1、1 前言 矿山提升设备是矿山运输中的咽喉设备，占有重要的地位，是井下与地面联系的主要工具。矿山提升设备的用途是沿井筒提运矿石和废石，升降人员，下放材料、工具和设备。矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障，就会造成停产，甚至人身伤亡。为了保证生产和人员的安全，要求矿山提升设备运行准确，安全可靠，并必须配有性能良好的控制设备和保护装置1。1.1课题提出矿井提升机是安装在地面，借助于钢丝绳带动提升容器沿井筒或斜坡道运行的提升机械。提升方式一般可根据矿井年产量来确定：年产量小于30万吨的小型矿井，多采用一套罐笼提升设备完成全部的提升任务；年产量大于30万吨的大中型矿井，由于有提升煤炭及辅助提升
2、的任务较大，一般均设主、副井两套提升设备。主井采用箕斗提升煤炭，副井采用罐笼完成辅助提升任务。对于年产量大于180万吨的大型矿井，一般主井需要两套箕斗提升设备，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积提升设备作辅助提升。竖井开采的矿井，一般采用单绳缠绕式提升设备，当年产量超过60万吨，井深超过350的矿井，应考虑采用多绳摩擦式提升设备；即使矿井年产量较少，但井更深时，也可采用多绳摩擦式提升设备。矿山提升设备的主要组成部分：提升容器、提升机、提升机钢丝绳、井架和天轮（或井塔）以及装卸载附属装置等。根据用途、工作条件、构造形式等，提升设备可作如下分类：（1）按用途分 主提升设
3、备：专用于提升煤炭； 副提升设备：用于提升矸石、运送材料、设备和升降人员等辅助工作。（2）按井筒角度分 立井提升设备：有罐笼和箕斗之分； 斜井提升设备：有箕斗和串车之分。（3）按提升机缠绕机构分 等直径圆柱型滚筒单绳缠绕式提升机； 变直径圆锥型滚筒单绳缠绕式提升机。缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒主轴承调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器。（4）按提升机滚筒数量分 单滚筒提升机：用于单购提升； 双滚筒提升机：用于双钩提升。（5）按拖动原动机的类型分 交流电动机拖动的提升机； 直流电动机拖动的提升机。矿井一般设一套主提升设备提煤，一套副提升设备提矸及完成其他辅助作业。小型矿井可采用一套设备进
4、行混合提升。矿井提升设备选型前，应依据矿井产量、开拓方式、采煤方法等因素，综合考虑，首先确定合理的提升系统。提升系统的形式主要两种：（1）立井提升系统：包括立井罐笼提升系统和立井箕斗提升系统。罐笼提升因为具有用途多、系统简单、工程量小、投资少等优点，在地方煤矿被广泛采用。年产量45万吨以上的矿井，主提升设备多采用箕斗提升。（2）斜井提升系统：主要有斜井串车提升和斜井箕斗提升及带式输送机提升。地方煤矿一般采用斜井串车提升。在斜井倾角大于25度时采用斜井箕斗提升。生产能力较大的大、中型矿井当倾角小于18度是采用带式输送机提升。本设计提出根据刘村煤矿的实际开发利用方案进行设计选型。1.2国内外矿井提
5、升设备的发展与状况1.2.1国外矿井提升设备的发展与现状19世纪初期，德国就制造出第一台蒸汽机拖动的木结构缠绕式提升机。1827年又出现钢结构提升机。1877年德国设计出第一台单钢丝绳（单绳）摩擦式提升机；1905年德国又制造出第一台电气拖动的矿井提升机，逐渐代替了蒸汽提升机；1938年瑞典制造出双钢丝绳(多绳)摩擦式提升机；1957年出现了单绳缠绕式（单筒和双筒）提升机。随着矿业生产的不断发展，矿井开采的深度与产量日益增加，渐渐又开发出了一系列许多比较成熟的产品，总体上是在向大负荷、高速和大型化方向发展，提升设备的各项技术也都有飞速发展，在增加提升量和提升高度方面也有大的突破。为提高劳动生产
