矿山机械与设备-第九章斜井提升

§9.1概述第九章斜井提升§9.2斜井提升设备的选型计算§9.3提升机与井口相对位置的计算§9.4斜井提升设备的运动学计算§9.5斜井提升设备的动力学计算第九章斜井提升§9.1概述斜井特点：斜井开拓初期投资少、建井快、地面布置简单；但提升能力小、钢丝绳磨损快、井筒维护费用高。提升方式

串车提升斜井箕斗甩车场平车场双钩单钩平车场甩车场后卸式翻转式胶带运输按车场形式甩车场提升方式

优点地面车场及井口设备简单，布置紧凑，井架低，摘钩安全方便。缺点提升循环的时间长，提升能力小，每次提升电动机换向次数多，操作复杂。应用多用于单钩提升平车场提升方式优点车场通过能力大，提升操作简单方便。缺点需设置阻车器等辅助设备。应用多用于双钩提升注：串车提升应使一次升降的矿车数尽可能与电机车一次牵引的矿车数成倍数关系，以方便在车场内调车和组车。1、斜井串车双钩串车生产能力大。只可用于单水平提升。年产量300kt左右，倾角<25°。单钩串车井筒断面小、投资少、生产能力小、耗电量大。可用于多水平提升。年产量

<210kt，倾角<25°。§9.1概述1、提升开始，重车在井底车场沿重车甩车道运行。为防止矿车掉道，要求初始加速度、速度较小。2、当全部重串车提过井底甩车场进入井筒后，加速至最大速度等速运行。3、到达井口停车点前，重串车减速，全部重串车提过道岔A后停车，停在栈桥停车点。4、搬动道岔A后，提升机换向，重串车以低速沿井口甩车场重车道运行。5、停车后，重串车摘钩并挂上空串车。提升机把空串车以低速沿井口甩车场提过道岔后在栈桥停车。6、搬过道岔A提升机换向，下放空串车到井底甩车场。7、空串车停车后进行摘挂钩，挂上重串车后开始下一提升循环。甩车场单钩串车提升系统§9.1概述LHj停车点整个提升循环包括提升重串车及下放空串车两部分。甩车场单钩串车提升系统1、开始时，空串车停在井口平车场空车线上，由推车器加速至1.0m/s低速向下推进；同时重串车沿井底甩车场上提。2、重串车全进入井筒后以最大速度等速运行。3、空串车到达井底甩车场前，重串车接近井口时，提升机减速，空串车进入井底甩车场，减速停车。重串车通过道岔后，继续前行。4、重串车到摘钩位置时，摘钩并挂空车；此时，井底空串车也完成摘挂钩又回到井底甩车场，准备下一个提升循环。提升重串车和下放空串车同时进行。§9.1概述平车场双钩提升LHj井口阻车器平车场双钩提升系统S§9.1概述2、斜井箕斗

特点：提升速度大，生产能力高，容器自重小，装卸易实现自动化。但需专门的装卸设备，建造煤仓，初期投资大。需设置辅助提升的设备。一般采用双钩，适用于倾角25°~30°，300kt<年产量<600kt分类：按箕斗的构造后卸式常用。结构：斗箱、主框、扇形闸门、前轮、后轮、卸载滚轮组成规格：见P254表9-1翻转式§9.1概述卸载原理：斗箱上的两个车轮，前轮轮沿较宽，后轮轮沿较窄。斗箱后部用一固定轴装有扇形闸门8。闸门两侧装有小引轮3；正常轨5的外侧另装宽轨7，当箕斗提升到井口时，前轮沿宽轨往上运行，而后轮沿正常轨进入曲轨6，使箕斗后部低下去，这时阀门上的小引轮被宽轨托住，而使阀门打开，自动卸载。1、斗箱；2、框架；3、小引轮；4、前轮；5、正常轨；6、曲轨；7、宽轨；8、闸门后卸式箕斗后卸式箕斗§9.1概述斜井后卸式箕斗1、斗箱；2、主枢；3、扇形闸门；4、前轮；5、后轮；6、卸载滚轮§9.1概述3、胶带输送机提升特点：生产过程连续，运输量大，并且易于实现自动化，但初期投资较大，一般用于产量在60万吨以上，倾角不大于17°的斜井中。§9.1概述§9.2斜井提升设备的选择计算一、原始资料1、矿井年产量（副井为矸石提升量、最大下井人数、长材料、设备等辅助提升量）。2、矿井服务年限。3、井筒斜长。4、井筒倾角。5、矿井工作制度，年工作日数，每日工作小时数。6、矿车型式：单矿车自身质量、单矿车载重量、单矿车的长度。7、煤的松散密度。8、采用的提升方式。9、矿井电压等级。二、选择计算（一）一次提升量和串车矿车数的确定式中：c——提升不均匀系数，有井底煤仓时，c=1.1～1.15，无井底煤仓时，c=1.2；当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；

