1、学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 1 摘要 矿井提升机是沿井筒提升煤炭、矸石、升降人员、下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相连接的枢纽 ,故要求具有很高的安全性 ,其成本和耗电量也比较高。因此本次在矿井提升机选型设计中 , 主要是根据所给参数确定矿井提升设备，包括选择提升容器、钢丝绳、提升机、卷筒及校核提升能力 ,并经过多方面的技术经济比较 ,结合矿井的具体条件 ,做到设计切合实际。保证提升机的选型及其的 ,确定具有经济安全合适的提升系统。 矿井排水是通过排水泵经过管路把井下的水排到地面，保证正常生产。本次设计主要是通过 计算，设计从中央泵房把水从立井中的管路排放到地
2、面。 矿井通风是采矿科学的一个重要组成部分。为了使井下各工作地点都有良好的通风，有足够的新鲜空气，使其中有毒，有害，粉尘不超过规定值。矿井通风在矿业工程中占重要地位。通风机分为轴流式和离心式，本次设计中主要是做到对通风机有合理的选型。 关键词：矿井提升机 矿井排水 矿井通风 选型设 计 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 2 绪论 本设计选题根据是解决煤矿矿井生产中的提升 ;排水及通风问题。 矿山提升设备是矿井运输中的非常重要设备，占有特殊地位，是井下与地面联系的主要工具。矿井提升机是矿山运输中 的主装式交 -交变频提升机。后者主回路和磁场回路均采 用电力电子器件，实现变频和整流。由于采集设备
3、，是井下与地面联系的重要工具。矿井提升机又是矿山最大的固定设备之一，它的耗电量占矿山总耗电量的 30 40%。电力电子技术较早就用于矿井提升机的传动，并且发展迅速，从 60 年代的模拟控制 SCR-D 直流提升机发展到目前最先进的同步机内用交流电机，没有电刷问题，提升机容量可以大幅度增加，例如南非帕拉波矿井内装式提升机电机功率达 6300kW。我国东欢坨、大雁、陈四楼等矿均引进了内装式提升机。目前，全数字电力电子器件构成的国 产直流提升机已占领了国内市场，并开始出口。但是由于我国的科技和生产水平的限制，我国的矿井提升机还有很大一部分需要依赖于进口发达国家的设备。矿山提升机是大型固定机械之一。矿
4、山提升机从最初的蒸汽拖动的单绳缠绕式提升机发展到今天的变频拖动的多绳摩擦式提升机和双绳缠绕式提升机，经历了 170 多年的发展历史。目前，国内外经常使用的提升机有单绳式和多绳摩擦式两种形式。国产单绳缠绕式提升机有 JT 和 JM 两个系列。 JT 系列提升机卷筒直径为 800 1600mm，主要用于井下运输提升工作； JM 系列提升机卷筒直径 2 5 主要用于地面井 口提升工作。 按提升钢丝绳 (简称提升绳 )的工作原理，可分为缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机两类。缠绕式矿井提升机 ,有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。双筒的每
5、个卷筒各配一根钢丝绳，连接两个容器，提升机运转时一个容器上升，另一个容器下降。缠绕式矿井提升机大多用于年产量在 120 万吨以下、井深小于 400 米的矿井中。摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。提升绳搭挂在摩擦轮上，利用与摩擦轮衬垫的摩擦力使容器上升。提升绳的两端各连接一个容器，或 一端连接容器，另一端连接平衡重。为提高经济效益和安全性，摩擦式矿井提升机采用尾绳平衡提升方式，即配有与提升绳重量相等的尾绳。尾绳两端分别与两个容器（或容器和平衡重）的底部连接，形成提升绳 -容器 -尾绳 -容器 (或平衡重 )-提升绳的封闭环路。容器处于井筒中的任何位置时，摩擦轮两侧的提升绳和尾绳的重量
