第4章矿井提升设备

第四章矿井提升设备

一、矿井提升设备的任务和特点

任务:沿井筒提升煤炭（或矿石）、矸石、运送材料、升降人员和设备等。它是矿山大型固定设备之一，是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽、矿山运输的咽喉。

矿井提升设备的特点是：

安全性

可靠性

经济性二、矿井提升系统

矿井提升系统的组成

提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架（塔）和天轮、装卸载设备及附属装置等矿井提升设备组成。

二、矿井提升系统

矿井提升系统的分类

⑴按用途分主井提升设备和副井提升设备

⑵按提升容器分箕斗提升设备、罐笼提升设备、矿车提升设备和吊筒提升设备

⑶按提升机类型分缠绕式提升设备和摩擦式提升设备。

⑷按井筒倾角分立井提升设备和斜井提升设备。

⑸按拖动装置分交流拖动提升设备、直流拖动提升设备和液压传动提升设备。常用矿井提升系统

常用矿井提升系统主要有两大类：一类是用以提升煤炭（或矿石）的主井箕斗提升系统，另一类是完成其他辅助任务的副井罐笼提升系统。

1）立井单绳缠绕式提升机箕斗提升系统

2）立井多绳摩擦式提升机罐笼提升系统

图11-2塔式多绳摩擦罐笼提升系统示意图1-主导轮；2-导向轮；3-井塔；4-罐笼；5-提升钢丝绳；6-尾绳

多绳摩擦式提升系统有井塔式和落地式两种布置方式。井塔式是把提升机安装在井塔上，其优点是布置紧凑，节省工业广场占地，没有天轮，钢丝绳不在露天中，改善了钢丝绳的工作条件，但需要建造井塔，费用较高。塔式摩擦提升机又可分为有导向轮和无导向轮两种。有导向轮与无导向轮相比，其优点是两提升容器的中心距不受摩擦轮直径的限制，不仅可减小井筒断面而且可以加大钢丝绳在摩擦轮上的围包角，增加其提升能力。其缺点是钢丝绳产生反向弯曲，影响使用寿命。落地式是将提升机安装在地面上，其优点是井架建造费用低，减少了矿井的初期投资，并可提高抗地震灾害能力。过去多采用井塔式，近年来已采用落地式。

多绳摩擦式提升机与单绳缠绕式提升机相比，其主要优点是：

①提升高度不受滚筒宽度限制，适用于深井提升；

②由于多根钢丝绳共同承受终端载荷，钢丝绳直径变小，故摩擦轮直径显著减小；

③在相同提升速度情况下，可以使用转速较高的电动机和较小传动比的减速器；

④采用偶数根钢丝绳，且左右捻各半，消除了提升容器在提升过程中的扭转，减小了罐耳和罐道间的摩擦；

⑤钢丝绳搭放在摩擦轮上，减少了钢丝绳的弯曲次数，改善了钢丝绳的工作条件，可以提高钢丝绳的使用寿命；⑥多根钢丝绳同时被拉断的可能性极小，提高了安全性。因此，多绳提升罐笼可以不设防坠器。

其主要缺点是：

①多根钢丝绳的悬挂、更换、调整、维护检修工作复杂，而且当一根钢丝绳损坏时，需要更换所有钢丝绳；

②绳长不能调节，不适应多水平提升，也不适用于凿井。

3）斜井提升系统

斜井提升系统有斜井箕斗提升系统和斜井串车提升系统。

在倾斜角度大于25°的斜井，使用矿车提升煤炭易洒煤，其主井宜采用箕斗提升。斜井箕斗多用后卸式的。

与斜井箕斗提升相比较，串车提升系统不需要复杂的装卸载设备，具有投资少、投产快的优点，是中小型斜井常用的一种提升系统。

第二节提升容器及钢丝绳

提升容器按其结构可分类如下：提升容器竖井斜井主井—箕斗底卸式箕斗侧卸式箕斗副井—罐笼凿井时期—吊桶普通罐笼翻转罐笼箕斗后壁卸载式箕斗翻转式箕斗矿车人车翻转式箕斗(一)箕斗及其装载装置

1．箕斗

箕斗是提升煤炭及矸石的提升容器。根据卸载方式分为翻转式、侧卸式及底卸式。根据提升钢丝绳数目有单绳和多绳箕斗。

箕斗应具备结构轻、强度高、装卸快、运行可靠、容易布置的特性。

箕斗一般由三部分组成，即斗箱、悬挂装置和卸载闸门。

图11-4单绳立井箕斗JL型底卸式箕斗采用曲轨连杆下开折页平板闸门1—楔形绳环；2—框架；3—可调节溜煤板；4—斗箱；5—闸门；6—连杆；7—卸载；8—套管罐耳9—钢轨罐道罐耳；10—扭转弹簧；11—罩子；12—连接装置；2．箕斗装载装置

⑴箱式箕斗装载装置

图11－6立井箕斗定量斗箱装载设备1—斗箱；2—控制缸；3—拉杆；4—闸门；5—溜槽；6—压磁测重装置；7一箕斗⑵输送机式箕斗装载装置

图11－7定量输送机装载设备示意图１—煤仓；２—输送机；３—活动过度溜槽；４—箕斗；５—中间溜槽；６—负荷传感器；７—煤仓闸门（二）罐笼及其承接装置

1．罐笼

罐笼按提升钢丝绳的数目可分为单绳罐笼和多绳罐笼。按层数可分为单层罐笼、双层罐笼和多层罐笼。按其所装矿车的名义装载量可分为1t、1.5t和3t罐笼。

罐笼的设计应使其结构坚固，重量轻，并能运送井下的大型设备，一般采用普通钢材制作。为减轻罐笼自重，也有采用铝合金和高强度钢材制作罐笼的。图11-7单绳1t普通标准罐笼结构简图