af——提升能力富裕系数，对第一水平一般为1.2。

t——日提升小时数，hbr——年工作日数，dAn——矿井年产量，t/aT——一次提升循环的时间，s①一次提升量m为1、按年产量计算矿车数§9.2斜井提升设备的选择计算②一次提升矿车数式中——装载系数：当倾角为20°以下时，取1；当倾角为21°～25°时，取0.95～0.9；当倾角为25°～30°时，取0.85～0.8；

ρ`——煤的散集密度，kg/m3；

V——矿车的有效容积，m3。注：计算出的数值取较大整数。§9.2斜井提升设备的选择计算2、根据矿车连接器强度计算矿车数为了保证矿车连接器安全，牵引矿车数就有所限制，一般矿车连接器的强度为60000N。因此，连接器强度应满足：式中：m1、mz1——单个矿车载重量及自身质量；

β——井筒倾角;f1——矿车阻力系数，采用滚动轴承f=0.01～0.015注：若n＞n'说明串车提升不能满足要求，改为箕斗提升。若n＜n'以n选矿车数。§9.2斜井提升设备的选择计算（二）提升钢丝绳选择计算斜井钢丝绳受力图斜井钢丝绳的选择计算与立井相同，其不同之处，只是因斜井井筒倾角小于90º，钢丝绳A点的作用力：作用于A点沿井筒方向的分力有：串车及货载的重力分力为：n（m1+mz1）g·sinβ串车及货载的摩擦力为：f1n（m1+mz1）g·cosβ钢丝绳的重力分力为：

mpgL0sinβ钢丝绳的摩擦力为：

f2mpgL0cosβ§9.2斜井提升设备的选择计算为保证钢丝绳不被拉断，并有一定安全系数，可写出下式：每米钢丝绳质量为：式中：L0—钢丝绳由A点至串车车尾车在井下停车点之间的斜长，m；

f1—矿车运行摩擦阻力系数；矿车为滚动轴承取f1=0.015；矿车为滑动轴承f1=0.02；

f2—运行的钢丝绳摩擦系数，此数值与矿车中托辊支承情况有关。钢丝绳全部支承在托辊上取f2=0.15～0.20；局部支承在托辊上取f2=0.25～0.4；全部在底板或枕木上拖动时取f2=0.4～0.6；§9.2斜井提升设备的选择计算—钢丝绳公称抗拉强度，N/㎡；ma—安全系数，与立井要求相同；m1—每一个矿车货载质量，kg；mz1—每一个矿车自身质量，kg；n—矿车数量；α—井筒平均倾角。根据上式计算的数值，从钢丝绳规格表中选择标准钢丝绳mp，并按下式验算安全系数：式中Qp—钢丝破断拉力总和，N。§9.2斜井提升设备的选择计算（三）提升机选择计算1、提升机滚筒直径与宽度的计算同竖井，将H换为L0即可。2、提升机最大静张力和最大静张力差计算最大静张力双钩提升时最大静张力差★根据滚筒D和Fjmax、Fcmax在提升机规格表中选择合适的提升机。式中：L——提升斜长，m

