;

f2--------钢丝绳的摩擦阻力系数;

p'k

1.1B

LC(sinf2cos)m



58046000.560

6.5

2.54(kg/m)

选用鞍钢钢丝绳厂6M(7)---27---155---I(鞍标258---80)型钢丝绳.全部钢丝破断力总和QS=47050kg;d=27mm;pk=2.993kg/m. 安全系数:



5804

2623.1336

m



QdLCpk(sinf2cos)

4705

58046002.540.56

470505657.44

1 6 8.3

符合《规程》规定.

1.4提升机的选择

卷筒的直径和宽度是缠绕式提升机的基本参数，《煤矿安全规程》对缠绕式提升机的规定：

选择卷筒直径的原则是使钢丝绳绕经卷筒时产生的弯曲应力过大，保持钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。理论和实践都证明，绕经天轮及卷筒的钢丝绳弯曲应力的大小，以及疲劳寿命，取决于卷筒和钢丝绳直径比。在同一钢丝绳直径条件下，卷筒直径越大，弯曲应力越低；在不同绳子径，相同卷筒直径条件下，绳径越小，即D/d越大，弯曲应力越低。

表明在不同的D/d弯曲条件下，钢丝绳试验荷载与其耐久性的关系。在相同试验荷载时，D/d值越大，钢丝绳承受的反复弯曲次数越高，寿命愈长。基于以上原因，《煤矿安全规程》对缠绕式提升机规定：对于安装在地面上的提升机：

80dD

1200&D 对于安装在井下的提升机：

D≥60 d D≥900δ

故：

滚筒直径：

D'g80d

式中Ｄ'g---------滚筒的计算直径,mm; d---------已选定的钢丝绳直径,mm;

Dg80d80272160(mm)

选用2JK---2.5/20型双筒提升机: Fce5500kg;i20;Vmax4.7m/s.

Dg2.5;B1.2m;FZe9000kg;

滚筒的缠绳宽度:

B'

LtLm(34)Dg

KCDp

(d

式中 D'g ---------定期试用的钢丝绳长度,一般取30m; d ----------钢丝绳直径,mm;

ε-----------钢丝绳在滚筒上缠绕时,钢丝绳间的间隙. 数值的选取将在后面作一些必要的说明; 3-----------为在滚筒上缠绕的三圈摩擦圈.

+4-----------是为了定期(通常是两个月《规程》规定为每季能将钢丝绳移动1/4圈)附加的钢丝绳圈数;

Dp-----------多层缠绕时,钢丝绳在滚筒上缠绕的平均直径,m. 先试用单层缠绕:

(ε可从表1中查到 ε=2.5)

B'(

Ht2Lm

232)(d)

Dg



6003072.5

(272.5)

32.554

840(mm) (因为1200×3>239×3

所以不能选用单层缠绕.

B'

LtLm(34)Dg

KcDP

(d)



6803072.5

(272.5)

32.554

938(mm) 式中

DpDg(KC1)d

2.5(31)0.027 2.554(m)

钢丝绳在滚筒上缠绕二层（因为1200×2>938×3>1200×2）

最大静拉力:

FZQdLtPK(sinf2cos) 58046002.4430.56 6804.648(kg)9000(kg) 最大静张里差:

FCFZnQZ(sinf1cos) 6804.648619250.366 2528.348(kg)5500(kg) 可见所选的提升机是合适的.

表1 钢丝绳在滚筒上的间隙ε值选用表

若选用2JK-----2/20型提升机:

Dg2m;B1m;FZe6000kg;Fce4000kg;i20;Vmax5m/s

(ε值可从表1中查到.ε=2)

B'



LtLm(34)Dg

KCDP

(d)

6803072

(272)

32.045

1135(mm) 式中

DPDg(KC1)d20.02722.045(m)

钢丝绳在滚筒上绕二层(因为1000×31000×2). 最大静拉力:

FZQdLtPK(sinf2cos) 5622.46802.9930.52994 6701(kg)6000(kg) 最大静张力差:

FC6701106000.333 4703(kg)4000(kg) 故所选用的提升机合适.