6、之和总是相等的。一般将布置在井筒顶部塔架上的这种提升机称为塔式摩擦式矿井提升机。塔架高出地面几十米，在地震区和地表土层特厚的矿区建造井塔耗资较大。提升机布置在地学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 3 面的称为落地摩擦式矿井提升机，这种提升机的提升绳通过井架天 轮引入井筒，与容器相连。按提升绳的数量又可分为单绳摩擦式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机。单绳摩擦式只用一根提升绳。多绳摩擦式同时使用数根提升绳搭挂在同一摩擦轮上。多绳摩擦式的优点是：可采用较细的钢丝绳和直径较小的摩擦轮，从而机组尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年产量 120 万吨以上的竖井大多采用这种提升机，技术参数已达
7、 :有效载荷 60 吨，提升速度 20 米秒，提升高度 2100 米，提升绳 10 根。但这种提升机的各根提升绳的受力不易均匀，更换钢丝绳也较复杂。当摩擦轮两侧提升绳的张力差超过规定值，或提升 绳与衬垫的摩擦系数降低（如接触面上有油或受温度影响）时，可能发生提升绳打滑现象。 矿井提升机的组成 矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮 )、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成，采用交流或直流电机驱动。采用低速电动机时可不用减速器，电动机直接与卷筒主轴相连，或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。传动功率大时，可采用 2 台或 4 台电动机同时驱动。一台提升机的总功率已达到 1160
8、0 千瓦。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇紧急情况时，制动系统应通过可调节制动力矩的液压系统产生两级安全制动 ，以保证提升机及时停车又不产生制动过猛现象。交流电动机驱动的提升机，其制动系统还要具有灵敏的制动力矩可调性能，以准确控制提升机在临近停车点时的运行速度。 矿井提升机的用途及在矿山生产中所占的地位 提升机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。从地下采出的煤炭、矿石必须提升至地面才有实际应用价值。废石的提升，工作人员、材料及设备的升降等都要靠提升工作来完成。矿井提升设备就是完成上述工作的多种机电设备组成的大型成套装备。矿
9、井提升设备在工作中一旦发生机械或 电气事故，就会造成停产，甚至造成人身伤亡。 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 4 单绳缠绕式提升机的工作原理及结构 图 1-1 上图所示是单绳缠绕式箕斗提升系统示意图，固定在提升机滚筒 1 上。启动提升机，一根钢丝绳想滚筒上缠绕，使井底重箕斗向上运动；另一根钢丝根提升钢丝绳 7 连接，两根提升钢丝绳 7 的另一端则绕过安装在井架 3 上的天轮 2，以相反的方向绳自滚筒上放松，处于井底车场的重矿车 8，把矿车内的煤炭卸入井底煤仓 9，再经过装载设备 11 把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时，已提至井口卸装位置的重箕斗 4，通过井架 3 上的卸载曲轨 5 的作用
10、。箕斗底部的 闸门开启，把煤炭卸入地面煤仓 6 中。处于井上、井下的两箕斗分别通过连接装置与两使井口轻箕斗向下运动，从而完成了一次提升煤炭任务。 单绳缠绕式提升机只有一根钢丝绳与容器相连。钢丝绳的一端固定在提升机卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器连接，当卷筒由电动机拖动以不同方向转动时，钢丝绳在卷筒上缠绕或放出，实现容器的提升和下 放 。 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 5 图 1-2 如图 1-2 是 JK 系列提升机外形图，位于右侧固定卷筒的右轮毂与轴采用静配合无键联接，左侧的游动卷筒通过调绳离合器与主轴联接。卷筒采用全焊接结构。 卷筒外边一般设有刻制绳槽的木衬，以引导钢丝绳规则排列，减
