礦山提升機設計方案前言礦山提升機作為礦山生產(chǎn)中的關鍵設備，承擔著礦石、人員、材料及設備的垂直運輸任務，其性能直接關系到礦山的生產(chǎn)效率、安全保障及經(jīng)濟效益。本設計方案旨在提供一套全面、系統(tǒng)、專業(yè)的礦山提升機設計思路與方法，涵蓋從原始數(shù)據(jù)收集、方案選型、參數(shù)計算到設備配置、安全保障等各個環(huán)節(jié)，以期為相關工程技術人員提供具有實際指導意義的參考。本方案的制定嚴格遵循國家及行業(yè)相關標準規(guī)范，注重設計的科學性、合理性與可操作性。一、設計依據(jù)與原始數(shù)據(jù)1.1設計依據(jù)本設計方案的主要依據(jù)包括但不限于：*國家現(xiàn)行的《礦山安全規(guī)程》、《煤礦安全規(guī)程》（若適用）及相關行業(yè)標準。*委托方提供的礦井初步設計資料、地質(zhì)報告及提升任務書。*國內(nèi)外同類提升機先進技術與應用經(jīng)驗。*相關設備制造廠商的技術參數(shù)與性能指標。1.2原始數(shù)據(jù)進行提升機設計前，必須明確以下關鍵原始數(shù)據(jù)：*礦井類型及用途：如主井（提升礦石）、副井（提升人員、材料、設備及矸石）或混合井。*井筒參數(shù)：*井筒深度（提升高度）：指井口到井底車場或裝載點的垂直距離。*井筒直徑（或斷面尺寸）：影響提升容器的選擇及井筒裝備布置。*井筒傾角：對于斜井提升至關重要。*提升物料性質(zhì)：*主要提升物料種類：煤炭、金屬礦石、非金屬礦石等。*物料塊度、容重及含水率（影響裝載方式和提升容器有效容積）。*提升量要求：*年設計產(chǎn)量：決定提升機的最大提升能力。*日提升量及小時提升量：作為校核提升能力的依據(jù)。*提升容器類型及數(shù)量：*主井提升容器：箕斗（立井）、礦車（斜井）等。*副井提升容器：罐籠（單層、雙層）、人車等。*容器數(shù)量：單容器、雙容器或多容器提升。*提升高度與速度限制：根據(jù)礦井條件及安全規(guī)程確定合理的提升速度范圍。*工作制度：*年工作日數(shù)。*日工作小時數(shù)。*提升設備利用率。*井筒裝備情況：罐道類型（剛性罐道如鋼軌罐道、組合鋼罐道；柔性罐道如鋼絲繩罐道）、罐道梁布置等。*礦井瓦斯等級及其他特殊要求：如是否為高瓦斯礦井、有無煤塵爆炸危險等，這將影響設備的防爆等級及安全措施。*電源條件：供電電壓等級、電源可靠性等。二、提升系統(tǒng)方案選擇2.1提升系統(tǒng)類型選擇根據(jù)礦井條件、提升量及提升高度，常用的提升系統(tǒng)主要有：2.1.1單繩纏繞式提升系統(tǒng)*特點：結構簡單，維護方便，對井筒條件適應性強，但鋼絲繩磨損較快，提升高度和提升重量受到卷筒容繩量和鋼絲繩強度的限制。*適用條件：一般適用于中、小型礦井，井筒深度不太大（通常立井不超過一定深度，斜井不超過更長一些的斜長），提升量不太大的場合?？捎糜谥骶蚋本嵘?.1.2多繩摩擦式提升系統(tǒng)*特點：通過鋼絲繩與主導輪襯墊之間的摩擦力傳遞動力，采用多根鋼絲繩共同承載，因而可以顯著提高提升高度和提升重量，鋼絲繩壽命相對較長，機房布置緊湊。但對井筒直徑、鋼絲繩懸掛及張力平衡要求較高，設備制造和安裝精度要求也較高。*適用條件：適用于大型礦井、深井提升，以及提升量較大的場合，是目前國內(nèi)外大型礦井主井提升的主流選擇，也可用于條件適宜的副井提升。2.2提升方案比選與確定在綜合考慮原始數(shù)據(jù)、技術可行性、經(jīng)濟合理性、安全可靠性及后期維護等因素的基礎上，對可能的提升系統(tǒng)方案進行詳細比選。