主井提升系统设计.docx
- 文档编号:14570621
- 上传时间:2023-06-24
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:37.63KB
主井提升系统设计.docx
《主井提升系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《主井提升系统设计.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
主井提升系统设计
主井提升系统选型核算
1概述
井下开拓深度由地表正+140米至井下-189米。
即从+140米至-189米,提升深度为329米。
井筒设计三个中段,分别为-80米、-140米、-190米,井底深度为13米,井筒总深度为342米。
井下运输设备使用YFC0.5(6)型翻转式矿车,容积0.5m3,轨距600毫米,自重0.59吨。
电机车使用ZK3型3吨电机车或ZK1.5型1.5吨电机车做牵引。
井下矿石体重γ=3.01吨/m3,松散系数为1.5,装满系数取0.9,每车矿石重量计算为Q=3.01×0.5×0.9÷1.5=0.903吨。
主井设计为主提升井,提升矿石和废石,井筒装备梯子间、管道电缆间。
主井提升系统采用单绳缠绕式提升机,单罐带平衡锤提升方式。
2提升容器规格的选择
2.1小时提升量计算
在选择提升容器规格之前,需先求出小时提升量:
CAn
As=————
tr·ts
式中:
C——不均衡系数,箕斗提升时取1.05;罐笼提升时取1.2;兼做副井提升时取1.25。
An——矿石年产量,9.9万吨/年计算
tr——年工作日数,矿山连续工作制时取tr=330d/a,非连续工作制时取tr=306d/a。
矿山目前采用八小时连续工作制,三班制作业。
ts——每日工作小时数(按三班作业计),罐笼提升作主提升时,取18h;并作主副提升时取16.5h;只作副提升时,一般取15h。
该井筒做为主提升井使用。
CAn1.25×99000
As=——=——————=23吨/小时
tr·ts330×16.5
概算罐笼所能完成的小时提升量时,应根据矿车的外形尺寸选择其规格,一般选用单层罐笼,只有当产量较大时,才考虑选用双层罐笼。
由于井筒断面事前已定,而且井筒深度较深,要满足生产能力需要综合考虑和计算。
2.2罐笼规格选择
在提升系统选择时,由于井筒断面的限制,此方案采用平衡锤单罐笼提升方式。
而矿山采用多中段生产,因此在确定以单罐笼带平衡锤提升的前提下,选择罐笼规格时,应校核罐笼所能完成的小时提升量,最后按速度图计算每小时提升量,验算此一次提升量是否满足提升任务要求。
同时,根据中国建筑工业出版社《采矿设计手册》矿山机械卷提出为减小罐笼质量,增加有效负荷,可采用轻型结构罐笼。
根据9.9万吨/年生产规格,所选罐笼每次提升量应
As
为:
Q′=———(K1√H+μ+θ)
1800
式中:
As——罐笼每小时提升量,为23吨/小时
K1——系数,K1=3.7~2.7,当H<200m时取上限,H>600m时取下限。
按3.0计算。
H——最大提升高度,按329米高度进行计算。
μ——罐笼提升时μ=0
θ——装卸矿车的停歇时间,按冶金工业出版社《采矿手册》第5卷表27-18进行选择。
先按双层普通罐笼双面车场只在一个水平进出车考虑,θ=35S
23
H=329米,Q′=———(3.0√329+35)=1.14吨/次
1800
而按所使用的0.5m3的矿车,采用双层单车罐笼一次有效提升量为:
Q=ρs×Cm×V
式中:
ρs——矿石松散密度吨/m3,
Cm——矿车装满系数,取0.9。
则:
Q=3.01÷1.5×0.9×0.5×2=1.806吨/次
根据计算进行比较,采用双层单车单罐带平衡锤提升方式,矿井的提升能力在329米以内能够满足9.9万吨/年生产能力的要求。
根据实际情况的要求,矿井卷扬直径不宜过大。