1-提升钢丝绳；2-双面夹紧楔形绳环；3-主拉杆；4-防坠器；5-橡胶滚轮罐耳(用于刚性组合罐道)；6-淋水棚；7-横梁；8-立柱；9-钢板；10-罐门；11-轨道；12-阻车器；13-稳罐罐耳；

14-罐盖；15-套管罐耳(用于绳罐道)

⑴罐体

罐体由骨架（横梁7和立柱8）、侧板、罐顶、罐底及轨道等组成。罐笼顶部设有半圆弧形的淋水棚6和可以打开的罐盖14，以便运送长材料时用。罐笼两端设有帘式罐门10，以保证提升人员时的安全。

⑵连接装置

连接装置是连接提升钢丝绳和提升容器的装置，包括主拉杆、夹板、楔形环等。⑶罐耳

与罐道配合，使提升容器在井筒中运行稳定，防止发生扭转或摆动。

⑷阻车器

防止提升过程中，矿车跑出罐笼。

⑸防坠器2．罐笼承接装置

主要有罐座、承接梁、摇台和支罐机四种。

图11-8摇台（原书图9－17）

1-摇臂；2-手把；3-气缸；4-配重；5-轴；6-摆杆；7-销子；8-滑车；9-摆杆套；10-滚轮⑷支罐机

图11-9支罐机（原书图9－18）

1-液压油缸；2-支托装置；3-固定导轨

（三）提升容器的附属装置1．防坠器

⑴防坠器的作用

⑵对立井防坠器的基本要求

必须保证在任何条件下都能制动住下坠的罐笼，动作迅速、平稳、可靠；为保证人身安全，在最小终端载荷时，制动减速度不大于50m/s2，延续时间不超过0.2～0.5s，在最大终端载荷时，制动减速度不小于10m/s2；防坠器动作的空行程时间，即从钢丝绳断裂到防坠器发生作用的时间，应不大于0.25s；结构简单、可靠；各个连接和传动部分，动作灵活，不能产生误动作；新安装或大修后的防坠器，必须进行脱钩试验，合格后方可使用。

（三）提升容器的附属装置⑶防坠器的结构和类型

防坠器一般由四部分组成：开动机构、传动机构、抓捕机构和缓冲机构。

根据防坠器的使用条件和工作原理，防坠器可分为木罐道切割式防坠器、钢轨罐道摩擦式防坠器和制动绳摩擦式防坠器。木罐道防坠器只能用于采用木罐道的提升系统，钢轨罐道防坠器只能用于采用钢轨罐道的提升系统。罐道既是罐笼运行的导向装置，又是防坠器抓捕罐笼的支承物。制动绳防坠器需专设制动绳作支承物，因此它可用于任何罐道的提升系统。（三）提升容器的附属装置⑷BF型系列制动绳防坠器

图11-10BF型系列防坠器布置图

1-锥形杯；2-导向套；3-圆木；4-缓冲绳；5-缓冲器；6-连接器；7-制动绳；8-抓捕机构；9-罐笼；10-拉紧装置

防坠器的开动机构、传动机构及抓捕机构简图

1-弹簧；2-滑楔；3-主拉杆；4-横梁；5-连板；6-拨杆；7-制动绳；8-导向套

图11-12缓冲器

1-螺杆；2-螺母；3-缓冲绳；4-小轴；5-滑块

图11-13制动绳拉紧装置

1-制动绳；2-张紧螺栓；3-张紧螺母；4-压板；5-绳卡；6-角钢；7-可断螺栓；8-固定梁

2．导向装置

导向装置也称罐道。罐道分为刚性罐道和钢丝绳罐道。

⑴刚性罐道

刚性罐道有木罐道、钢轨罐道和组合钢罐道。钢轨罐道采用普通重型钢轨做成，侧向刚度小，使容器运行时产生横向摆动，罐耳磨损较大，通常用于提升速度不大，提升量较小的场合。

组合罐道采用槽钢和钢板焊成，其优点是侧向抗弯和抗扭刚度大，与胶轮罐耳相配合运行阻力小，因而容器运行平稳，罐耳磨损小，寿命延长。这种罐道主要用于提升速度高、一次提升量大的场合。⑵钢丝绳罐道

钢丝绳罐道与刚性罐道相比，安装工作量小，建设时间短，维护简便，容器运行平稳。因无罐道梁，可适当减小井筒壁厚，通风阻力小；但绳罐道要求容器与井壁之间间隙较大，使井筒净断面增加，且因罐道绳需一定的张紧力而使井架或井塔的荷重增加，井筒不直时不能采用绳罐道。大型矿井每个容器一般采用4～6根罐道绳，小型矿井可采用2～3根罐道绳。罐道绳上端用双楔块固紧式固定装置固定在井架上，下端用重锤拉紧。3．防过卷缓冲装置

防止过卷事故较好的对策是：一要尽量使过卷事故少发生；二是一旦发生则控制事故损失为最小；即除了提高设备自动化程度、元件可靠性，加强运行状态的监测监控手段外，还应设置性能优异的防容器过卷缓冲装置。

