矿井运输与提升(第06章 斜井提升)

第一节概述斜井提升有斜井串车、斜井箕斗及斜井胶带输送机等三种提升方式。一、斜井串车提升斜井串车提升有单钩及双钩之分。按车场形式不同又分为采用甩车场的串车提升及采用平车场的串车提升。斜井串车提升具有投资少和建井速度快的优点。采用单钩串车提升时，井筒断面较小、建井工程量少，更能节约初期投资。但单钩串车提升能力较低，故年产量较大时(大于21万t)，宜采用双钩串车提升。第六章斜井提升(一)采用甩车场的单钩串车提升采用甩车场的单钩串车提升如图6－1(a)所示，在井底及井口均设甩车道。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vm≤1.5m/s。图6-l采用甩车场的串车提升系统其速度图如图6-2所示。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，并以最大速度vm等速运行。在到达井口停车点前，重串车以减速度a3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。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vsc沿井口甩车场提过道岔A后在栈桥停车。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。(二)采用甩车场的双钩串车提升如图6－l(b)所示，它采用的甩车场形式与单钩提升系统基本类似，所不同的是：提升重串车和下放空串车同时进行。图6-l采用甩车场的串车提升系统其速度图如图6—3所示。提升开始时，空串车停在井口栈桥停车点。当重串车沿井底甩车场以低速vsc运行时，空串车沿井筒下放。重串车进入井筒后以最大速度vm运行。当空串车到达井底甩车场前，提升机以减速度a3减速到vsc，空串车沿井底甩车场运行。重串车通过道岔A后，在井口栈桥停车点停车。此时井底空串车不摘钩。提升机换向，重串车沿井口甩车场下放，此时空串车又沿井底甩车场向上运行。重串车停在井口甩车场进行摘挂钩，挂上空串车后，沿井口甩车场提升到井口栈桥停车点停车，此时井底空串车又回到井底甩车场，停车后摘钩挂上重串车，准备开始下一个提升循环。(三)采用平车场的双钩串车提升平车场一般用于双钩串车提升，如图6－4。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，此时加速度为a0,速度为vpc≤1.0m/s。当全部重串车进入井筒后，提升机加速到最大速度并以等速运行。重串车行至井口，而空串车行至井底时，提升速度减至vpc,,空、重串车以速度vpc在井下和井上车场运行，最后减速停车。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，与此同时井下也进行摘挂钩工作。二、斜井箕斗提升斜井箕斗提升具有生产能力大、装卸载自动化等优点，但需安设装卸载设备和煤仓，故较串车提升投资大、设备安装时间长。此外，为了解决矸石、材料设备和人员的运送问题，还需设一套副井提升设备。因此产量较小的斜井多采用串车提升。但年产量在30～60万t的斜井，倾角在20０～35０时可考虑采用斜井箕斗提升。斜井箕斗多采用双钩提升系统，斜井箕斗提升速度图与立井箕斗提升速度图相仿，这里不再介绍。三、斜井带式输送机提升这种提升方式具有安全可靠、运输量大等优点，但初期投资较大，设备安装时间较长，并需安装卸载煤仓等设备。年产量在60万t以上、倾角小于18０的斜井，只要技术经济条件合理，可以选用带式输送机提升方式。第二节斜井提升选型计算特点一、一次提升量或串车数目的确定(一)一次提升量Q的计算与立井提升相同，可按下式计算：)(6.3ttbTAcaQsrxnf(6-1)式中：An为矿井年产量；c为提升不均衡系数；Tx为估算的一次提升循环时间。