1.5提升系统

1.5.1 天轮选择:

Dt---------天轮直径,m; Hj---------井架高度,m; S----------天轮间距,mm; Dt80d80272160(mm)

选用TSG---2500/16型固定天轮,由表2查得: 天轮的间距按 S=1200(mm)

1.5.2井架高度

井架相对位置计算：

井架相对位置图

井架高度的确定：

Hj50tg91.06.92(m)7(m)

按允许的偏角求提升机滚筒中心与天轮中心间的钢丝绳弦长: 按外偏角:

LX

2Bas2tg115'



21.20.151.2

2tg115'

=30.93（s）按内偏角:

LX



sa2tg115'

1.20.15

2tg115'

24.06(m) ( a值可从表3中查到,a=150mm).

以LS31m作为提升机滚筒中心与天轮中心之间的水平距离,再求出钢丝绳的弦长为:

LX

 31.58(m) 钢丝绳的偏角: 外偏角:

tg1

2B(sa)2LX



21200(1200150)

231580

0.02137 1113'38

tg2

sa2LX

1200150

231580



0.01662 2057'12

1tg

1

HjCLS

sin

1

tg1

71sin1

31.58

1045'426'20

2tg

1

HjCLS

7131.58

tg1

1045'

1.5.3电动机的预选

在进行提升设备方案比较时，需要初步确定提升电动机，而在进行提升设备动力学计算之前也要进行电动机的预选。一般情况下先预选电动机，动力学计算完后再进行电动机的验算。

根据斜井的估算电动机容量计算公式：

NS

KFCVmax

102

式中 NS--------所需电动机功率，KW;

K---------矿井提升的阻力系数，箕斗提升可取 1.15;

Vmax------提升机选定的最大速度，m/s;

η --------减速器的传动效率，减速器采用滚动轴承时，取 0.93.

NS

KFCVmax

102

1.147034.71020.85



280.4(kw)

40wk; 选用JR148-----8型电动机（查表4）：Ne2

n735rpmm;1.8d;GD155kg.d

Ue60;

9 1

按电动机的额定转速核算提升机的最大速度：

Vmax

Dgnd

60i

735



2.5

60

m1s( 4.8

式中 nd---------计算电动机的转速，rpm; I---------减速器的传动比。

1.5.4提升系统的变位质量计算

在提升系统动力学方程中，有提升系统各运动部分惯性力之和一项，而系统中的各部件既有作直线运动的，也有作旋转运动的，使得计算总惯性力时很不方便。为了简化计算，可以用一个假想的集中在卷筒圆周围表面的当质量来代替提升系统所有运动部分的质量，称为总变为质量。

1.5.4.1变位重量的计算：电动机的变位重量：

(GD2)i2

Gd(kg)

Dg2

式中 Gd----------电动机转子的变位重量，kg;

GD---------电动机的回转力矩，kg.m2;能从表4中查得；

(GD2)i2

Gd(kg)2

155220

2.25

0 ( 992kg

天轮的变位重量：

Gt550kg (由表2中查得) 提升机的变位重量：

Gj11500kg

（由表3中查得）

提升钢丝绳每根的总长度：

LKLCLX7

DgLm

6503073.142.530 764.95(m) 770m 变位重量总计：

GQ2KQ2KLKP2

GjGdG

式中 LK----------提升钢丝绳的全长，m;可按下式计算：

LKHC

L303X2

D(tm)

Gt-----------天轮的变位重量，kg;其数值可从固定天轮基本参数（表2）中查得；如果不是这种型号的天轮，则可按下式计算：

G15D0kg( )tt 木质衬垫时

2G17D5kg( )tt 铁质衬垫时

若已知天轮的回转力矩（GD2）时，则变位重量可按下式计算：

(GD2)