因此在进行罐笼型号选择时,应充分结合卷扬机的相关参数,在满足实际生产要求的前提下,罐笼应选择轻型罐笼(轻型钢罐笼或轻型铝合金罐笼)。
烟台市昆仑黄金设备有限公司提供的2#双层罐道钢罐笼,能基本满足要求,其相关参数为:
底盘尺寸1800×1080mm2,最大载重量为4500Kg,自重2740Kg,柔性罐道,罐道间距为1120mm,轨距为600mm,罐道总高度(含悬挂装置)为6.8~7.0m。
2.3平衡锤的选择
采用单容器提升时,一般匹配平衡锤。
以提升物料为主的井筒,平衡锤重量为:
Qc=Qr+Q/2+qr
式中:
Qr——容器自重Kg
Q——一次提升量Kg
qr——矿车自重Kg
Qc——平衡锤重量Kg
Qc=2740+1806÷2+590×2=4823Kg
2.4辅助装置
2.4.1罐道
罐道是提升容器的主要导向装置,根据罐笼型号确定了本次设计采用柔性罐道,平衡锤采用柔性罐道。
2.4.2罐笼承接装置
在中间水平、井底和井口车场设置井口摇台,不设置托台和承接梁。
2.4.3安全装置
矿井提升的安全装置有防坠器、安全门和过卷保护装置等。
在单绳提升中,安全规程规定:
提人或提人和物料的罐笼,必须设动作可靠的断绳保险器(防坠器)。
竖井井口各中段与水平巷道联接处,必须设高度不小于1.5米的栅栏。
进、出口设安全门,安全门只准在通过人员或车辆时打开。
提升设备除了应在深度指示器上设置防止过卷的终端开关外,尚须在井架上设终端开关。
除设置电气过卷保护装置和过卷挡梁外,在井筒上端和井底设置楔形罐道。
3钢丝绳的选择
井下开拓有三个不同的中段,钢丝绳的选择以井筒最低中段深度329米进行计算。
卷扬机采用单绳缠绕式提升机。
Q+Qr
单绳提升钢丝绳每米重量:
P′=——————
11×σb÷m-H0
式中:
Q——一次提升量KgQ=1806Kg
Qr——容器自重KgQr=2740+590×2=3920Kg
H0——钢丝绳最大悬重高度m
H0——H井筒+H井架井架高度暂定18.25米
H0=329+18.25=347.25米
σb——钢丝绳公称抗拉强度Mpa选择1770MPa
m——提升钢丝绳的安全系数,按7.5进行计算。
1806+39205726
ρ′=——————————=————
11×1770÷7.5-347.252251
=2.55(Kg/m)
根据GB/T8918-1996钢丝绳主要用途推荐表中用于主井提升用途的钢丝绳选用6×19W+Fc同向捻线接触钢丝绳。
同时根据重量计算查该标准表各钢丝绳型号,与φ=28mm钢丝绳基本对应。
查该标准表15,φ=28mm钢丝绳天然纤维芯钢丝绳近似重量为289kg/100m,选用公称抗拉强度1770MPa,对应钢丝绳最小破断拉力457KN,最小钢丝破断拉力总和为1.191倍,钢丝直径不大于2.6毫米。
实际安全系数校核:
m′=Qd÷【(Q+Qr+PH0)g】
式中:
m′——安全系数
Qd——钢丝破断力总和N
ρ——钢丝吨每米长度重量kg/m
457000×1.191544287
m′=————————————————=—————
(1806+1180+2740+2.89×347.25)×9.865950
=8.25≥7.5
因此钢丝绳型号选择为:
28NAT6×25Fi+FC1770ZZGB/T8918-1996
并按相关安全规程进行使用、维护与检查、试验。
4卷扬机尺寸的选择
4.1卷扬直径计算
缠绕式卷扬机的主要尺寸是卷筒的直径D和宽度B,根据矿山安全规程,卷筒直径与钢丝绳直径d及钢丝直径δ的关系为:
井下提升设备D≥80dD≥1200δ
式中:
D——卷扬直径mm
D≥80×28=2240mm
D≥1200×1.8=2140mm
根据计算,卷扬直径应在2.5米左右。
4.2提升机的最大静张力与最大静张力差验算
最大静张力Tjmax=(Q+Qr+ρH0)g
最大静张力差△Tj=(Q+ρH0)g
式中符号同前
Tjmax=(1806+2740+1180+2.89×347.25)×9.8