β——井筒倾角，若与甩车场倾角相差较大，按甩车场倾角计算。§9.2斜井提升设备的选择计算3、提升机滚筒宽度验算同竖井（四）天轮选择计算天轮分固定天轮和游动天轮。天轮直径根据钢丝绳在天轮上围包角α的大小来确定。1、固定天轮：地面天轮α>90°时DT≥80dα<90°时DT≥60d井下天轮α>90°时DT≥60dα<90°时DT≥40d2、游动天轮：DT≥40d★根据计算结果，查天轮规格表选择标准天轮。§9.2斜井提升设备的选择计算（五）预选提升电动机1、估算电动机功率

单钩提升§9.2斜井提升设备的选择计算双钩提升——标准提升速度，m/s；式中：——电动机容量备用系数取1.1～1.2。ηj——减速器传动效率，单级0.92；双级0.852、估算电动机转速i——减速器的传动比。由所选提升机标准提升速度从提升机规格表中查取相应传动比。§9.2斜井提升设备的选择计算3、根据P`、n及矿井电压等级，查电动机规格表选择合适的电动机。4、确定提升机的实际最大提升速度为ne——预选电动机的额定转速，r/min注：最大速度斜井串车升降人员或物料≤5m/s；专用人车的速度不能超过人车设计的最大允许速度；斜井箕斗升降物料一般≤7m/s，若采用重型钢轨、铺设固定道床≤9m/s。§9.2斜井提升设备的选择计算§9.3提升机与井口相对位置的计算一、井架高度（一）斜井甩车场式中：L′——井口至钢丝绳与天轮接触点间的斜长；LB—井口至岔道A的距离，10-15m.Lg—过卷距离，与竖井相同。Lt—岔道A到串车停止时钩头位置的距离，为1.5nLcLc—一辆矿车的长度，mRt—天轮半径，mβ′—栈桥倾角，9°～12°L′Hj井口LxC0★水平投影符号上有“′”（二）斜井双钩平车场对井架高度要求：⑴镝钩后的矿车通过下放串车的钢丝绳底部时，绳距地面的高度不得小于2..5m，这点到摘钩点距离Ln=4m。则满足此要求的井架高度：LB—井口距阻车器的距离，7-9m。Lt—阻车器至摘钩点的距离，一般为

1.5nLcmLA—摘钩点到井架中心的水平距离，（2.5-4）Ls，m。§9.3提升机与井口相对位置的计算L′HjLxC0井口S⑵为了防止矿车在井口出轨掉边，井口处的钢丝绳牵引角β’≤9°。二、钢丝绳弦长按《规程》规定内外偏角小于1°30'计算最小弦长：（一）固定天轮1、单钩提升B—滚筒宽度，mm§9.3提升机与井口相对位置的计算2、双钩提升按外偏角按内偏角（二）游动天轮1、单钩提升LxYBαα§9.3提升机与井口相对位置的计算YBYBα1Lxα2Sa2、双钩提升按外偏角按内偏角式中：s——两天轮间距即井筒中轨道中心距离s≥bc+200(mm)bc——矿车最突出部分宽度(mm)a——两滚筒之间距离(mm)y——游动天轮移动距离(mm)，一般y=1m左右。

★计算后应取较大者作为最小弦长。§9.3提升机与井口相对位置的计算三、提升机滚筒中心至天轮中心水平距离Ls式中：C0——滚筒中心至地面高度，C0=0.5m

★Ls圆整为整数，再进行Lx计算四、计算钢丝绳的实际外偏角α1、内偏角α2（一）固定天轮1、单钩提升2、双钩提升§9.3提升机与井口相对位置的计算（二）游动天轮1、单钩提升2、双钩提升注：求出的内外偏角均应小于1°30’§9.3提升机与井口相对位置的计算五、钢丝绳的下出绳角