在井上设置防过卷缓冲装置的同时，井下应设防过放装置（双容器提升过卷和过放同时发生）。二、提升钢丝绳（一）钢丝绳结构

钢丝绳是由优质碳素结构钢丝制成，一般直径为0.4～4mm，钢丝的抗拉强度为1370～1960N/mm2，我国立井提升多采用1520N/mm2和1665N/mm2两种抗拉强度的钢丝绳，斜井提升采用1370N/mm2和1520N/mm2两种。为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，常在钢丝表面镀锌后捻制成绳，称为镀锌绳；未镀锌的称为光面绳。按钢丝的韧性又分为特号、Ⅰ号、Ⅱ号三种。提升物料选特号或Ⅰ号，提升人员必须选用特号韧性钢丝绳。

绳芯有金属绳芯、石棉芯、合成纤维芯及有机芯四种，绳芯的作用是：（1）减少钢丝之间的挤压变形和接触应力；（2）使钢丝绳富有弹性，抗冲击和缓和弯曲应（3）贮存润滑油，防止内部锈蚀和减少丝间摩擦。（二）钢丝绳分类1．按钢丝绳绕制次数分

（1）一次捻绳

由钢丝直接捻制成绳，没有绳股，适宜作静止的拉索。

（2）二次捻绳先由丝捻成股，再由股捻制成绳，适宜作提升用绳。

（3）三次捻绳

由丝捻成股，由股捻成细绳，再由细绳捻成粗绳，多用作钢索桥梁。

2．按捻向分

（1）按由股捻成绳的捻向分

左捻钢丝绳，右捻钢丝绳。

（2）按捻法分

同向捻钢丝绳；交互捻钢丝绳。

同向捻钢丝绳比较柔软，表面光滑，与绳轮接触面积大，弯曲应力小，使用寿命较长，断丝易发现，多用作提升绳。这种绳稳定性差．易打结。交互捻特点与之相反，常用作斜井串车提升绳。

选用捻向时应使钢丝绳在滚筒上缠绕时的螺旋方向一致，以使缠绕时绳子不会松劲。

3．按股中钢丝接触情况分

（1）点接触式

股内钢丝直径相等，内外各层钢丝之间呈点接触状态，丝间接触应力很高，易磨损，易断丝，耐疲劳性能差。

（2）线接触式

多用不同直径的钢丝捻制，在各层间钢丝呈平行状态且为线接触。这种绳无二次弯曲现象，绳结构紧密，金属断面利用系数高，使用寿命长。（3）面接触式

结构紧密，表面光滑，与绳轮接触面积大，耐磨损，抗挤压；股内钢丝接触应力小，抗疲劳，寿命长；钢丝绳金属断面系数大，同样绳径下有较大强度；钢丝绳伸长变形小，但柔软性能差。

4．按绳股断面形状分

（1）圆股

这种绳易制造，价格低，矿井提升应用最多。

（2）异形股

绳股断面为三角形或椭圆形，强度比圆股绳高，承压面积大，外层钢丝磨损小，抗挤压，寿命长。

5．特种钢丝绳

（1）多层股不旋转钢丝绳，多用作尾绳和凿井提升绳。

（2）密封钢丝绳，多用作罐道绳。

（3）扁钢丝绳，适用于作尾绳。

（三）钢丝绳的标注方法

第三节矿井提升机矿井提升机一般由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统、润滑系统及操纵台组成。根据矿井提升机工作原理和结构不同，可分为以下类型：

单绳缠绕式提升机工作可靠，结构简单，适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。多绳摩擦式提升机适用于中深和深度矿井。多绳缠绕式提升机（布雷尔提升机）适用于深井和超深井。

一、单绳缠绕式提升机

国产单绳缠绕式提升机有两个系列：JT系列，卷筒直径为0.8~1.6m，主要用于井下，一般称为矿用绞车，有防爆和不防爆两种；JK系列，卷筒直径为2~5m，属大型矿井提升机，主要用于立井提升。

1．主轴装置

2．调绳离合器

双卷筒提升机都有调绳离合器，其作用是使活卷筒与主轴连接或脱开，使两卷筒能相对转动，以便调节绳长。调绳离合器有三种基本类型：蜗轮蜗杆离合器、摩擦离合器和齿轮离合器。目前应用最多的是轴向移动式齿轮调绳离合器，轴向移动齿轮离合器1-主轴；2-键；3-轮毂；4-油缸；5-椽胶缓冲垫；6-齿轮；7-尼龙瓦；8-内齿轮；9-卷筒轮辐；10-油管；11-轴承座；12-密封头；13-闭锁阀3．减速器JK系列提升机采用圆弧齿轮减速器，速比为11.5、20、30，型号为ZHLR-115，ZHLR-130，ZHLR-150，ZHLR-170型。