比選應包括以下方面：*技術可行性：所選方案能否滿足提升高度、提升量及各項性能指標要求，與井筒條件是否匹配。*經(jīng)濟合理性：設備初期投資、土建工程費用、運行能耗、維護成本等綜合經(jīng)濟性比較。*安全可靠性：系統(tǒng)的安全保護措施是否完善，設備運行的穩(wěn)定性和故障率。*技術先進性與成熟度：優(yōu)先選擇技術先進且應用成熟的方案，兼顧未來發(fā)展需求。*環(huán)境適應性：對礦井特殊環(huán)境（如高瓦斯、粉塵、潮濕等）的適應能力。經(jīng)過全面比選后，確定最優(yōu)的提升系統(tǒng)方案，并闡明選擇理由。例如，若井筒較深、提升量較大，則多繩摩擦式提升系統(tǒng)可能是更優(yōu)選擇；若井筒較淺、提升量中等且對初期投資較為敏感，則單繩纏繞式提升系統(tǒng)可能更為適宜。2.3提升容器選擇提升容器的選擇需與提升系統(tǒng)類型、提升物料性質(zhì)及井筒條件相匹配：*主井提升：*箕斗：用于提升煤炭或礦石，分為立井箕斗（底卸式、側卸式）和斜井箕斗。具有裝卸載自動化程度高、提升效率高的優(yōu)點。*礦車：斜井提升常用，有固定車箱式、翻轉車箱式等。*副井提升：*罐籠：用于提升人員、材料、設備及矸石，有單層罐籠、雙層罐籠及多層罐籠。通用性強，但提升效率相對較低。*人車：專門用于斜井或平巷運送人員。選擇時需確定提升容器的類型、規(guī)格（容積或載重）及數(shù)量（單鉤或雙鉤提升）。三、提升機主要參數(shù)計算3.1提升速度圖與提升周期計算提升速度圖是提升機運行特性的直觀體現(xiàn)，通常由加速階段、等速階段和減速階段組成，必要時還包括爬行階段和裝卸載休止時間。*最大提升速度：根據(jù)提升系統(tǒng)類型、提升高度及相關規(guī)程確定。立井提升和斜井提升的最大速度均有不同限制。*加減速度確定：需綜合考慮提升機拖動能力、鋼絲繩受力、提升容器內(nèi)物料穩(wěn)定性（防止撒料）及人員乘坐舒適性（副井提升）。*提升周期（一次提升循環(huán)時間）：包括提升容器運行時間（加速、等速、減速）、裝料時間、卸料時間及必要的休止時間。精確計算提升周期是校核提升能力的關鍵。3.2提升能力驗算根據(jù)確定的提升速度圖和提升周期，計算提升系統(tǒng)的實際提升能力，并與設計要求的提升量進行對比驗算。*小時提升量：根據(jù)提升周期和一次提升量（提升容器有效載重或容積）計算。*日提升量及年提升量：結合工作制度（年工作日、日工作小時數(shù)、提升設備利用率）計算，并確保滿足設計產(chǎn)量要求。若提升能力不滿足要求，需重新調(diào)整提升參數(shù)（如提升速度、提升容器規(guī)格、工作制度等）。3.3鋼絲繩選擇與驗算鋼絲繩是提升系統(tǒng)的“生命線”，其選擇和驗算至關重要。3.3.1鋼絲繩類型選擇根據(jù)提升系統(tǒng)特點選擇合適的鋼絲繩類型，如單繩纏繞式提升常用圓股鋼絲繩，多繩摩擦式提升常用三角股或異形股鋼絲繩以增加摩擦力。同時考慮鋼絲繩的結構（如交互捻、同向捻）、表面處理（光面、鍍鋅）等。3.3.2鋼絲繩直徑計算與選擇根據(jù)鋼絲繩所承受的最大靜張力（或最大靜張力差，對于摩擦式提升），按《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)范要求的安全系數(shù)，計算所需的鋼絲繩最小直徑，并從標準規(guī)格中選取。3.3.3鋼絲繩安全系數(shù)驗算對所選鋼絲繩進行安全系數(shù)驗算，確保在各種工況下（如滿載、最大懸垂長度等）的安全系數(shù)均不低于規(guī)程規(guī)定的最小值。