Gt(kg)2

Gj----------提升机包括减速器在内的变位重量，kg.其数值可以根据选用的产品型号，相应从有关表中查到。对于新建矿井选用的JK.2JＫ型提升机，可从表3中查到。如果提升机的变位重量无法查到时可以用：提升机的变位重量：双滚筒提升机

Gj2(150150B)D2g(kg)Gj(200

)

单滚筒提升机

2B00D)gkg(

Gd---------电动机转子的变位重量，kg.可按下式计算：

(GD2)i2

Gd(kg)2

G2n1QZnQK2LKPK2GtGjGd

2625659527702.993211500992023100357046091100115009920 53799(kg)变位重量：

G

(kg.2s/m)

式中 g--------重力加速度；g＝9.81m/s2;



Gg



49608.19.81

537994.81

5484(kgs/m)



1.5.5提升系统运动学

初速度及末速度取0.3m/s2;正常加速度及正常减速度取0.5m/s2;在车场内低速等速运行的速度取1.5m/s. 重矿车在井底车场运行段: 初加速阶段: 时间:

t0

V01.55(s)a00.3

距离:

L0V0t01.553.75(m)

在车场内等速运行距离:

L01 LHL0303.7526.25(m) 在车场内等速运行时间:

L01

L026.25

17.5(s)V01.5

重矿车在井筒中加速阶段在井筒中的加速时间:

t1

VmaxV04.811.5

6.62(s)a10.5

加速距离:

L1

VmaxV04.811.5

t16.6220.89(m)a12

重矿车在进入栈桥前的减速阶段: 减速时间: t3t16.62(s)

减速运行距离: L3L120.89(m) 重矿车在进入栈桥后的运行段: 末减速阶段: 时间:

t5t05(s) 距离:

L5L03.75(m) 在栈桥上低速等速运行距离:

L44BL5303.7526.25(m) 在栈桥上低速等速运行时间:

t4

L426.2517.5(s)V01.5

在井筒内等速运行阶段: 重矿车在井筒中等速运行距离:

L2Lt(LHLBL1L3) 600(303020.8420.84) 600101.78 498.22(m) 重矿车在井筒中等速运行时间:

t2

L2498.22

103.6(s)Vmax4.81

一次提升的循环时间:

Tqt0t01t1t2t3t4t5

517.56.62103.66.6217.5530 191.84 200(s)

式中 θ----------- 休息时间,s;对于平车场,θ取25s. Lt---------- 提升距离(斜长),m;

LH--------- 井底车场增加的运行距离,其数值决定于串车组成的车辆数,(该设计取25m);

LB--------- 串车在井口栈桥的运行距离,其数值与串车组成的车

辆数有关,(该设计取35m).

1.5.6提升系统动力学

提升动力学是研究和确定提升过程中，滚筒圆周上拖动力的变化规律，为验算电动机功率及电气控制设备的选择计算提供依据。

为了简化计算,钢丝绳及空、重矿车运行中的倾角虽有变化,全部按井筒的倾角α计算.

重矿车在井底车场段: 提升开始时：

F0Kn(QZQK)(sinf1cos)