二、多绳摩擦式提升机

多绳摩擦提升与单绳缠绕式提升相比，其主要优点是：

(1)安全系数、材料强度、总截面积相同的情况下，多绳摩擦提升每根钢丝绳的直径为单绳缠绕式提升钢丝绳直径的；

(2)多绳摩擦提升机主导轮直径较单绳缠绕式提升机卷简直径小；

(3)整个提升机尺寸减小、重量减轻，同时电动机容量和能耗也相应减小；

(4)主导轮直径减小，可以使用较高转速电动机和较轻重量减速器；

(5)数根钢丝绳同时承受提升载荷，安全性较高；

(6)采用偶数根钢丝绳，且捻向为左右捻各半，消除了提升容器在提升过程中的转动，减少了罐道对容器罐耳的摩擦阻力。1．工作原理

多绳摩擦式提升机的工作原理不同于缠绕式提升机，它是依靠钢丝绳与摩擦衬垫之间的摩擦力传递动力。由挠性体摩擦传动的欧拉公式可知，在临界状态下，摩擦轮两侧钢丝绳张力的极限比值为

式中F1、F2——分别为重载及空载侧钢丝绳张力；

μ——钢丝绳与衬垫之间的摩擦系数，通常取μ=0.2；

α——钢丝绳在摩擦轮上的围包角，弧度。

当两侧钢丝绳的实际张力比F1/F2的值大于eμα值时，钢丝绳与摩擦轮之间将发生相对滑动。为避免这种滑动，两侧实际张力比不能达到其极限值，而应当留有一定的安全裕量。2．主要部件结构（1）主轴装置

多绳摩擦提升机主轴装置主要由摩擦轮、轮毂、主轴、主轴承、轴承梁及制动盘组成，（2）车槽装置

为了保证几根绳的绳槽处直径相同，以使各钢丝绳张力均衡，多绳摩擦提升机设有车槽装置。（3）减速器

塔式摩擦提升机部分采用弹簧基础共轴减速器，其目的是消除机器传给井塔的振动。

（4）深度指示器

提升机深度指示器的作用是：①向司机指示容器在井筒中的位置；②容器接近井口停车位置时发出减速信号及减速控制指令；③当提升容器过卷时使装在指示器上的终点开关动作，切断安全回路，实现安全制动；④减速阶段提供给定速度并通过限速装置实现过速保护。

以前国内使用的深度指示器主要有：牌坊式和圆盘式。用于多绳摩擦式提升机的深度指示器带有差动调零装置和可消除滑动、蠕动影响的精针指示系统。（5）钢丝绳张力平衡装置

多绳摩擦提升机上各钢丝绳的张力难以保持一致，其原因是：

①绳槽直径的偏差②各钢丝绳的刚度偏差③各钢丝绳的长度偏差

④钢丝绳在摩擦轮上的滑动

⑤钢丝绳的蠕动改善钢丝绳张力不平衡的措施是：

⑴尽可能消除各钢丝绳物理方面的差异

⑵设有车槽装置，定期及时车削绳槽。

⑶采用张力平衡机构

⑷采用弹性摩擦衬垫

图7-17张力自动平衡悬挂装置结构图1－楔形绳环；2－中板；3－上连接销；4－档板；5－压板；6－侧板7-连通油缸；8－连接组件；9－垫块；10－中连接销；11－换向叉；12－下连接销三、制动系统提升机制动系统是提升机的重要组成部分，它由制动器（执行机构，通称为闸）和传动机构组成。制动器是直接作用于制动盘（轮）上、产生制动力矩的部分，按结构分为块闸和盘闸，块闸又分为角移式和平移式。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，按动力源分为液压、气压和弹簧等。KJ2~3m、KJ4~6m提升机分别采用油压和气压块闸制动系统，国产JK系列提升机和多绳摩擦提升机均采用液压盘式闸制动系统。

1．制动系统的作用

①正常工作制动，即在减速阶段参与提升机的速度控制；②正常停车制动，即在提升终了或停车时闸住提升机；③安全制动，即当提升机工作不正常或发生紧急事故时，迅速而及时地闸住提升机；④调绳制动，即双卷筒提升机在调绳或更换水平时闸住活卷筒，松开死卷筒。

2．对制动系统的要求

对于立井或倾角大于30°的斜井，①最大制动力矩不得小于提升或下放最大静负荷力矩的3倍；②对于双卷筒提升机，为了使离合器打开时能制动住游动卷筒，制动器在各卷筒上的制动力矩不得小于该卷筒悬挂提升容器和钢丝绳重力所产生力矩的1.2倍；③在同一制动力矩作用下，安全制动时，提升或下放载荷，其减速度是不同的。在立井中，安全制动时的减速度必须满足；④对于摩擦式提升机工作制动或安全制动的减速度，不得超过钢丝绳的滑动极限，即不引起钢丝绳打滑；⑤安全制动必须能自动、迅速和可靠地实现。

如果以上各条件之间有矛盾不能同时满足，则需采用二级制动。3．二级安全制动

二级安全制动就是将某一特定的提升机所需要的全部制动力矩，分成两级施加。施加第一级制动力矩后，使提升机产生符合《煤矿安全规程》规定的安全制动减速度，当提升机停下后施加第二级制动力矩，使提升机满足3倍静力矩的要求。