（一）滚筒直径与天轮直径不相同（二）滚筒直径与天轮直径相同注：下出绳角要≥15°依据上述计算画出提升机与井口的相对位置图。如上。§9.3提升机与井口相对位置的计算§9.4斜井提升设备的运动学计算一、甩车场单钩串车提升1、提升开始时，重车在井底车场沿重车甩车道运行。由于甩车道的坡度是变化的，而且又是弯道，为了防止矿车掉道，要求初始加速度a0≤0.3m/s2，速度v0≤1.5m/s；2、当全部重串车提过井底甩车场进入井筒后，加速至最大速vm并以最大速度等速运行。3、在到达井口停车点前，重串车以减速度减速。全部重串车提过道岔A后停车，重串车停在栈桥停车点。4、搬动道岔A后，提升机换向，重串车以低速沿井口甩车场重车道运行。停车后，重串车摘钩并挂上空串车。提升机把空串车以低速沿井口甩车场提过道岔A后在栈桥停车。5、搬过道岔A提升机换向，下放空串车到井底甩车场。空串车停车后进行摘挂钩，挂上重串车后开始下一提升循环。★整个提升循环包括提升重串车及下放空串车两部分。a/m·s-10.30.50.5L/mLDL1L2L3Lkt/st01t02t1t2t31.51.51.5Vm重车井底车场运行重车从井筒运行到全通过道岔A换向重车下放到井口重车道摘挂钩空串车提升过道岔A换向空车下放§9.4斜井提升设备的运动学计算甩车场单钩串车提升1、车场内速度v0的确定一般根据轨边的辅设情况取：v0≤1～1.5m/s2、初始加速度

a0≤0.3m/s23、最大提升速度vm《规程》规定：升降人员或串车升降物料时，提升容器的最大速度vm＜5m/s

。专用人车的运行速度不行超过人车设计的最大允许速度vm＜[vm人]。（一）速度图各参数的确定§9.4斜井提升设备的运动学计算4、主加、减速度a1、a3⑴《规程》规定：升降人员时a1、a3＜0.5m/s2

；升降物料时没有限制，一般可用0.5m/s2，但要考虑自然加减速度的影响。⑵自然加、减速度自然加、减速度a1z、a3z是由重力产生的。定义：钢丝绳终端载荷在重力的作用下，所产生的加减速度，称为自然加、减速度。5、摘挂钩时间甩车场θ1=20s。6、电动机换向时间θ2=5s。

§9.4斜井提升设备的运动学计算（二）一次提升循环的时间T1、速度图各段运行时间与行程计算(根据计算做出速度图）重车在井底车场运行阶段

式中：Ld—井底车场长度，即从井底到井底尾车点的距离，依所拉车数确定，一般取25-35m。§9.4斜井提升设备的运动学计算串车在提出车场后的主加速度阶段：

减速阶段：

等速阶段：

井口甩车场阶段：

式中：

L——提升斜长，L=Ld+LT；LT——井筒斜长，mLk——井口车场长度，一般可取25m～35m§9.4斜井提升设备的运动学计算2、一次提升循环时间甩车场单钩串车提升：二、平车场双钩串车提升1、提升开始时，在井口平车场空车线上的空串车，由井口推车器向下推送。同时井底重串车向上提升（与空串车运行相适应），此时加速度为a0，速度为v0≤1.0m/s。2、当全部重串车进入井筒后，提升机加速到最大速度vm等速运行。3、重串车运行至井口，而空串车运行至井底时，提升速度减至v0，空、重串车以v0速度在井下和井上车场运行，最后减速停车。4、井口平车场内重串车在重车线上借助惯性继续前进，当钩头行到摘挂钩位置时迅速将钩头摘下，并挂上空串车，同时井下也进行摘挂钩工作。§9.4斜井提升设备的运动学计算a/m·s-10.30.50.5t/st01t02t1t2t31.5Vm空、重车通过上、下车场重车在井筒中上提，同时空车通过井口车场下放摘挂钩时间空、重车通过上、下车场平车场双钩提升速度图井口§9.4斜井提升设备的运动学计算提升速度图各参数的确定原则：1、最大速度的确定与甩车场单钩串车提升相同。2、车场中速度v0=1.0m/s。3、摘挂钩时间θ1=25s。4、其它参数选取与甩车场相同。5、一次提升循环时间三、斜井串车提升能力的验算及自然加减速（一）核算提升设备的提升能力式中：nm—车组一次提升量，t其余符号同前。§9.4斜井提升设备的运动学计算（二）自然加速度提升能力富裕系数校验过程：1、空串车下放时，a1