11、少绳的磨损，并在一定范围内增加筒壳的强度和刚度。木衬厚度不小于 2 倍钢丝绳直径，宽度在 100mm 左右。装配木衬时，应使其与筒壳接触良好，接触不匀会使筒壳应力分布不均。由于更换木衬费工费时费料，因此近年生产的提升机有的采用加厚筒壳，直接在筒壳上车槽，称为带 绳槽卷筒。 单层缠绕时，卷筒表面刻螺旋绳槽；多层缠绕时刻环形平行绳槽。多层缠绕若采用螺旋绳槽，在缠偶数层时，绳圈螺旋方向改变，卷筒每转一周钢丝绳发生两次跳跃式移动。多层缠绕采用环形平行绳槽时，卷筒每转一周，绳槽过渡只发生一次冲击，可以相对减少钢丝绳的卡咬现象。 多层缠绕钢丝绳磨损最严重的部分是相邻两层过渡处，此处绳圈与挡绳板间形成一楔形
12、段，钢丝绳在拉力作用下，挤入或拉出楔形段会产生咬绳现象。在层间过渡处设置合理的几何形状过渡楔块，可以引导钢丝绳顺利完成层间过渡，减少咬绳。 主轴是承受所有外部载荷，并将此载荷 经主轴传给地基的主要承力部件。主轴承支撑主轴，并承受机器旋转部件的轴向及径向负荷，一般采用滑动轴承。 提升机采用中硬齿面平行轴减速器或行星齿轮减速器。行星齿轮减速器传动体积小、质量轻、效率高，与同等能力平行轴齿轮减速器相比，质量约为后者的 30% 40%，效率提高约 5%。目前广泛应用于矿井提升机上。 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 6 双卷筒提升机都装有调绳离合器，离合器的作用是使活卷筒与主轴连接或脱开，以便调节绳
13、长时，使两卷筒能相对转动。 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。应用较多的是齿轮离合器 矿井提升机的发 展趋势 从 50 年代第一代仿制的苏式 M 型提升机到目前新型矿井提升机 ,我国提升设备总的发展趋势主要是 :主轴装置由铸造支轮、螺栓联接的筒壳发展为全焊接组装式卷筒 ;主轴支承由滑动轴承发展为滚动轴承 ;调绳离合器由手动蜗轮蜗杆发展为液动径向齿块式 ;制动系统由气动角移块式重锤制动发展为液动盘式弹簧力制动 ;操纵方式由机械杠杆式变为电操纵 ,手动变为半自动甚至全自动、微机控制 ;减速器由软齿面平行轴发展为硬齿面磨齿行星齿轮传动 ;运行监控显示由单一指针式发展为
14、计算机多媒体数字、图形、指针综合显示 ;电控系统由继电器、接触器式发展为 计算机为核心的全自动系统 ;大型提升设备 (容量 1000kW以上 )发展趋势是低速直流电机拖动 ,采用电机转子和滚筒主轴直联的结构。 矿井排水 在矿井建设和生产过程中，从各种渠道来的水源源不断地涌入矿井。如果不及时排除，必将影响煤矿的安全和生产。因此，必须设置排水设备，把涌入矿井的水及时从井下排至地面。另外，由于煤矿地质条件复杂，有可能遭到突然大量涌水而淹没矿井，这时需要排水设备抢险排水，以尽快恢复矿井生产。总之，矿井排水始终伴随着煤矿建设和生产，直至矿井报废，才完成它的历史使命。因此，矿井排水是煤矿建设和生产中不 可
15、缺少的一部分，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。 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、断层水和老空水。含水层水是指地下厚土层和各种各样的岩层中含有的水。断层水是指附近破碎岩石中的积水。老空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。如水砂充填时矿井的充填废水、水采矿井的动力废水等。 随着 电子技术的发展，集成电路控制系统及计算机的应用。排水系统的效率和稳定性有了飞速的发展。 学生