安全系數(shù)是鋼絲繩破斷拉力與實際最大靜拉力（或靜張力差）的比值。3.4提升機卷筒（或摩擦輪）主要參數(shù)確定3.4.1單繩纏繞式提升機卷筒*卷筒直徑（D）：必須滿足鋼絲繩最小彎曲半徑要求，即卷筒直徑與鋼絲繩直徑（d）的比值D/d應不小于某一規(guī)定值（根據(jù)鋼絲繩類型和規(guī)程確定）。*卷筒寬度（B）：根據(jù)鋼絲繩的最大纏繞層數(shù)、每層纏繞圈數(shù)及鋼絲繩直徑計算確定。需考慮鋼絲繩之間的間隙。*卷筒強度驗算：對卷筒筒體、法蘭、支輪等關鍵部位進行強度和剛度驗算。3.4.2多繩摩擦式提升機摩擦輪（主導輪）*摩擦輪直徑（D）：同樣需滿足鋼絲繩最小彎曲半徑要求，其D/d比值要求通常比纏繞式卷筒更高。*摩擦輪襯墊：選擇摩擦系數(shù)大、耐磨、不易打滑的材料（如聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯等）。*繩槽：繩槽形狀（如半圓形、帶襯墊的楔形槽）和尺寸需與所選鋼絲繩匹配，確保各繩受力均勻。3.5提升機拖動與控制系統(tǒng)方案3.5.1拖動方式選擇提升機拖動系統(tǒng)主要有交流拖動和直流拖動兩大類。*交流拖動：包括繞線式異步電動機串電阻調(diào)速、同步電動機變頻調(diào)速、異步電動機變頻調(diào)速等。其中，變頻調(diào)速技術因其高效、節(jié)能、調(diào)速性能好等優(yōu)點，已成為當前提升機拖動的主流發(fā)展方向。*直流拖動：調(diào)速性能優(yōu)異，但需配備直流電源（如晶閘管整流裝置），初期投資和維護成本相對較高，目前在新建大型提升機中應用逐漸減少，但在一些老礦改造或?qū)φ{(diào)速性能有極高要求的場合仍有應用。選擇拖動方式時，需考慮提升機功率、調(diào)速范圍、動態(tài)響應、節(jié)能效果、維護便利性及電源條件等因素。3.5.2電動機容量計算與選型根據(jù)提升機運行過程中的最大靜功率、加速功率及各種損耗，計算所需電動機的額定功率，并考慮一定的備用系數(shù)。然后根據(jù)功率、轉速、電壓等級等參數(shù)選擇合適型號的電動機。3.5.3控制系統(tǒng)方案提升機控制系統(tǒng)應具備高可靠性、先進性和完善的保護功能。目前主流的控制系統(tǒng)采用PLC（可編程邏輯控制器）或DCS（分布式控制系統(tǒng)）作為核心控制單元，實現(xiàn)對提升機的啟動、加速、勻速、減速、停車、換向及各種保護的自動化控制。*控制功能：應包括行程控制、速度控制、張力控制（多繩提升）、信號聯(lián)鎖、故障診斷與保護等。*安全保護：必須具備完善的安全保護裝置，如過卷保護、過速保護、過負荷和欠電壓保護、限速保護、閘瓦磨損保護、深度指示器失效保護等，確保提升機在任何故障情況下都能安全停車。*人機界面：配備直觀的人機操作界面（HMI），用于參數(shù)設置、狀態(tài)顯示、故障報警和歷史數(shù)據(jù)查詢等。四、提升系統(tǒng)的安全與保護提升機的安全運行是礦山安全生產(chǎn)的重中之重，必須設置多層次、全方位的安全保護裝置和措施。4.1主要安全保護裝置*過卷保護裝置：當提升容器超過正常停車位置（或出車平臺）一定距離時，能自動斷電并使提升機安全制動。應設置機械和電氣雙重過卷保護。*過速保護裝置：當提升速度超過最大允許速度的一定比例（如15%）時，能自動斷電并實施安全制動。*過負荷和欠電壓保護裝置：當提升機拖動電動機出現(xiàn)過負荷或供電電壓過低時，能自動斷電并制動。