泥河铁矿主井提升设备选型

孙奉禄 李秀臣

(安徽五鑫矿业开发有限公司)

泥河铁矿主井提升设备选型

孙奉禄 李秀臣

(安徽五鑫矿业开发有限公司)

主井提升系统是泥河铁矿主要运输系统，在主井提升系统的设备选型方面进行严格把关。根据泥河铁矿工程概况以及主井提升系统的主要技术参数，确定主井提升系统的提升方式和提升机型号。在确定提升系统首尾绳型号的基础上，校验了钢丝绳应力波动值，并对其相关设备选型进行了分析。通过对安全防滑系数的验证确定提升系统的合理性,确定主井提升机的5阶速度图，计算得出提升系统的年工作能力，为泥河铁矿安全、高效运行提供了良好的支持。

主井提升系统 应力波动 双箕斗 安全系数

泥河铁矿位于安徽省庐江县城南25 km，矿区面积为12.87 km2。根据前期规划，一期开采南西区-830 m以上矿体，磁铁矿规模为220万t/a；二期开采南西区-830～-1 070 m的矿体和北东区矿体，其中南西区二期新增生产能力180万t/a，北东区二期生产规模为200万t/a硫铁矿，矿山总规模为600万t/a。根据泥河铁矿矿体赋存条件，设计采用主、副竖井开拓运输系统。

1 主井提升系统技术要求

泥河铁矿一期1#主井为箕斗井，井口标高为22.65 m，井底标高为-990 m，井深1 012.65 m,最低运输中段为-850 m。1#主井负担南西区-830 m以上矿体开采时，需要承担220万t/a矿石和10万t/a岩石的提升任务。泥河铁矿一期主井提升系统主要参数见表1。

孙奉禄(1976—)，男，科长，工程师，231561 安徽省合肥市庐江县。

表1 主井提升系统主要技术参数

2 主井提升设备选型分析

2.1 钢丝绳选型

钢丝绳近似单位质量的计算公式为

(1)

式中，Qd为提升钢丝绳终端载荷质量，kg；N1为提升主绳根数；σB为钢丝绳工程抗拉强度，MPa；ma为钢丝绳最低安全系数；H0为提升钢丝绳的悬垂长度，m。

计算得出钢丝绳单位质量ps=3.67 kg/m。

国内外学者认为，采用摩擦式提升，在井深超过800 m时，钢丝绳扭转是钢丝绳损坏的主要原因[1]。故首绳优先选择圆股交互捻钢丝绳，采用6×36WS+FC-ZS/SZ(共6根),钢丝绳单位质量ps1=4.39 kg/m，钢丝绳直径ds1=34 mm；钢丝绳最小破断拉力总和Qz=713 kN;钢丝绳公称抗拉强度σ=1 870 MPa。经校检，首绳安全系数m=9.12>7.5，故满足安全规程要求。

2.2 提升尾绳选型

平衡尾绳的设置数量一般为提升钢丝绳根数的一半，为了使平衡尾绳的单重和提升钢丝绳的单重相等，采用等重尾绳计算[2]。选用3根34×7+FC多层不旋转钢丝绳，钢丝绳单位质量ps2=8.99 kg/m，尾绳钢丝绳直径ds2=48 mm，尾绳钢丝绳公称抗拉强度σ=1 570 MPa。

多绳摩擦式提升机在提升过程中存在钢丝绳应力变化。为了保证钢丝绳的使用寿命，在钢丝绳任意断面处的应力波动值不能大于提升钢丝绳破断力的11.5%[3]。对于双容器提升，首绳和尾绳之中较重者决定SLR的最大值，由于采用等重尾绳，因此

(2)

式中，SLR为首绳应力变化幅，%；Q为有效载重，kg；N2为尾绳根数；Ps2为尾绳质量，kg/m；H为提升高度，m；N1为首绳根数；B为首绳破断拉力，N。

计算得出首绳应力变化幅SLR=10.15%，小于11.5%，故符合要求。

2.3 主井提升机选型

提升系统重载侧最大静拉力为

Sjmax1=(Q1+Q2+N1ps1H0)g，

(3)

式中，Q1为箕斗自重(含悬挂装置)，kg；Q2为箕斗有效载重，kg；N1ps1H0为箕斗重载侧钢丝绳质量，kg。

计算得出重载侧最大静拉力Sjmax1=693.798 kN。

提升系统空载侧最大静拉力

Sjmax2=(Q1+N2ps2H0)g，

(4)