=65950N≈66KN
△Tj最大静张力差的计算如果选用单罐带平衡锤提升方式,则△Tj=(Mc+PH0-Qr)×9.8
=(4823+2.89×347.25-2740)×9.8
=30248N=30.2KN
根据最大静张力与最大静张力差计算,查冶金工业出版社的《采矿手册》第5卷表27-3中JK-A型单绳缠绕式矿井提升机技术参数,卷扬机型号2JK-2.5/20A可以满足要求。
4.3卷扬机卷筒宽度计算
H+L
按双卷筒单层缠绕计算:
B=(———+n1)(d+ε)
πD
式中:
B——卷筒宽度mm
H——井筒提升高度m
L——试验绳长,一般取30m
n1——摩擦圈数,取3
ε——绳槽间隙,取3mm,其它同前
347.25+30
B=(————+3)(28+3)
3.14×2.5
=1583mm
通过计算可知,2.5米卷扬机宽度1.2米双卷筒需要双层缠绕。
该矿井主井提升采用双层缠绕应该满足《金属非金属矿山安全规程》关于钢丝绳双层缠绕的有关规定。
查《采矿手册》第五卷表27—3,选择卷扬机型号为2JK—2.5/20A双卷筒提升机,其相关技术参数为D=2.5m、B=1.2m,两卷筒中心距为d=1.29m,最大静张力为90KN,最大静张力差为55KN,最大钢丝绳为31mm,最大提升速度为4.78m/S、3.8m/S,减速器型号为PTH900
(2),传动比i=20,电动机最大功率为223KW,转速580r/min。
5天轮的选择
按照有关安全规程的要求,Dt≥80d绳、Dt≥1200δ钢丝,根据所选择的钢丝绳,钢丝直径δ=1.8mm。
因此:
Dt≥80×28=2240mm
Dt≥1200×1.8=2160mm
根据有关人员商议及井下实际情况,天轮可以选择Dt=2.5m。
型号为TSG2500/30,采用四螺栓滚动轴承座,变位重量550kg,允许的钢丝绳全部钢丝破断拉力总和为66150kg。
从以上选择来看,钢丝绳直径基本满足选择的卷扬机、天轮直径的要求,但对钢丝绳钢丝直径的要求应不大于2.08毫米。
6井架和提升机房的配置
6.1井架
井架高度(天轮安装高度):
对于罐笼提升:
hja=hr+hgj+1/4Dt
式中:
hja——井架高度m
hr——提升容器全高(容器底部至连接装置最上面一个绳卡间的距离)m,厂家提供的数据为6.8~7.0m。
hgj——过卷高度m,安全规程规定Vm<6m/s时,hgj≥6m
Dt——天轮直径m
则:
hja=7.0+6.0+1/4×2.5=13.6m
考虑到井上钢丝绳罐道液压拉紧装置的安装高度,现设计井口轨道面至天轮高度为18.25米,满足要求。
6.2卷筒中心至井筒提升中心线间的水平距离:
b=bmin≥0.6hja+3.5+D(式中符号同前)
bmin≥0.6×16+3.5+2.5=15.5m
为满足卷筒中心到提升中心的最少距离,卷筒中心到提升中心的距离b取27米。
6.3钢丝绳的弦长计算
井架天轮安装在同一水平面但不同水平轴线上。
Lx1=√(b-b’/2-Dt/2)2+(hja-C)2-1/4(D-Dt)2上出绳弦长
Lx2=√(b+b’/2-Dt/2)2+(hja-C)2-1/4(D+Dt)2下出绳弦长
式中:
b’——两天轮的水平距离,与两天轮平面和提升容器进、出车方向的夹角α有关。
0゜≤α≤90゜,根据现有卷扬机与井筒断面布置设计,α预取35゜。
两提升中心距离为m=1131mm。
b’=msinθ-400cosθ=1131×sin35゜-400cos35=648-327=321mm
C——卷筒轴中心线高出井口水平的距离,根据有关安全规程规定,一般取C=1~2m,取C=1.0m进行计算。
Lx1=√(27-0.321/2-25/2)2+(18.25-1)2-1/4(2.5-2.5)2=31.9
Lx2=√(23+0.321/2-2.5/2)2+(18.25-1)2-1/4(2.5+2.5)2=31.8
6.2.4钢丝绳偏角