(二)一次提升循环时间Tx的估算1．斜井箕斗提升xxLTv(s)(6-2)式中：θ为装卸载休止时间；Lx为卸载煤仓斜长；Vp为平均速度。2.采用甩车场的串车提升单钩：HscscscpscxvLvLLT224)2(2(6-3)双钩：HscscscpscxvLvLLT2242(6-4)式中：L为提升斜长；Lsh为井筒斜长；Lsc为甩车场长度；Vp为平均速度；vsc为甩车场运行速度；θH为提升电动机换向时间；3．采用平车场的串车提升ppcpcppcxvLvLLT22(6-5)式中：L为提升斜长；Lpc为井口平车场的长度；Lsc为甩车场长度；Vp为平均速度；vpc为串车在平车场运行速度；θp为平车场摘挂钩时间；(三)串车数的确定1．根据一次提升量Q计算串车数GQn1（辆）(6-6)计算出n1后取整数。式中：Q为一次提升量；G为矿车装载量；2.根据车钩强度计算矿车数矿车沿倾角为a的轨道向上提升时，串车产生的总阻力由矿车钩头承担。为保证钩头强度，所拉矿车数就受到限制。车钩强度一般为60000N，总阻力与车钩强度满足下式：60000)cos(sin)(102gGGn)cos(sin)(60000102gGGn(6-7)式中：n2为串车组矿车数；G为矿车装载量；G0为矿车质量；a为轨道倾角；w1为矿车沿轨道运行时的阻力系数；►计算时，若n1n2则可按n1确定串车数；若n1n2即车钩强度不满足要求，则应按n2确定矿车数。二、钢丝绳、提升机及天轮选择计算特点斜井提升时钢丝绳的选择计算，详见式(2-12)和(2-13)。但要注意，若为串车提升时，该式中Q，Q2均为n辆串车的相应数值。提升机选型计算原则上与立井相似，只是提升机强度验算公式有所不同。若为串车提升，可按下式验算提升机最大静拉力Fjmax：)cos(sin)cos(sin)(210maxpLgGGnFj式中：w2为钢丝绳运行时的阻力系数；若为串车提升，可按下式验算提升机最大静拉力差Fjc：)cos(sin)cos(sin)(210maxpLgGGnFj)cos(sin10nG（6－8）（6－9）为了减少提升机与井口间的距离，且保证钢丝绳的内外偏角不超过1030’，斜井串车提升可以采用游动天轮。三、井口相对位置的计算(一)双钩平车场双钩平车场井口相对位置示意图如图6-5。按外偏角小于1°30′计算最小弦长)2(195.1tan22minyaSByaSBLx（6－10）minxL按内偏小于1°30′计算最小弦长minxL)(195.1tan2minyaSyaSLx（6－11）式中：S为井筒中轨道中心间距；B为提升机卷筒宽度；α为两卷筒之间的距离；y为游动天轮的游动距离。►井架高度要求能保证：(1)摘钩后的矿车通过下放串车的钢丝绳的下部时，钢丝绳距地面的高度不得小于2.5m。这点距离摘钩点的距离为L3，一般取L3=4m；(2)为了防止矿车在井口出轨掉道，井口处的钢丝绳牵引角要小于90。按第一项要求井架高度Hj为：tjRLLLLLLhH321421))(5.2(（6－12）式中：Rt为天轮半径；h为矿车过钢丝绳下部处的地面标高与井口标高之差；L1为井口至阻车器的距离；L2为阻车器到摘钩点距离；L4为摘钩点到井架中心的水平距离。钢丝绳在井口处的牵引角β1为：3211arctanLLLRHtj（6－13）井架高度确定后，计算弦长Lx(提升机侧)，外偏角α1、内偏角α2、绳弦的仰角β及钢丝绳在天轮上的围抱角。01(二)甩车场在提升机侧与平车场相同，在井口侧串车出井筒后运行在栈桥上，井架和天轮在栈桥顶端，井口至天轮处的斜长Lxc为：tgkxcRLLLL75.02（6－14）式中：Lk为井口到道岔A的距离；L2为道岔A到串车停止时钩头位置的距离；Lg为过卷距离。