对于直流拖动、自动化程度较高的提升机，由于速度控制性能较好，运行参数稳定，不需二级制动，故液压系统较简单。

4．盘闸制动系统

图11-22盘闸制动器结构图（原书图9-29）

制动器体；2-碟形弹簧；3-弹簧座；4-挡圈；5、8、22-油封；6、24-螺钉；7、17-油管接头；

9-缸盖；10-活塞；11-后盖；12、14、16、19-密封圈；13-连接螺栓；14-活塞内套；

18-油管；20-调节螺母；21-液压缸；23-压板；25-筒体；26-闸瓦

图11-23盘闸制动器工作原理图（原书图9-30）

活塞；2-液压缸；3-碟形弹簧；4-筒体；5-闸瓦；6-制动盘

第四节提升设备运行理论

矿井提升设备的运行理论是研究提升设备在一个提升循环过程中提升容器的速度变化规律和电动机作用在提升机卷筒圆周上力的变化规律的。

一、矿井提升设备的运动学1．提升设备的运动规律——速度图

2．提升加速度的确定

a.符合安全要求

《规程》要求，升降人员：

《规范》建议，箕斗提升：加速度≤1.2b.满足电机过负荷能力要求：一般按电机最大拖动力的0.75倍考虑。

c.满足减速器许用转矩要求：电动机通过减速器作用到卷筒主轴上的拖动力矩必须小于减速器所允许的最大输出转矩。

对于摩擦提升，还应满足防滑能力要求。

对于斜井提升，还应满足自然加速度要求。

在满足以上各条件的同时应取较大值，以充分利用设备能力，提高设备效率。

3．提升减速度的确定

减速方式

自由滑行减速方式

制动减速方式

电动机减速方式减速方式的选择原则

a.满足《规程》要求，；

b.在保证安全和完成产量的前提下，箕斗减速度以恰能使提升系统按自由滑行方式减速为好；

c.副井罐笼为安全，都应采用电气制动方式减速。

4．最大提升速度的确定

经济速度:

标准速度的确定

方法一：

计算出经济速度；

按已选择的提升机，查找与经济速度相近的标准速度。

方法二：

a)计算出经济速度；

b)按的计算值选择电机规格表中相近的额定转速；

c)按额定转速重新计算标准速度。

最大提升速度（标准速度）应符合《规程》要求5．提升速度图的计算

在提升系统主加速度、减速度、最大提升速度确定后，即可计算提升各阶段的运行时间和运行距离。箕斗提升六阶段等加速度图计算关系式列于表11－1中。

二、矿井提升设备的动力学矿井提升设备的动力学是研究提升设备在一个提升循环过程中提升机卷筒圆周上力的变化规律的。为验算电动机功率及电气控制设备的选择计算提供依据。

1．提升系统动力方程式

提升机拖动力所要克服的系统阻力包括静阻力和惯性力两部分。根据达朗伯原理，电动机作用于提升机主轴上的拖动力矩，与提升系统作用于主轴上的静力矩和惯性力矩处于平衡状态，即

对于等直径提升机，可以写成力的关系式，即

2．提升系统的静阻力提升系统静阻力，包括静力和提升运动时的矿井阻力。对于双容器提升系统，系统静力为重载侧和空载侧的静力之差，矿井阻力包括井筒中气流和罐道对容器的运行阻力，天轮轴承阻力以及钢丝绳在天轮、卷筒上的弯曲阻力。

当容器运行x时重载侧（上升侧）的提升静阻力为

空载侧（下放侧）：提升系统静阻力为两侧静阻力之差，即

矿井阻力通常以有益载荷的百分数来估算

则上式可写成

矿井阻力系数k

由式（11-4）可知，无尾绳提升系统的静阻力在提升过程中随的增大而线性下降。由于提升钢丝绳长度的变化引起的静阻力的这种变化称为静力不平衡现象，挂尾绳是解决静力不平衡现象的一种方法，尾绳一般采用不旋转钢丝绳，也可采用扁钢丝绳。此时静阻力为

若，则，称此系统为静力平衡提升系统。挂尾绳需增加费用，还要加深井筒以容纳尾绳环，故缠绕式提升机一般不挂尾绳，而多绳摩擦提升机为减少两侧钢丝绳张力差，改善防滑条件，一般均挂尾绳。

3．变位质量的概念

⑴总变位质量的定义

用一个假想的集中在卷筒表面的当量质量来代替系统中所有运动部分的质量，称总变位质量，以Σm表示。

⑵变位原则

运动部分质量变位前后其动能不变。

⑶提升系统中的各运动部分

容器:有益载荷与卷筒圆周运动速度相同，不须变位。

钢丝绳:提升机及减速器转动件

天轮:变位质量可由规格表中查出。

电机转子:需计算（见选型设计）

4．单绳缠绕式箕斗提升系统力图计算

根据提升系统动力方程式计算各阶段的拖动力（见表11－2），并作出力图，通常将速度图和力图画在一起，通称为提升工作图。

力图是计算电动机容量、电耗、选择电力拖动控制设备以及设计校核机械部分强度的依据。三、提升电动机容量的校核、电耗及效率的计算1．提升电动机容量的校核

电动机容量应分别按温升条件和过负荷条件校核。

1）按提升机温升条件校核

提升电动机的等效功率（kW）为

（11-10）

当所选电动机的额定功率满足下式时，则符合温升条件。

（11-11）

2）按过负荷条件校核

a.正常过负荷验算

（11-12）

b.特殊过负荷校核

无论在何种条件下进行提升，特殊需要的拖动力应满足下式

（11-13）

通常在下列条件下发生：

更换提升水平或调节绳长时，打开离合器作单钩提升用。

（11-14）

罐笼提升采用罐座时，当空罐位于井口罐座上，把井底重罐稍稍提起。

（11-15）

2．交流提升设备的电耗及效率

1)一次提升电耗的分析

图11-28为采用自由滑行方式减速的箕斗提升功率图。图中实线代表提升机主轴功率，按下式计算

（11-16）

虚线代表电动机轴的输出功率，按下式计算

（11-17）

点画线代表电动机的电磁功率，大小为电动机轴上的力矩与转子最大角速度乘积，按下式计算

（11-18）

显然，在加速阶段和脉动爬行阶段电磁功率有相当大的一部分消耗在转子中加的调速电阻上，从而使输出功率减少，这是绕线式交流电动机转子电路串联调速电阻的主要缺点。图11-28中面积2、3即为电阻上消耗的功率。叉画线代表电动机从电网上吸取的功率，按下式计算