LtPK(sinf2cos)nQZ(sinf1cos) Ma0

1.1625200.3846000.56 619250.36654840.3

6386.7985.54227.31754.4 4899.3(kg) 初加速终了时：

F'0F02PKL0sin

4899.322.9933.750.3746

4899.38.4 4890.9(kg) 低速等速开始时：

F01F'0Ma0

4890.954840.3 3245.7(kg) 低速等速终了时：

F'01F012PKL01sin

3245.722.99321.250.3746

3245.747.7 3198(kg) 矿车在井筒中运行段：加速开始时：

F1F'01Ma1 319854840.5 5940(kg) 加速终了时：

F'1F12PKL1sin

594022.99320.840.3746 594046.8 5893.2(kg) 等速开始时：

F2F'1Ma1 5893.254840.5 3151.2(kg) 等速终了时：

F'2F22PKL2sin

3151.222.993498.220.3746 2592.4(kg) 减速开始时：

F3F'2Ma1

2592.42186 406.4(kg) 减速终了时：

F'3F32PKL3sin

406.422.99320.840.3746 360(kg) 重矿车在栈桥上运行段：末等速开始时：

F4F'3Ma1 3605484 5544(kg) 末等速终了时：

F'4F42PKL4sin

554422.99326.250.3746

554458.86 5485.14(kg) 末减速开始时：

F5F'4Ma0 5485.1454840.3 3839(kg) 末减速终了时：

F'5F52PKL5sin

384922.9933.750.3746 38398.4 3830.6(kg)

式中 K--------- 阻力系数,通常取K=1.1; n --------- 串车组成的矿车数,辆. 采用六阶段速度图

提升速度图和力图

1.5.7电动机容量效验

等效力计算：

F2t

121'2

F0F0'2t0F012F01t0122 

121

F1F1'2t1F22F2F'2F2'2t23 2

1212'2FFtF4F4'2t4333

2 2



F5F5'2t5

(5611.525603.12)5(4241.524243.82)

2 1

14.2(6424.8263832)

6.62(4197241972945.32945.32)

(759.32712.52)6.62(2898.522828.42)

116.0520.83(1516.821508.42)

5

等效功率： 157209754.6258630355.8271701406.4 1495104903588678170817464 11439882 2368537930

T12ttt

d001t1t34t5t2

3 

12(517.56.626.6217.55)103.6303

29.12103.610 142.72(s) Fdx



3937.9(kg) NVmadx

Fdx102Kx



3937.94.1020.18.5

243kw

.7 (

电动机的过载系数效验：

'

Fmaxde

Vmax

240

6424.85

4.81

6 1.48

1.80 .

所选的电动机是合适的。

式中 Td--------- 等效时间，S；

∑F2t------ 各个运行阶段力的平方与该段时间乘积的总和.可分两种情况：当该阶段的始点与终点的力相差不大时,

FiFi'2ti

则按2计算。

当该阶段的始点与终点的力相差较大时,

FiFiFi'Fi'2ti

则应按 3计算，通常在最

大速度的等速阶段出现这种情况。

K-------- 电动机容量的备用系数,《规范》规定:备用系数应为1.1.

Fmax------ 在力图上的最大运动力,kg；通常是出现在加速度段开始时；

------- 电动机的过载能力,其数值可从电动机产品样本中



查到; 矩).

MH (M-------最大力矩; M-------额定力

Ft-------- 作用在滚筒上的特殊力,kg.

4.2 设备选型的时间校验

最大净化时间的确定：

tg2(tht1)

lt2(lhl1)

&2

vmax

a0.3m/s0 加速度及末加速度取；正常加速度及正常减速度取

a10.5m/s2，在车场内低速等速运行速度取.v1.5m/s。

t0

v01.5

5a00.3

l0vt001.553.75m

lv0t0hlhl0t0'14.2v0v0

lh一般取25

t1

l1

vmaxv03.71.5

4.4sa10.5

vmaxv03.71.5

t14.411.4m22

tht0t0'19.2

一次提矸石时间：

tg12(tht1)

lt2(lhl1)

&2

vmax

6002(2511.4)

2(19.23.7 ＝47.8+142.5

=190.3 (s)

一次提人时间：

g2

vmaxl1

v&2max



3.7 0.56003.730

=199.6 (s)

一次提设备的时间：

ttt2(lhl1)

g32(th1)

lv&3

max

60072 47..88

3.7

203s.

3一次提炸药的时间：

t2(thl1)

g4ht1)

lt2(lv&4

max

72. 47.600

288

430s.

一次下放最重件的时间：

)

tg52(tht1)

lt2(lhl1)

&5

vmax

600

47.2 72.88

600

3 790s.