则井架高度Hj为：qkxcjLHsin（6－15）式中：βq为楼桥倾角。四、速度图计算串车提升速度图的计算按图6－2，6－3或6－4进行。先计算各低速阶段的时间和行程。在低速阶段加速度a00.3m/s2。从总行程中减去各低速阶段的行程，得到等速阶段行程h2，进而求得等速阶段时间t2。把各阶段时间相加得一次提升循环时间TX。然后验算生产力An及提升富裕系数αf。《煤矿安全规程》对斜井提升最大速度的规定：(1)升降人员或升降物料的，vm≤5m/s。专用人车的运行速度不得超过人车设计的最大允许速度；(2)箕斗升降物料时，vm≤7m/s。当铺设固定道床且采用重型钢轨时,vm≤9m/s；(3)倾斜巷道升降人员时，其加速度和减速度都不得超过0.5m/s2。在斜井提升中，空串车下放时，加速度a1应小于空串车的自然加速度a1z，否则下放端钢丝绳呈松弛状态，待再次拉紧时将产生冲击力,对钢丝绳极为不利。空串车的自然加速度a1z应按下式计算：gGnGnGatt)cos(sin2001（6－16）式中：Gt为天轮的变位质量。重串车上提时，减速度a3也不能过大，否则在将要停车前，上升端钢丝绳将松弛．上升的串车组将越过钢丝绳，将绳压坏或发生矿车掉道事故，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。为避免上述现象发生，要求减速度a3小于自然减速度a3z。自然减速度按下式计算：gGGGnGGnatz)cos(sin)()(2003（6－17）五、动力学计算重车上升时钢丝绳的静拉力Fs为：)cos)(sin()cos)(sin(2101xLpgGGnF（6－18）空串车下放端钢丝绳的静拉力Fx为：)cos(sin)cos(sin210pxgnGFx（6－19）双钩提升时的静阻力为两钢丝绳静拉力之差，即：xsjFFF（6－20）双钩提升时提升拖动力F为：maFFj（6－21）式中：m为提升系统的总变位质量单钩提升时，提升重串车时拖动力F为：amFFsj（6－22）下放空串车时拖动力F为：amFFxx（6－23）式中：ms为提升重串车时提升系统总变位质量；mx为下放空串车时提升系统总变位质量。►斜井串车提升的力图可按上述公式计算。计算时要考虑斜井坡度的变化。电动机功率可按最大静拉力或最大静拉力差估算：对于单钩提升电动机，功率P为：jmsbvFkP1000max（kW）（6－24）对于双钩提升电动机，功率P为：jmjcbvFkP1000（kW）（6－25）式中：kb为功率备用系数；Fs.max为单钩提升上升端钢丝绳最大静拉力；Fjc为双钩提升两钢丝绳的最大静拉力差，ηj为减速器传动效率。第三节斜井箕斗提升特点对于斜井箕斗提升，其钢丝绳、提升机及天轮的选择计算与斜井串车提升基本相同。井架高度Hj，按下式计算：sinijLH（6－26）式中：α为井架上基本轨道倾角；Lj为井架斜长。井架斜长Lj为：tgrxjRLLLL75.0（6－27）式中：Lx为箕斗卸载点距井口距离；Lr为箕斗总长度；Lg为过卷距离；Rt为天轮半径。两天轮间距s取为与井筒中轨道中心距相等，即：2.0cbS(m)(6－28)式中：bc为箕斗的最突出部分宽度。提升机侧的弦长、偏角及仰角等计算与串车相同。斜井箕斗提升速度图与立井箕斗相似，仅卸载曲轨内行程较长，此外，因受《煤矿安全规程》限制，最大提升速度较低。计算斜井箕斗提升的拖动力时，提升开始要考虑容器的自重不平衡现象。空箕斗尚未离开卸载曲轨时，初加速阶段的拖动力为：02210cos]2[sin])1([maQQpLQkQFz(6－29)式中：k为矿井阻力系数；δ为容器自重不平衡系数；α0为容器在卸载曲轨中运动时的加速度系数。空箕斗离开卸载曲轨后，δ=1，拖动力的计算如前。若用kz表示斜井的总阻力系数，则：tan)2(212QgpLQQkkz(6－30