（11-19）一次提升电能消耗为

（11-20）提升设备的吨煤电耗为

（11-21）2)提升设备效率的计算

一次提升的有益电耗为

（11-22）

提升设备的效率为一次提升有效电耗和一次提升电耗的比值，即

（11-23）

第五节矿井提升设备选型设计一、选型设计的基本原则与设计依据

选型设计的基本原则

一般情况下，年产量在30万吨及其以上的大中型矿井，由于提升任务重，可设两套提升设备，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。对于年产量超过180万吨的特大型矿井，主井可采用两套箕斗提升设备，副井除配备一套罐笼提升设备外，有时尚需设置一套带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升。对于年产量小于30万吨的矿井，可采用两套罐笼提升设备，或采用一套罐笼提升设备进行混合提升。对于大中型矿井，除考虑年产量外，还应考虑：

①如果煤的品种较多，且要求不同品种分别外运时，以采用罐笼提升为宜。

②如果对煤块度要求较高时，宜采用罐笼提升。

③地面生产系统靠近井口，采用箕斗提升可简化煤的生产流程；若远离井口，且需窄轨运输，则宜采用罐笼提升。

④单水平开采时，一般采用双容器提升。当多水平提升时，一般采用单容器加平衡锤的提升系统。

⑤在立井提升中，一般当年产量超过60万吨、井深在300～350m以上时，采用多绳摩擦式提升为好；如果井深更大，即使年产量较小，也以多绳摩擦式提升为宜。对于斜井或较浅的立井应采用单绳缠绕式提升设备。

⑥对于斜井提升方式主要有串车、箕斗和胶带输送机三种。串车提升一般用于井筒倾角小于25°的矿井。对于年产量在20万吨及其以下的矿井，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。箕斗提升一般用于年产量在45万吨以上，井筒倾角大于25°的矿井。胶带输送机一般用于年产量较大，距离较长的斜井中。

设计依据

⑴主井提升

①矿井年产量An，t/年；

②工作制度：年工作日br，日工作小时t。《煤矿工业设计规范》规定，br=300天，t=14h；

③矿井开采水平数、各水平井深Hs及各水平的服务年限；

④提升方式：箕斗或罐笼；

⑤卸载水平与井口的高差（卸载高度）Hx，m；

⑥装载水平与井下运输水平的高差（装载高度）Hz，m；

⑦煤的松散密度，t/m3；

⑧矿井电压等级。⑵副井提升

①井筒各水平深度Hs，m；

②矸石提升量，若无特别规定，一般按煤炭产量的15%～25%计算；

③最大班下井人数，一般按每天下井人数的40%计算；

④矿车型号、规格；

⑤每班运送材料、设备、炸药等的数量；

⑥送往井下最大设备的尺寸和最重部件质量。

二、提升容器的选择计算

1.小时提升量Ah

(11-24)

式中c—提升不均衡系数。《煤矿工业设计规范》规定，有井底煤仓时为1.10～1.15，无井底煤仓时为1.20；

af—提升能力富裕系数。主井提升设备对第一水平留有20%的富裕能力。

2.合理的经济提升速度

m/s(11-25)

式中H——提升高度，H=Hs+Hx+Hz，m。

提升高度愈大，其系数取值愈大。一般情况下，当H<200m时取0.3为宜，当H>600m时取0.5为宜。此外，《煤矿安全规程》对提升速度作了规定。

①立井罐笼升降人员的最大速度不得超过0.5，并且最大速度的数值不得超过12m/s；

②专为升降物料的立井提升，最大速度不得超过0.6。

③对于斜井升降人员或使用矿车运输物料的最大速度不得超过5m/s；用箕斗提煤（或矸石）的最大速度不得超过7m/s；当铺设固定道床，采用重型钢轨时，箕斗提煤的最大速度不得超过9m/s。

3.估算一次提升循环时间

(11-26)

4.一次合理提升量

t/次(11-27)

5.箕斗的选择原则：

1）根据计算出的一次合理提升量值，从箕斗规格表中选取接近的标准箕斗；

2）在不增大提升机规格及井筒直径的前提下，选择较大的提升容器，采用较低的提升速度，节省电耗，比较经济合理。6.箕斗选定后，计算一次提升循环时间Tx和所需提升速度vm

s（11-28）

m/s(11-29)副井罐笼提升应考虑以下规定：⑴最大班工人下井时间不超过40min；⑵罐笼提升最大班静作业时间，一般不超过5h。在计算最大班下井人员、矸石及材料提升时间时应遵守下列规定：