6、率和各项经济技术指标，对现有的提升设备进行技术改造，不断的采用新技术、新工艺；诸如新型制动器、液压站，使用寿命较长且结构稳定的提升钢丝绳、直流拖动和自动化控制等，从而提高设备的能量、自控化程度和安全可靠性2。近年来，各种技术方法的运用和生产需求推动了国外提升机械的发展。现在国外箕斗有效载重量已超过50t；提升速度接近25m/s；拖动功率达10000kw 以上；在拖动控制方面已广泛采用了集中控制及自动控制设备；多绳提升机的绳数为10根；井深从数百米到2000m以上。例如，瑞典的基鲁那铁矿，在一个矩形的井塔上安装了12台多绳提升机（九台单箕斗提升机，二台双箕斗提升机和一台罐笼提升机），小时提升能力
7、近万吨，多绳摩擦式已发展到卷筒直径9m，电机9000W，提升能力80t，提升高度达3000m以上。各台提升机均由综合控制台进行集中控制。随着可控硅技术的发展，直流拖动、交流变频技术正在广泛使用，计算机的应用也在逐渐推广，所有这些，都说明矿井提升设备正在日新月异，向大型化，高效率和自动控制方向发展。1.2.2国内矿井提升设备的发展与现状早在公元前1100年左右，我国古代劳动人民就发明了辘轳，用手摇辘轳的方法提升地下矿产物，这就是现代提升机的始祖。但是由于我国长期处于封建社会，工业技术没有得到正常发展，直到全国解放时，我国还不能生产矿井提升机。1953年抚顺重型机器厂为我国制造了第一台单绳缠绕式提
8、升机；1958年洛阳矿山机器厂开始仿制苏联EM型矿井提升机，并在改进国外产品的基础上，于1961年自行设计和制造了我国第一台JKM24型多绳摩擦式提升机，1971年又在XKT型提升机的基础上设计、制造了JK系列单绳缠绕式提升机，此系列提升机采用了新的结构形式和先进技术，提升机的能力比老系列提升机平均提高25，其重量也相应的有所减少。现作为国家定型产品成批生产，并销售到十几个国家。1992年又生产了直连式的多绳摩擦式提升机，为我国深部开采和开采大产量的矿井及直流电机拖动的推广应用，提供了性能良好、技术先进的设备。通过以上分析可知，国产提升机的发展大致经历了仿苏、改进及自行设计三个阶段3。目前我国
9、已能自行设计和制造下列产品：单绳缠绕式JT0.8-1.6，JK2.0-6.0；摩擦式JKM1.854-46型，JKMD2.84-3.54型。我国所生产的各种提升机及其配套的设备，不论从设计、制造、自动控制等各方面，都具有体积小，重量轻，能力大、安全可靠等特点，并以较快的步伐跨入世界先进的行列。我国多年来一直以生产单绳缠绕式提升机为主，已形成了一整套设计与制造的完整体系；技术已比较成熟，但是，随着大型矿井的不断出现和井筒的延伸，单绳缠绕式提升机已越来越显示出它的不足，因为这种提升机的提升高度受卷筒容绳量的限制，例如，我国制造的 2JK-5/10.5型单绳缠绕式提升机，由计算知，提升机的最大提升高
10、度约为1150米，但这时容许的终端载荷却只有8.7吨，若终端载荷量增到15吨时，则提升高度必须降到450米左右。随着矿井开采深度的增加和一次提升量的增大，如仍采用单绳缠绕式提升机，就必须制造和采用更大的提升机和直径更大的钢丝绳，这样一来，不但会过多的增加基建费用，并带来制造和使用维护上的一系列缺点。提升能力又受到单根钢丝绳强度的限制。而多绳摩擦式提升机也就充分发挥了它的优点，在提升能力相同时，它具有安全可靠性能高，提升能力大，提升深度较深，生产效率高，重量轻，易于制造，电能消耗少等优点。并且井筒延伸时，提升能力不受太大影响，弥补了单绳缠绕式提升机容量绳和一次提升负荷受到限制的缺陷。但是，多绳摩
11、擦式提升机不适合应用于浅井，特别是斜井提升，因为其张力难以控制和调整，且成本高。目前，在斜井、浅井、中小型矿井以及凿井提升中，仍普遍使用单绳缠绕式提升机，并在结构上力求使其合理化，以保证卷筒的受力情况最好，现在广泛采用焊接式筒壳及弹性支轮。我国能生产矿井提升机的企业主要有洛阳矿山机器厂、上海冶金矿山机器厂、山西机器制造公司等大型的制造工厂，他们都能够生产各种大型的矿井提升机。锦州、重庆矿山机器厂及湖南株州煤矿机器厂能够生产1.6米以下矿井绞车，其中株州煤矿机器厂、山西机器制造公司还可以生产1.6米液压防爆绞车，以满足煤矿、冶金矿山的需要4。从国内、外看矿井提升机的发展，都在采用最新的技术，最新