选用双卷筒φ2.5m卷扬,在该井筒要做双层缠绕。
因此,钢丝绳最大偏角计算以双层缠绕时计算。
B-(S-a)/21.2-(1.155-0.09)/2
tg-1α1=tg-1————=tg-1————————
Lx231.8
==1゜12'9〃
(S-a)/2(1.155-0.09)/2
tg-1α2=tg-1————=tg-1————————
Lx231.8
==0゜57'34〃
式中:
S——两天轮间距1131cos35゜+400sin35゜=1155mm
a——两卷筒内缘间距a=0.09m
根据计算钢丝绳偏角能够满足要求。
6.2.5钢丝绳仰角
hja-cD-Dt
ψ1=arctg——————-arctg————
b-Dt/22Lx1
18.25-12.5-2.5
=arctg———————-arctg————
27-2.5/22×31.9
=33゜49'6〃
hja-cD+Dt
ψ2=arctg—————+arctg————
b-Dt/22Lx2
18.25-12.5+2.5
=arctg———————+arctg————
27-2.5/22×31.8
=38゜18'48〃
符合仰角大于30゜的要求。
7提升运动学计算
7.1提升速度
V=0.3~0.5H’
式中:
0.3~0.5为系数,当H’<200m时取下限,H’>600m时取上限
H’——加权平均提升高度
则:
V=0.3√329=5.44m/s
考虑到矿山的生产能力不是很大,根据提升机的绳速可选取Vm=3.8m/s计算。
7.2提升加速度
a加、a减=0.5m/s2
7.3提升时间平衡计算
罐笼提升一般采用三阶段速度图,平衡锤单容器提升速度图的计算与双容器提升相同,只是一次提升全时间为T=2(T1+θ),其中θ为罐笼进出车的停歇时间,对单车双层罐笼双面车场、矿车容积小于0.75m3时θ=35S
运动学计算表(计算329m一个高度)
计算项目
单罐提升计算公式
结果
加、减速度(m/s2)
a1=a3
0.5
加、减速度时间(s)
t1=t3=Vm/a
7.6
加、减速运行距离(m)
h1=h3=1/2Vt12
14.44
等速运速行距离(m)
h2=H-h1-h3
300.12
等速运行时间(s)
t2=h2/Vm
79
一次提升运行时间(s)
T1=t1+t2+t3
94.2
停歇时间(s)
θ
35
一次提升全时间(s)
T=2(θ+T1)
258.4
每小时提升次数ns
ns=3600/T
13
最低中段年提升能力表万t
项目
中段
高度
加速度
速度
每小时
提升次数
As×tr×ts
年提升量An=—————
C
-189米中段
329m
0.5m/s2
3.8m/s
13次
13×2.18×330×16.5
An=————————=12.8
1.2
根据运动学计算可以看出,矿山生产能力满足要求。
随着开拓深度下降,在矿山后期还可以将卷扬机提升速度提高到4.78米/秒,以满足矿山提升能力的需要。
8提升动力学计算
8.1预计电动机功率
为了计算电动机转子变位重量,必须先求得电动机容量,然后根据所求容量及其转速,预选出电动机。
电动机近似容量按下式计算:
KQVm
N=ρ(kw)
102η
式中:
Q——一次提升量Q=1806Kg
K——井筒阻力系数,罐笼取1.2
ρ——动力系数,罐笼提升ρ=1.3~1.4,取1.35计算
η——减速器的传动效率,按二级传动η=0.85
Vm————3.8m/s
1.2×1806×3.8
N=×1.35=128.1KW
102×0.85
根据预选电动机功率计算,初选电动机型号JR2-400M2-8型三相(380V)异步电动机。
额定功率N=190KW,转速750r/min,最大转矩/额定转矩比为1.8。
8.2变位质量计算:
8.3单罐带平衡锤提升变位质量计算表
计算项目
计算公式
双卷筒
变位质量总和(Kg)
∑m=Q+Qg+Qk+Qc+2Psl+2mt+mj+md
42537.5
有效装载量(Kg)
Q