①升降工人时间，按下井工人提升时间的1.5倍计算；

②升降其他人员时间，按升降工人时间的20%计算；

③提升矸石按日出矸量的50%考虑，运送坑木按日需要量的50%考虑。⑶对于混合提升设备的提升能力，应同时符合下述要求：

①最大班工人下井时间不超过40min；

②每班提煤和提矸时间均计入1.25倍不均匀系数，并且总计不超过5.5h。⑷能够运送井下设备的最大和最重部件；⑸普通罐笼进出车（材料车和平板车）的休止时间为40～60s；升降人员的休止时间采用：单层罐笼每次升降5人及以下时为20s；超过5人，每增加1人增加1s；对于双层罐笼，如两层中的人员同时进出罐笼，休止时间比单层罐笼增加信号联系时间2s；当两层中的人员都由一个平台进出时，休止时间比单层罐笼增加一倍并另加置换罐笼时间6s。三、提升钢丝绳的选择计算1．提升钢丝绳的安全系数

根据《煤矿安全规程》的规定，按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。

安全系数是指钢丝绳各钢丝拉断力的总和与钢丝绳最大静拉力之比。《煤矿安全规程》对提升钢丝绳的安全系数ma作了明确规定，如表11-5。

2．提升钢丝绳的类型选择

在选择钢丝绳时，应考虑以下因素：

①在井筒淋水大、水的酸碱度高以及出风井中，应选用镀锌绳。

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，或线接触、面接触钢丝绳。

③弯曲疲劳为主要破坏原因时，应选用线接触式或三角股绳。

④一般立井或斜井箕斗提升用同向捻较好，多绳摩擦提升用左右捻各半，斜井串车提升采用交互捻，单绳缠绕提升多选右捻。

⑤罐道绳多用密封或三角股绳，其表面光滑，耐磨损。

⑥用于温度高或有明火的地方，应选用石棉绳芯或金属绳芯钢丝绳。3．提升钢丝绳的规格选择计算

1）立井单绳缠绕式提升钢丝绳的选择计算

钢丝绳最大静载荷Qmax为

Qmax=mg+mzg+mpgHc

设σb为钢丝绳抗拉强度（N/m2），As为钢丝绳各钢丝断面积之和（m2），ρ0为钢丝绳密度（kg/m3），则需要满足

即

（11-31）

HcHjHsHzAAs与mp有如下关系

从而

kg/m计算出钢丝绳每米质量mp后，可以从钢丝绳规格表中选取稍大于mp的钢丝绳，并查出该绳所有钢丝的破断力之和Qq，验算所选钢丝绳

满足上式即说明所选钢丝绳合适。否则应选取大一些的钢丝绳，并重新进行验算。

2）立井多绳摩擦提升钢丝绳的选择

对于等重尾绳提升系统，提升钢丝绳在A点受最大静张力，且重载容器在任何位置时，其值不变，可得

验算公式为

HsHcHxHzHhH0

Hjh0

H

AS对于重尾绳，Δ=n2mq-n1mp。当重容器在井口卸载位置时，主绳在A点受最大静拉力，其值为

同样可得

验算公式为

对于轻尾绳系统，当重容器在井底装载位置时，提升钢丝绳在A点受最大静拉力。

平衡尾绳是为了平衡提升钢丝绳的重量而获得等力矩设置的，目前新建矿井大多数都使用圆股钢丝绳作平衡尾绳。四、提升机和天轮的选择计算提升机卷筒（或摩擦轮）直径的确定

选择卷筒（或摩擦轮）直径的主要原则是使钢丝绳在卷筒（或摩擦轮）上缠绕时不致产生过大的弯曲应力，以保证钢丝绳的一定承载能力和使用寿命。理论和实践都证明，绕经卷筒和天轮的钢丝绳弯曲应力大小及其使用寿命，取决于卷筒与钢丝绳直径的比值。因此，《煤矿安全规程》规定：根据上式计算D值后，从提升机规格表中选择标准提升机。天轮的选择

根据《煤矿安全规程》规定，天轮直径Dt按以下条件确定：

天轮可分为固定天轮和游动天轮。井上固定天轮按结构形式有三种类型：当直径≤3000mm时采用整体铸钢结构，直径为3500mm时采用模压焊接结构，直径为4000mm时采用模压铆接结构。游动天轮轮体制成整体铸钢结构型式，采用光轴，其两端装有滚动轴承使其轮体既能在轴上滑动，又能随轴一起转动。卷筒宽度的验算

卷筒上所需缠绕的钢丝绳总长度包括以下部分：

⑴提升高度H，m；

⑵钢丝绳试验长度Ls。

⑶为减少钢丝绳在卷筒固定处的拉力，按规定应保留3圈不动（称摩擦圈）；

⑷多层缠绕时，为了避免上下层钢丝绳总是在一个地方过渡，需要在每季度将钢丝绳错动1/4圈。卷筒的宽度应满足：

单层缠绕时

多层缠绕时

提升机强度校核

从提升机规格表中，可查得提升机允许的最大静张力Fjm和最大静张力差Fjc，按下式验算提升机强度是否满足要求。

对于缠绕式提升机

对于摩擦式提升机

等重尾绳

重尾绳

轻尾绳

摩擦衬垫比压

实际比压pb为

pb≤[pb]

如果以上验算通过，则所选提升机可用，否则必须改选用摩擦轮直径较大的提升机，或直径不变而将原来选用的四绳提升机改用六绳提升机。

五、提升机与井筒相对位置的计算提升机安装地点选定后，要确定影响提升机相对位置的五个因素，即井架高度、提升机卷筒轴线与提升中心线的水平距离、钢丝绳弦长、偏角和出绳角。它们彼此相互制约，互相影响。