一次下放保健车的时间：

tg62(tht1)

lt2(lhl1)

&6

vmax

600

47.2

72.88

18

3 208s.

编制最大班作业时间平衡表：

提矸石总时间（s） 2034 提人总时间（s） 1397.2 下放设备总时间（s） 2033 下保健车总时间（s） 416.6 下最重物件总时间（s） 810 下炸药总时间（s） 430.3 总计时间总时间（s） 7121.15小时由以上所知净作业没有超过5小时，比较合理。

4.3 电耗计算

电耗计算：

FtF0F0'

t0t'

F01F010122

tt1t

F2F2'2F3F3'3222 tt4

F5F5'522

F1F1'F4F4'

(4899.34890.9)

(3245.73198)

17.56.62

(59405843.2)22 103.6

(406.4360)2

(3151.22542.4)

6.62

(55445485.14)



17.55

(38343830.6)

2 2



24475.556382.37539167.892 297518.482536.78496504975 19174 445760

一次提升的实际电耗:

E

FVtmax

1023600d

4457604.81

10236000.850.42



7.5度/次吨煤电耗:

Er

E7.5

0.7（度/吨）nQka61.11.70.95

提升一次的有效电耗:

E1

1023600



61.11.710000.95600sin22

1023600

6.52度/次提升机效率:

nr

E16.52

0.87E7.5

2、通风及排水要求

矿井排水系统

矿井采用集中排水方式，主排水泵房配备5台MD280-65×9 型排水泵，扬程 585m,并联使用；同时配备2台SK-3真空泵。排水管路D325×13 两路。水仓分内外两环，内仓容积为1145m3，外仓容积1697m3。

井下主要防水设施：-465水平泵房、变电所。矿井通风系统

通风资料：矿井初期最大通风风量：73m3/s 矿井初期最大通风负压：1171.66Pa 矿井中期最大通风风量：94m3/s 矿井中期最大通风负压：1762.6Pa 矿井后期最大通风风量： 109m3/s 矿井后期最大通风负压：2831.99Pa

矿井采用中央并列抽出式通风方式，副井进风，主井回风，配备两台 BDK54-8-26型轴流式通风机，一台运转，一台备用，叶片在-6°—+6°之间可调。该风机电机功率为250kw×2，额定转速750rpm,传动方式为直连传动，最大供风量为5600m3/min，矿井有效风量率为85%，矿井负压为1350Pa。

2.1矿井排水概述

2.1.1矿水与排水系统

涌入矿井的水简称矿水，矿井涌水分为矿井自然涌水与矿井开采工程涌水。矿井自然涌水来源于自然存在的地面水和地下水。地面水是指江、河、湖以及季节性雨水、融雪等，如有较大裂缝与井下沟道相通，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层导水和老空积水。含水层水是指地下后土层和各种各样的岩层中含有的水。断层导水是指断层附近破碎岩石中的积水。老空积水是指废弃井巷和采空区的积水。矿井开采工程涌水是与采掘方法或工艺有关的涌水。如水沙充填时矿井的填充废水、水采矿井的动力废水等。

矿井涌水量就是单位时间涌入矿井水仓的总水量。由于涌水量受地面构造、

地质特征、气候条件、地面积水和开采方法等多种因素的影响，因此各矿涌水量可能极不相同。一个矿在不同的季节涌的水量也是有变化的，涌水高峰的水量称

为最大涌水量，一年内持续时间较长的涌水量称为正常涌水量。

排水系统

涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式。对于巷道高于地面的矿井内涌水可沿巷道（平峒）一侧的水沟自行流出矿外，对于巷道低于地面的矿井，可用排水设备将水排至地面。

根据开采水平以及各水平涌水量的大小不同，可采用不同的排水系统方案。竖井单水平开采时，可采用直接排水系统将井下全部涌水集中于井底车场内的水仓内，并用排水设施将其排至地面。