≤a1z加速度a1应小于空串车的自然加速度a1z，否则钢丝绳呈松弛状态，待再次拉紧时将产生冲击，对钢丝绳极为不利。§9.4斜井提升设备的运动学计算★若斜井倾角小于6°需要校验自然加减速度；倾角大于6°自然加速度已达到0.7m/s2以上，故不需校验。空串车的自然加速度为：式中：Fx—下放钢丝绳作用在滚筒圆周上的力，N；β—井筒倾角，n—矿车数mz1—单个矿车自身质量，kgmx—下放钢丝绳端的变位质量，f1—串车组运行阻力系数。mt—天轮变位质量，查天轮规格表。§9.4斜井提升设备的运动学计算2、重串车上提时，a3<a3z减速度a3也不能过大，否则在将要停车前，上升钢丝绳松弛，上升的串车将越过钢丝绳，将绳压坏或发生掉道事故，还可能使上升串车因重力作用再次下降，这时，钢丝绳又将受到冲击力，有将钢丝绳拉断的危险。自然减速度为：§9.4斜井提升设备的运动学计算式中：m1—每辆矿车载货量，kg。

Fs—上升钢丝绳张力，Nms—上升钢丝绳端变位质量，kg注：当倾角β>6°时，自然加速度均大于0.7m/s2，正常运转中自然加、减速度影响不大。但安全制动时，安全制动减速度要受到限制。§9.4斜井提升设备的运动学计算§9.5斜井提升设备的动力学计算斜井串车提升相同于竖井提升的动力学计算基本相同。区别在于斜井提升是在倾斜轨道上运行，运行阻力大，倾角坡度有变化。一、双钩串车提升重车上升时钢丝绳的静张力：空车下放时钢丝绳的静张力：式中：L—斜井提升斜长，m。

x—由提升开始点起车组的行程，m。

βi—甩车道角度。两根钢丝绳作用在滚筒上的的静拉力差即静阻力：斜井提升基本动力学方程：(考虑设备的运行阻力并计入惯性力后得)式中：k—斜井提升矿井阻力系数，1.1