16、 孙智妍 河北工程大学毕业设计 7 矿井通风 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分 ,担负着连续不断地供给新鲜空气 ,排出有毒有害气体作业人员生命安全的重要任务 ,因此 ,通风系统的安全性对于整个矿井的安全生产至关重要 .本文在分析系统优化的条件、多目标优化解的特征以及基本求解方法的基础上 ,从矿井通风系统安全性和基本要求出发 ,研究矿稳定性、可靠性以及它们与矿井通风系统安全性的关系 . 应用系统优化的相关知识 ,确立矿井通风系统安全性指标与指标权系数 .其中 ,安 全性指标体系中各确定 ,采用构造判断矩阵法 ,并结合各专家评价经验值 ,构造各指标之间的相对重要度 .矿井通风系统安全性指标
17、 ,以通风阻力测定计算、巷道风流稳定性分析、风机可靠性分析等方法得出 .通过对通风系统安全性的分析 ,及时发现系统运行过程中可能出现的故障和事故隐患 ,给矿井通风系统的设计和管理提供科学依据 ,可以有效的防止和减少矿井通发生 . 通风系统是个复杂的系统 ,本论文结合矿井通风阻力测定和通风巷道的实际情况对通风系统中风量的有效性 ,通风系统的可靠性和稳定性进行分析 .主要针对矿井通风系统的通风实际状况 ,通风网络结构 ,控制风流的通风设学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 7 第一章 矿井提升机选型设计 1.1 设计方案及参数 提升机：井深 242 米，年产量 45 万吨 单绳选 6 19 普通钢丝
18、绳，多绳选 6（ 30）三角股钢丝绳， 2.5 箕斗自重 2.8t，年工作天数： rb =300 天；日工作小时数： dt =14 小时；装载不均匀系数： C =1.15；富裕系数：fa =1.2。 1.2 提升容器的选择 1.2.1 计算提升高度 H: mHzHxHsH 2761816242 （ 2.1） 式中： Hs =242 米 ， Hz =18 米 ， Hx =16 米。 1.2.2 计算提升速度 mv smHv m /64.64.0 （ 2.2） 1.2.3 估算一次提升循环时间 T: suvHavT mm 22.79101042.52 7 68.0 64.61 （ 2.3） 式中
19、： ssua 1010,8.01 取；休止时间取爬行时间预选 。 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 8 1.2.4 计算一次提升量 /Q 小时提升量 tAaCA nfs 8.1 4 7143 0 0 10452.115.1143 0 0 4 （ 2.4） grn ktb TAcQ 2711143006.3 22.79104515.16.34 （ 2.5） 式中 ： C=1.15, 2.1fa 45nA 吨 /年 3 0 0 / 1 4br t天 年 小时 1.2.5 小时提 升次数 sN : 44.4522.7936003600 TN s （ 2.6） 1.2.6 一次合理提升量 Q : t
20、NAQ ss 25.344.45 8.147 （ 2.7） 选择 JL-3 型立井单绳箕斗，其技术规格如下： 箕斗自重 3.8t， 箕斗斗箱容积 33.3 mV 箕斗全高 Hr=7.78 米 两箕斗中心距 s=1.83 米 箕斗实际装煤量 tQ 13.395.03.3 学生 孙智妍 河北工程大学毕业设计 9 1.3 选择提升钢丝绳 1.3.1 钢丝绳终端荷重 : kgQQ z 693038003130 （ 2.8） 1.3.2 钢丝绳悬垂长度 : mHHHH zsjc 2031815035 （ 2.9） 式中 ： Hj 取 35 米 1.3.3 钢丝绳单位长度重量 p : cazHm BQQp11.0（ 2.10） 式中： 5.6,/170 2 aB mcmkN cazHmBQQp11.0= mNg /9.252 0 35.61 7 0 0 0 011.06 9 3 0 选择 6 19-28-170 普通圆股钢丝绳，其规格是： d=28 毫米 , =1.8 毫米 ,p=27.4N/m， Qq =492500/N 1.3.4 验算钢丝绳安全系数 : 5.657.62 0 30 2 7 4.0383.31 5.4 9 2 cza pHgQQg Qqm （ 2.11） 所选钢丝 绳满足要求。