两个或多水平开采时，可采用多种方案。就两个水平而言，有三种方案可供选择。

（1）如各水平涌水量都很大，各水平可分别设置水仓、泵房和排水设置，将各水平的水直接排至地面。此方案的优点是上、下水平互不干扰，缺点是井筒内管路多。

（2）当上水平的用水量较少时，可将上水平的水位放到下水平，而后由下水平的排水装置直接排至地面。此方案的优点是只需一套排水装备，缺点是上水平的水下放后再上提，损失了位能，增加了电耗。

（3）若下水平的水量较小，则可将下水位的水排至上水平的水仓内，然后集中一起排至地面。水仓

用来专门储存水的巷道叫水仓，水仓有俩个主要作用：一是储存、集中矿水，排水设备可以将水从水仓排至地面。为了防止断电或排水设备发生故障被迫停止运行时淹没巷道，主泵房的水仓应有足够大的容积，必须容纳8h正常的涌水量。二是沉淀矿水，因在从采掘工作面到水仓的流动过程中，矿水夹带有大量的悬浮物和固颗粒，为防止排水系统堵塞和减轻排水设备磨损，在水仓内要进行沉淀于仓底。

为了在清理水仓沉淀物的同时，又能保证排水设备的正常运行，水仓至少有两个，一个主水仓，一个副水仓，以便清理时轮换使用。

2.1.2排水设备

排水设备主要包括：水泵、配套电机、管路及其附件。 1、带过滤网的底阀

带过滤网的底阀用来滤去水中的木屑等固体颗粒，以防止吸入泵内阻塞流道或损坏泵的有关设备。底阀用来挡住水泵启动前冲入吸水管内的水泄露，当水泵启动后自动打开底阀。因底阀会增加吸水阻力，一般只在中、小型水泵中。大型水泵没有底阀。此时采用射流泵或水环式真空泵进行抽气灌水。

2、闸阀

一般情况下吸水管道上不装闸阀。但是当泵的吸水管道与其他管道相连，或者处于正压进水的情况下，吸水管道上应装有闸阀。

排水管路必须装有闸阀，用来调节泵的流量，启动时应将此法关闭。 3、逆止阀

逆止阀安装在闸阀上面，水只能自下而上，而不能从上往下流，从某种意义上来讲它是一个单向阀。其作用是来阻止排水管路中的水倒流。特别是排水高度较大时，由于停电等事故，使水泵突然停止工作时，排水管中水突然反流形成水击，容易损坏水泵。

4、真空表

连接在泵的吸水口法卡接头上，用来测定泵的进口真空。 5、压力表

连接在泵的出口法卡接头上，用来测定泵的出口的压力。

2.2水泵选型

2.2.1确定工作水泵必须的排水能力

QB

qz1.2qz20

式（2.1） 1.2450540(m3/h)

式中 qz——矿井正常涌水量，m3/h；

QB——工作水泵必须的排水能力，m3/h。

2.2.2工作+备用水泵必须的排水能力

QBmax

qmax1.2qmax20

1.2550 式（2.2） 660(m3/h)

式中 qmax——矿井最大涌水量，m3/h；

QBmax——工作水泵+备用必须的排水能力，。

2.2.3估算水泵必须的杨程

HB

B

46538.54

563.9(m) 式（2.3）

式中 Hc——矿井排水垂直高度，m；

g

——管道效率，见表4.1;

HB——水泵必须的杨程，m。

表2.1 管道效率

3根据矿井实际情况初选水泵型号D280-100×6，其额定流量为Qe=280m/h,

额定扬程为He=600m。

工作台数

n1

QB540

1.93Qe280 式（2.4）

故取n22台备用台数

n20.7n10.721.4 式（2.5）

Qmax660n2n120.2

Qe300 式（2.6）故n1取2台。检修台数

n30.52n10.2520.5 式（2.7）

故取n31

式中 n1——工作水泵台数；

n2——备用用水泵台数；

n3——检修水泵台数；

n——水泵总台数。

因此选水泵的总台数nn1n2n35。

2.2.5确定管路的趟数

选用五泵三趟管路系统，二条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，二台泵向二趟管路供水；最大涌水量时，只要三台泵同时工作就能达到在20小时内可以排出24小时的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用三泵向三趟管路供水，从而可知每趟管路的流量为泵的流量。