βi—容器及钢丝绳运行到某处的倾角。§9.5斜井提升设备的动力学计算式中：Lp—一根钢丝绳的总长度，mL0—钢丝绳最大悬垂斜长，

Lx—弦长，m30—实验绳长，m3πD—3圈摩擦长度，m(2-4)πD—多绳缠绕时错绳用绳长，mmt—天轮变位质量，kgmj—提升机变位质量，kgmd—电动机转子变位质量，kg§9.5斜井提升设备的动力学计算二、单钩串车提升单钩串车甩车场需分别计算重车组上提的前半循环与空车组下放的后半循环，且上提和下放的变位质量也不一样。向上提升重车组前半循环的基本动力学方程：下放空车组后半循环的基本动力学方程：§9.5斜井提升设备的动力学计算式中：∑ms、∑mx—重车组上提、空车组下放时系统的总变位质量，kg注：（1）角度βi在甩车道、井筒和上部栈桥等处不同。（2）在减速阶段应以-a3代入。§9.5斜井提升设备的动力学计算将运动学计算中所得的提升及下放各阶段的行程，相应的加、减速度值代入动力学方程，可计算出提升各阶段的力值，并画出力图，用同竖井相同的计算公式计算有关电动机的各项参数及其他。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题原始资料1、矿井年产量：An=300kt/a；2、井筒斜长：LT=498m；井筒倾角：β=25°；3、矿井上下车场内的倾角：β0=3°；4、年工作日：br=300d；5、日工作小时：t=14h；6、矿井服务年限：40a；7、矿车采用MG1.1—6A型1t固定车厢式矿车：自重mz1=595kg；名义载货量m1=1000kg；单个矿车长Lc=2m；矿车宽度bc=880m。8、煤的散集密度：ρ′=1000kg/m3；9、提升方式为平车场双钩串车提升；10、矿井电压等级：6kV。选型计算过程一、一次提升量和车组中矿车数的确定（一）计算提升斜长其中：Lk—井口车场长度，暂取30m；LD—井底车场长度，一般25~35m。（二）初步确定速度图参数1、确定最大提升速度根据《煤矿安全规程》规定：斜井升降人员或用矿车升降物料时，主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题按国产单绳缠绕式提升初步确定最大提升速度，本设计取：2、井上、井下平车场速度：3、井上、井下平车场加、减速度：4、井筒中主加、减速度：5、摘挂钩时间：主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（三）初步计算一次提升循环的时间v/ms-1a/m·s-20.30.50.50.3L/mLD=3012.712.7Lk=3025t/s31.675.4119.65.431.673.7计算各阶段的速度、加速度、行程和时间等参数，如图所示。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题由图可知：（四）计算一次提升量m其中：c—提升不均匀系数，无井底煤仓取1.2；af—提升能力富裕系数，取1.2。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（五）计算一次提升矿车数n1★取n1=7辆（六）根据矿车连接器强度计算矿车数n2其中：f1—矿车运行阻力系数，取0.015。（七）确定一次提升矿车数n因为n1<n2，满足连接器强度要求，故n=n1=7。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题二、计算选择钢丝绳（一）计算钢丝绳的悬垂长度其中：LB—井口距阻车器的距离，暂取9m；Lt—阻车器至摘钩点的距离，LA—摘钩点到井架中心的水平距离，Ls—提升机滚筒中心至天轮中心的水平距离，暂取16m；β′—井口处钢丝绳的牵引角，暂取9°。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（二）计算钢丝绳的每米质量取：（三）选择钢丝绳根据以上计算结果，在钢丝绳规格表中选用：26NAT6（1+6）+NF1520ZS400247GB8707-88，规格：d=26m；mp=2.47kg/m；δ=2.8mm；Qp=400500N；σB=1520MPa。 主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（四）验算钢丝绳安全系数★故所选钢丝绳是安全的，符合要求。三、计算选择提升机（一）计算提升机滚筒直径主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（二）计算作用于提升机上的最大静张力和最大静张力差主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（三）由以上计算结果选择提升机查提升机规格表选2JK—2.5/20型提升机参数：滚筒D=2.5m；[Fjmax]=90000N；[Fcmax]=55000N变位质量m′=11500kg；减速器许用的最大扭矩Mmax=105000N.m；两滚筒中心距1350mm；提升机标准提升速度v′=3.8m/s；减速器的传动比i=20；滚筒中心高e=650mm。（四）验算滚筒宽度★符合规程要求主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题四、计算选择天轮查天轮规格表选用固定天轮：五、初选电动机（一）估算电动机功率主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（二）估算电动机转速（三）选提升电动机根据以上计算查电动机规格表选用电动机为：JRQ1410—10型。参数：Ne=200kW；ηd=0.91；ne=590r/min；λ=2.7；（GD2)d=2100N·m2；额定电压6kV。（四）确定电动机实际最大提升速度主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题六、确定提升机与井筒的相对位置（一）计算井架高度1、井架高度★取Hj=5m。主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题2、验算井口处钢丝绳牵引角★井口处钢丝绳牵引角满足防止矿车在井口出轨掉道的要求。（二）初步计算钢丝绳弦长根据钢丝绳内、外偏角的允许值计算钢丝绳最小弦长。按外偏角计算主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题按内偏角计算其中：★取Lxmin=Lxmin′=28m（三）计算提升机滚筒中心到天轮中心的水平距离★取Ls=28m。其中：C0=e=0.65m主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（四）计算钢丝绳实际弦长（五）计算钢丝绳实际内、外偏角满足要求主斜井平车场双钩串车提升选型计算例题（六）计算钢丝绳下出绳角因βx<15°，提升钢丝绳可能与提升机基础相碰，故不满足要求。由上述计算可知，井架高度不够高，重取Hj=7m，代入上述公式进行计算得：β′=6°<9°，满足要求；Lxmin=28m，Ls=28m，Lx=29m；α1=1°27′<1°30′满