12、的工艺，最新的材质，使提升设备向大型化，高效率，体积小，重量轻，能力大，安全可靠、运行准确和标准化、集成化、智能化方向发展。1.3本课题的研究目的与意义矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。虽然矿井提升系统本身有一些安全保护措施，但是由于现场使用环境条件恶劣，造成了各种机械零件和电气元件的功能失效，以及操作者的人为过失和对行程监测研究的局限性，使得现有保护未能达到预期的效果，致使提升系统的事故至今仍未能消除。一旦提升机的行程失去控制，没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，造成楔形罐道、箕斗的损坏，影响矿井正常生产
13、，甚至造成重大人员伤亡，给煤矿生产带来极大的经济损失。本课题的研究为使提升机安全、可靠、有效高速运行，提高企业的生产效率和经济效益。根据目前国内外的煤矿生产的实际情况，为了使矿井提升设备适应生产发展的需要，一方面是加强现有提升设备的技术改造，挖掘其潜力；另外一方面，分析研究提升设备的发展趋势、设计并制造新型的更加现代化的提升设备，也是迫切和急待解决的问题。1.4本课题研究内容和技术路线研究内容：本设计研究的主要内容包括提升机工作装置的设计选型、提升设备的运动学和动力学分析、提升设备的检修维护和安全管理、经济可行性分析。提升机工作装置的设计选型主要有以下内容：（1） 计算并选择提升箕斗；（2）
14、计算并选择提升钢丝绳；（3） 计算滚筒直径并选择提升机；（4） 计算天轮直径并选择天轮；（5） 提升机与井筒相对位置的确定；（6） 预选提升电动机；（7） 变位质量的计算。技术路线：本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，经过科学的计算和分析，设计、选择了一套矿井提升机的传动系统设备。查阅相关资料了解认识矿井提升设备，搜集资料。多向同学、老师请教，多观察、多调查、多测验。从实践和理论去学习矿井提升机的工作原理，然后熟悉工作流程，进行工作装置机械设备选型设计，绘制零件图，最后整体校核，完成设计。进入煤矿实习参观，了解实物，查阅资料进一步了解矿井提升机。然后进行机械和系统方面的检
15、测。最后整理设计，完成设计说明书。502 提升机设计总体方案2.1矿井提升机设计参数（1） 矿井年产量 An，90万 t/a；（2） 工作制度：即年工作日br，日工作小时数t，煤炭工业设计规范规定：br300天，t14h；（3） 井筒深度 Hs，260 m；（4） 卸载水平与井口的高差 Hx，20m；（5） 装载水平与井下运输水平的高差 Hz，20m；（6） 煤的松散密度，0.92tm3；（7） 提升方式：箕斗，单绳缠绕式提升；（8） 矿井电压等级，6kv。2.2矿井概述滕州市力源煤炭有限责任公司刘村煤矿行政区划属山东省滕州市所辖，企业性质为市属国有企业，隶属滕州市煤炭局管理。该矿位于滕州市柴胡店镇境内，地处鲁南平原。井田内地势平坦，为黄土冲积平原，土地肥沃，村庄均在井田以外。东距枣庄市区35km，西北距滕州市区30km，区内西侧有枣滕公路穿过，另有乡镇公路和生产路多条，西侧7km处有京沪铁路官桥站，交通运输十分方便。滕州市力源煤炭有限责任公司刘村煤矿位于官桥煤田中西部，八一井田南部西侧，地处滕州市柴胡店镇境内，镇驻地东侧,矿井地理坐标为：东经11715171171533，北纬345509345630。滕州市刘村煤矿开采边界：西至煤层露头，东到倾西五断层，北至新薛河附近与八一煤矿相邻，南以逆4断层与井亭煤矿分界，南北走向长2.3km，东西倾斜宽2.1 km