1.钢丝绳允许最大内外偏角α2max、α1max的确定

钢丝绳的偏角是指钢丝绳弦与通过天轮平面所形成的角度，有内偏角和外偏角之分。①偏角过大将会导致加剧钢丝绳与天轮间的磨损，降低钢丝绳的使用寿命，磨损严重时还会引起断绳事故。因此，《煤矿安全规程》规定，内外偏角不得超过1°30‘。

②如果内偏角过大，当钢丝绳缠绕卷筒时，绳弦与已缠绕到卷筒上的绳圈会相互接触，并产生磨损，这一现象称为“咬绳”，因此，最大内偏角α2max，不仅受《煤矿安全规程》的上述限制，同时还受不“咬绳”的限制。2.井架高度Hj

如图11-33所示，井架高度是指从井口水平到天轮中心轴线间的垂直距离。

Hj=Hx+Hr+Hg+0.75Rt3.满足允许内外偏角的最小允许绳弦弦长Lxmin的确定

钢丝绳弦长是钢丝绳离开卷筒处与天轮切点的一段绳长。绳弦越长内外偏角越小。由α1max有

由α2max有

单层缠绕时

多层缠绕时

根据计算结果，取其中大者为弦长最小值Lxmin。一般情况下，弦长不应超过60m。

4.卷筒中心与井筒提升中心间距离Ls的确定

根据最小允许弦长计算Lsmin

对于需要在井筒与提升机房之间安装井架斜撑的矿井，Lsmin还要满足下式

Lsmin≥0.6Hj+D+3.5

一般来说，式（11-55）确定的Lsmin值能满足式（11-56）的要求。根据上式计算值，确定合适的Ls值。

5．复算实际弦长Lx及内外偏角α2、α1

当井架高度Hj确定后，根据上述确定的Ls值，反算实际弦长Lx及内外偏角α2、α1。

单层缠绕时

多层缠绕时

6．下出绳角β

出绳角β的大小，影响提升机主轴的受力情况，JK型提升机主轴设计时是以下出绳角β为15°考虑的。若β<15°，钢丝绳有可能与提升机基础接触，增大了钢丝绳的磨损。对于JK型提升机要求满足β>15°。

7．塔式多绳摩擦式提升机相对位置的计算

⑴井塔高度的确定

如图11-34所示，井塔高度Ht为

Ht=Hx+Hr+Hg+Hmd+0.75R(11-62)

为了防止过卷或紧急制动时容器冲上机房，一般在过卷高度内设置楔形罐道和防撞梁，用以强制容器停止运行和保护提升机，防撞梁设在楔形罐道的终点。⑵钢丝绳对摩擦轮围包角的计算

塔式安装多绳摩擦式提升机，在有导向轮时，钢丝绳在摩擦轮上的围包角一般在195°以内，如图11-35所示，并按下式计算。

六、提升电动机的初选

初选电动机的依据是电动机的功率、转速和电压等级三方面的要求。

电动机的估算功率

kW(11-64)

电动机的估算转速

r/min(11-65)

初选电动机

按上述计算出来的N与n，在电动机技术数据表中选择合适的电动机，所选提升电动机的转速应与计算数值相一致。此外，应选用过载能力较大者，以满足对电动机的过载能力要求。《煤矿安全规程》的规定第三百八十条

立井中升降人员，应使用罐笼或带乘人间的箕斗。在井筒内作业或因其他原因，需要使用普通箕斗或救急罐升降人员时，必须制定安全措施。

凿井期间，立井中升降人员可采用吊桶，并遵守下列规定：

（一）应采用不旋转提升钢丝绳。

（二）吊桶必须沿钢丝绳罐道升降。在凿井初期，尚未装设罐道时，吊桶升降距离不得超过40m；凿井时吊盘下面不装罐道的部分也不得超过40m；井筒深度超过100m时，悬挂吊盘用的钢丝绳不得兼作罐道使用。

第三百八十条

（三）吊桶上方必须装保护伞。

（四）吊桶边缘上不得坐人。

（五）装有物料的吊桶不得乘人。

（六）用自动翻转式吊桶升降人员时，必须有防止吊桶翻转的安全装置。严禁用底开式吊桶升降人员。

（七）吊桶提升到地面时，人员必须从井口平台进出吊桶，并只准在吊桶停稳和井盖门关闭以后进出吊桶。双吊桶提升时，井盖门不得同时打开。

第三百八十一条

专为升降人员和升降人员与物料的罐笼（包括有乘人间的箕斗）应符合下列要求：

（一）乘人层顶部应设置可以打开的铁盖或铁门，两侧装设扶手。

（二）罐底必须满铺钢板，如果需要设孔时，必须设置牢固可靠的门；两侧用钢板挡严，并不得有孔。

（三）进出口必须装设罐门或罐帘，高度不得小于1.2m。罐门或罐帘下部边缘至罐底的距离不得超过250mm，罐帘横杆的间距不得大于200mm。罐门不得向外开，门轴必须防脱。

第三百八十一条（四）提升矿车的罐笼内必须装有阻车器。

（五）单层罐笼和多层罐笼的最上层净高（带弹簧的主拉杆除外）不得小于1.9ｍ，其他各层净高不得小于1.8ｍ。带弹簧的主拉杆必须设保护套筒。

（六）罐笼内每人占有的有效面积应不小于0.18m2。

罐笼每层内1次能容纳的人数应明确规定。超过规定人数时，把钩工必须制止