*限速保護裝置：在提升機運行到井口或井底附近時，能將速度限制在規(guī)定值以下。*閘瓦磨損保護裝置：當閘瓦磨損到一定程度或閘瓦間隙超過規(guī)定值時，發(fā)出報警信號或?qū)崿F(xiàn)安全制動。*深度指示器失效保護裝置：當深度指示器失效時，能自動斷電并制動。*松繩保護裝置：對于纏繞式提升機，當鋼絲繩松弛到一定程度時，能自動斷電并制動，防止鋼絲繩跳槽或打結。*滿倉保護裝置：當箕斗提升的井底煤倉或礦石倉滿倉時，能自動發(fā)出信號，阻止提升機裝載和下放。*閘間隙保護：監(jiān)測閘瓦與制動輪（或制動盤）之間的間隙，超限報警或制動。*減速功能保護：當提升機按給定的減速度減速時，若不能達到預定減速效果，應實施安全制動。*錯向運行保護：防止提升機發(fā)生與指令方向相反的運行。4.2制動系統(tǒng)設計制動系統(tǒng)是提升機安全運行的關鍵，必須絕對可靠。*工作制動：用于提升機正常運行中的減速和停車，通過司機操作或自動控制實現(xiàn)。*安全制動：當提升機出現(xiàn)緊急情況時（如過速、過卷、斷繩等），能迅速、可靠地將提升機制動住，且制動減速度符合規(guī)程要求。安全制動必須采用獨立的控制回路和動力源。*制動裝置：常用的有塊式制動器（用于中小型提升機）和盤式制動器（用于中大型提升機，尤其是多繩摩擦式提升機）。盤式制動器具有制動力矩大、動作靈敏、可靠性高、維護方便等優(yōu)點。*制動力矩計算與驗算：必須保證安全制動力矩足夠大，即使在最不利情況下（如滿載下行），也能將提升機可靠制動。同時，制動減速度和制動力矩需匹配，避免過大的減速度對設備和人員造成沖擊。4.3安全防護措施*提升機房、井筒裝備、天輪平臺等區(qū)域應設置完善的安全防護欄、防護罩。*提升信號系統(tǒng)必須清晰、可靠，做到信號不清不開車，信號與提升機之間應有可靠的閉鎖。*鋼絲繩的檢查、維護和更換應嚴格按照規(guī)程執(zhí)行，定期進行無損檢測。*提升機各轉動部分應設置可靠的防護裝置，防止人員接觸。*建立健全的提升機操作規(guī)程和維護保養(yǎng)制度，并對操作人員進行嚴格培訓和考核。五、設備布置與安裝要求5.1提升機房布置提升機房的布置應滿足設備安裝、操作、維護和檢修的要求，并符合安全規(guī)程。*空間要求：保證提升機、電動機、減速器、控制臺等設備之間有足夠的操作和檢修空間，通道暢通。*采光與通風：應有良好的自然采光或人工照明，以及有效的通風降溫措施（特別是對于大功率電機）。*地基與基礎：提升機基礎必須具有足夠的強度和剛度，以承受設備運行時的動載荷和靜載荷，避免產(chǎn)生過大的沉降或振動?；A設計應進行詳細的受力計算。*設備布置：應根據(jù)提升機類型、傳動方式等合理布置設備，力求流程順暢、緊湊，便于操作和維護。如主導輪（或卷筒）、減速器、電動機、聯(lián)軸器等的軸線應保證對中。5.2井筒裝備布置井筒裝備包括罐道、罐道梁、梯子間、管路、電纜等。*罐道：用于引導提升容器在井筒中平穩(wěn)運行。應根據(jù)提升容器類型、提升速度、井筒條件選擇合適的罐道類型（剛性或柔性）和材質(zhì)。罐道的安裝必須保證垂直度和間距精度。*罐道梁：固定罐道，承受罐道傳來的力。其材質(zhì)、規(guī)格和布置間距需經(jīng)計算確定。*連接與固定：所有井筒裝備的連接必須牢固可靠，符合設計要求。5.3天輪（或?qū)蜉啠┎贾?天輪（立井）/導向輪（斜井）：用于改變鋼絲繩的纏繞方向，支撐鋼絲繩。其布置位置和高度應保證鋼絲繩在運行過程中不與井筒裝備或井壁發(fā)生摩擦，且滿足鋼絲繩的偏角要求。*天輪平臺：天輪應安裝在牢固的天輪平臺上，