1806
罐笼与矿车质量(Kg)
Qg+Qk
3920
平衡锤质量(Kg)
Qc
4823
两根钢丝绳质量(Kg)
2Ps(H0+Lxi+30+3πD+1/2πDt)
2498.5
两个天轮的变位质量(Kg)
2mt
1100
提升机转动部分变位质量(Kg)
Mj
20710
电动机转子的变位质量(Kg)(类比)
4Jd
mid=i2
D2
Jd_——电动机转子惯量kg.m2
i——减速比
7680
8.3提升动力学计算
单罐带平衡锤提升动力学计算表(三阶段提升方式)
计算项目
计算公式
双卷筒
t1阶段开始(N)
F1=9.8(QT+ρSH)+∑ma1
63671
t1阶段终了(N)
F1′=9.8[QT+ρs(H-2h1)]+∑ma1
62853
t2阶段开始(N)
F2=9.8[QT+ρs(H-2h1)]
41585
t2阶段终了(N)
F2′=9.8{QT+ρs[H-2(h2+h1)]}
40767
t3阶段开始(N)
F3=9.8{QT+ρs[H-2(h2+h1)]}-∑ma3
19498
t3阶段终了(N)
F3′=9.8(QT-ρsH)-∑ma3
2498
提升货物为主时:
QT=0.7Qc=0.7×4823=3376Kg
ρs=2.89Kg/m
8.4等效力的计算
Fx=∑F2t
Tx
式中:
Fx——等效力N
Tx————等效时间Tx=1/2(t1+t3)+t2+Q/3
329-28.8835
=7.6+————+——
3.83
=98.3s
∑F2t=A+B+C其中;
F12+F12636712+628532
A=————t1=——————×7.6
22
(40.5+39.5)×108
=——————×7.6=304.2×108
2
F22+F2F2’+F2’2
B=——————t2
3
415852+41585×40767+407672
=—————————————×79=1339.5×108
3
F32+F3’2194982+24982
C=————×t3=——————×7.6
22
=14.7×108
∑F12t=1658.4×108
1658.4×108
Fx1=√——————=4.11×104
98.3
9电动机容量校核及过载系数验算
9.1电动机等效功率计算
FxVm
Nx=———
1000η
41100×3.8
=—————=183KW<190KW
1000×0.85
9.2按力图过负荷计算
Fmax
——<0.85λ
Fe
Ne1000η190×1000×0.85
Fe=—————=———————=42500N
Vm3.8
式中:
Fe——电动机额动拖动力N
λ——过载系数1.8
Ne——额是功率190KW
Fmax61427
——=————=1.44<0.85×1.8=1.53
Fe42500
9.3按特殊力验算
Fs
——≤0.9λ
Fe
式中:
Fs——特殊作用力N,Fs为把重罐从井口稍稍提起来,Fs=K(Q+Qg+Qk-ρsH)g
Fs=1.2(1806+2740+1180-2.89×345)×9.8=55612N
Fs55612
—=————=1.31<0.9×1.8=1.62
Fe42500
由以上验算可知原预选电动机能够满足提升要求
10提升系统设计中的相关建议
1、由于公司已选定φ2.5米卷扬机作为提升系统的提升设备,本次计算是按照选定提升机进行罐笼、电机功率配置、钢绳的选型验算。
通过计算推荐罐笼、电机、钢绳的型号以满足提升机的要求。
2、在提升容器选择时,如果罐笼选择轻型铝合金罐笼,还可以适当降低钢绳、天轮直径,电机的功率配置的要求。
其相关技术数据要求重新计算,按十年周期进行经济技术指标比较。
二00九年五月十七日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 提升 系统 设计
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)