2.2.6管路材料

由于井深远大于200m，确定采用无缝钢管。

2.2.7计算水管的内径预选水管

排水管的内径

/dp0.Qe

280

式（2.8）

1.5~2.2

0.212~0.257(m)0.式中 Qe——额定工况点流量，m3/h；

/dp

——排水管内经济流速，

=1.5~2.2 m/s；

——排水管的计算内径，m。

预选Ф273×11钢管，则排水管的内径

dp273211251mm

2.2.8管路的壁厚验算

0.5dp(

z0.4p

1)c

z1.3p

800.40.011563.9

1）0.15

801.30.011563.9

0.525.11.031.1

式（2.9）

所以所选壁厚合适

式中 dp——标准管内径，cm；

z——管材许应力， MPa，见表4.2；

p——排水管内流体压强，MPa，p=0.011Hp；

Hp——水泵排水高度，m； δ——排水管壁厚，cm ； c——附加厚度，cm ，见表4.2。

表2.2 管材许应力、附加厚度

根据选择的排水管径，吸水管选用299×8无缝钢管。验算流速

x

3600



dx2

式（2.10）



2803600

41.24(m/s)

2832

为提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管径一般比排水管径大一级，流速在0.8～1.5m/s范围内，所以所选排水管合适。

2.2.9计算管路特性

1）管路布置五台水泵中任何一台水泵都可以经过三趟管路中的任意一趟排水，如图4.1所示。

图2.1 管路布置

2）估算管路长度排水管长度可估算为

Lp= HC+（40~50）=563.9+（40~50） =603.9~613.9m

取Lp=610m，吸水管长度可估算为7m。 3）阻力系数RT的计算计算沿程阻力系数对于吸排水管分别为：

0.021x

d0.3



0.021

0.283

0.3

0.03060.021p

d0.3



0.021

0.2510.3

0.0318

表2.3吸排水管路附件及其阻力系数

式（2.11）式（2.12）

式（2.13）

管路阻力系数RT

LP8Lx11

RT2x5px4p51

dpgdpdxdx

7610

0.03060.031880.28350.2515 式（2.14）

3.1429.8074.09410.186

0.28340.2514

1885(s2/m5)14.5105(h2/m5)

式中 λx、λp——吸水管和排水管中沿程阻力损失系数；

Lx、Lp——吸水管和排水管长度，m；

ξx、ξp——吸水管和排水管中局部阻力损失系数； dx、dp——吸水管和排水管内径，m； g——重力加速度，g=9.81m/s2； Ldx、Ldp——吸水管和排水管当量长度，m。 4）管路特性方程

新管管路特性方程为

H1HCRTQ2507.54.510Q

5

式（2.15）

旧管管路特性方程为

H2HC1.7RTQ2507.524.6510Q

5

式（4.16）

5）绘制管路特性曲线，确定工况点

根据求得新、旧管路特性方程，取12个流量值求得相应的损失，如表4.4所示：

表4.4 管路曲线数值

当

处于正常涌水期时,一台泵仅向一趟管路供水，此时可得管路的特性曲线如图4.2所示。

由管路特性曲线与泵特性曲线可知，新旧管网特性曲线与扬程曲线交点分别为M1和M2，即为新旧管工况点，新管工况点参数为

Qm1362m/h Hm1521m

m177%

Hsm15.1m

图4.2管路特性曲线与泵特性曲线

Nm1402kW 旧管工况点参数为

Qm2345m/h Hm2537m

m278%

Hsm25.6m Nm2397kW

m，因为m177%和m278%均大于0.7，允许吸上真空度Hm1521符合《规范》要求。

2.2.10验算排水时间

1）由旧管工况点正常涌水时的排水时间，采用二泵二管排水，则：

TZ

24qz

n1Qm2

24450

式（4.17）

234515.7(h)

2）由等效泵工况点验算最大涌水时的排水时间，采用四泵三管排水，等效

工况点流量大约取345m3/h，则：

24qmax

Tmax

（n1n2）Qm224550

（22）3459.6(h)

式（4.18）

式中 qz——矿井正常涌水量，m/h；

qmax——矿井最大涌水量，m/h；

n1——工作水泵台数； n2——备用用水泵台数；

Qm2——工况点流量，m3/h； Tz——正常涌水时的排水时间，h；

Tmax——最大涌水时的排水时间，h。

根据安全规程要求，TZ、Tmax不超过20小时，所以满足排水要求。

2.2.11校验水泵的稳定性

0.9HO0.9720648HC507.5m式中：

HO——水泵零流量时扬程，m； HC——矿井排水垂直高度，m；所以水泵的稳定性符合要求。

式（4.19）

2.2.12检验水泵的经济性

ηm1=76%>0.85ηηm2=78%>0.68

max

=0.85×0.8=0.68

2.2.13计算水泵安装高度

HXHsm

papn8Lx12

Q100.24x5x4m1

2gdxdx

874.0943622

5.10.0306（）5436003.1429.810.2830.283



9.81040.24104100.24

9.81039.8103

4.95m

式（4.20）

式中 λx——吸水管沿程阻力损失系数；

papn



——分别为大气压和饱和蒸汽压；

取pa=9.8×104Pa，Pn=0.24×104 Pa，γ=9.8×103N/m3 Lx——吸水管管长度，m； ξx——吸水管局部阻力损失系数； dx——吸水管管内径，m； g——重力加速度，g=9.81m/s2 Hsm——工况点吸上真空度，m； Qm——工况点流量，m3/h；

HX——水泵允许安装高度，m。

在设计和施工水仓和吸水井时，应使水泵实际安装高度小于HX=4.95m。

2.2.14电机必须的容量

Ndkd1.1

gQmHm1

10003600m1

9.81000362521

743.1KW

100036000.76 式（4.21）

根据产品样本取Nd=800kW 式中 Nd——电机必须的容量，m3/h；

Qm1——工况点流量，m3/h； Hm——工况点扬程，m；

G——重力加速度，g=9.81m/s2 ρ——矿井水密度，kg/ m3 ηm——工况点效率；

k——富裕系数，见表4.5。

表4.5 富裕系数

1）全年耗电量

全年耗电量为各涌水时期投入工作的泵耗电量之总和。

EgQm2

10003600m2[n1rzTZnmaxTmaxrmax]

cdw



10009.81345537100036000.780.950.95 [230015.74659.6]8.55106(kWh/y)

式中 E——全年的年耗电量，kW.h/y；

Qm——工况点流量，m3/h； Hm——工况点扬程，m； G——重力加速度，g=9.81m/s2; ρ——矿井水密度，kg/ m3; ηm——工况点效率；

ηc——传动效率，皮带传动0.95~0.98 直接传动1.0; ηd——电机效率； ηw——电网效率； n1——工作水泵台数； n2——备用用水泵台数； rz——年正常涌水时期的天数； rmax——年最大涌水时期的天数； Tz——正常涌水时的日排水时间，h； Tmax——最大涌水时的日排水时间，h。 2）吨水百米电耗校验

式（4.22）

et100

Hm2

3.673m2cdwHC



537

3.6730.7810.950.95507.5

0.410.5kwh（/t100）

式（4.23）

式中 Hm2——工况点扬程，m；

m2——工况点效率；

c——传动效率，皮带传动0.95~0.98 直接传动1.0；

d——电机效率； w——电网效率。