式中，N2ps2H0为箕斗空载侧钢丝绳质量，kg。

计算得出空载侧最大静拉力Sjmax2=502.127 kN。

钢丝绳最大静压力差为Fc为191.671 kN。

根据多绳摩擦式提升机的技术参数，JKM-4X6(Ⅲ)E型多绳摩擦式提升机的最大静张力为1 200 kN，最大静张力差为340 kN，故能够满足实际提升负荷要求。

2.4 电动机的确定

预选主井提升电动机技术参数见表2。

表2 主井提升电动机的技术参数

电动机的等效力为

(5)

计算得出电动机等效力Fd=205 768 N。

电动机的等效功率为

(6)

式中，v为最大提升速度，取12.04 m/s；η为传动效率，取0.93。

计算得出电动机等效功率Pd=2 664 kW。

电动机功率为P=1.1Pd=2 930.4 kW,小于3 200 kW，故所选电机符合功率要求。

2.5 导向轮装置

选用2组φ4 m的多绳导向轮，用于主井提升钢丝绳的支撑和导向，每组导向轮有6个绳轮，绳轮间距为300 mm。导向轮装置与井塔采用榫接结构连接。导向轮采用SKF、FAG型滚动轴承，设计寿命大于35×104h，轴承采用脂润滑。每个轴承上装备PT100测温铂热电阻，并接入电控系统，当轴承温度超过工作允用值时发出报警信号。导向轮采用D660型衬垫。

2.6 其他辅助设备

泥河铁矿井下采用定量斗装载方式，装载系统由矿仓给矿机、带式输送机、定量斗和装载溜槽等几部分组成。主井井塔为钢筋混凝土框筒结构，井塔全高79 m，平面尺寸为20 m×18 m，提升机大厅标高为66.5 m，安装一台JKM-4X6(Ⅲ)E型多绳摩擦式提升机及配套控制台，大厅内设置控制室。井塔内设一台50/10 t吊钩式起重机,1台1 t的客货电梯，供工作人员检查巡视系统工作情况以及检修使用。提升容器的安全保护采用BS型摩擦滚筒缓冲装置、FHT型防撞装置以及HZSH多功能过卷保护装置。

3 安全防滑系数验证

3.1 静安全防滑系数

根据《金属和非金属矿山安全规程》(GB 16423—2006)规定，多绳摩擦式提升系统需要同时满足重载侧与空载侧的静张力之比小于1.5、静安全防滑系数大于1.75两个条件[4]。

重载侧与空载侧静张力之比为

(7)

计算得出Kj=1.39,小于1.5，满足要求。

多绳摩擦式提升系统静安全系数为

(8)

式中，μ为钢丝绳与摩擦轮衬垫间的摩擦系数，取0.2；α为钢丝绳绕摩擦轮的围包角，rad；其他符号意义同上。

计算得出δj=3.28，大于1.75，满足要求。

3.2 动安全防滑系数

由于泥河铁矿主井采用双箕斗提升方式，在提升的过程中只存在重载提升加速阶段与重载提升减速阶段。因此，在对钢丝绳动安全系数计算时，只计算重载提升加速与减速阶段即可。

重载提升加速阶段首绳张力为

F1=Sjmax1+N1ps1H0a1，

(9)

式中，a1为重载提升阶段的加速度，m/s2；其他符号意义同上。

计算得出F1=712.401 kN。

重载提升减速阶段首绳张力为

(10)

式中,a2为重载提升阶段的减速度，m/s2；其他符号意义同上。

重载提升加速阶段尾绳张力为

F2=Sjmax2+N2ps2H0a1.

(11)

计算得出F2=521.176 kN。

重载提升减速阶段尾绳张力为

(12)

重载提升加速阶段动防滑安全系数为

(13)

计算得出δj=2.47，大于1.25，满足要求。

重载提升减速阶段动防滑安全系数为

(14)

3.3 安全制动防滑计算

双箕斗提升方式只存在重载提升时的安全制动。因此，只验算重载提升安全制动时的减速度是否符合安全规定[4]。即

(15)

计算得出重载提升安全制动的减速度aj=4.14 m/s2，1.5 m/s2

4 主井提升系统预计效果

4.1 提升速度

按照《煤矿工业矿井设计规范》，提升设备的运行速度应符合下列规定：

(16)

(17)

式中，a为加速度，取0.7 m/s2；H为提升高度，取988 m。

计算得出v=10.8～13.34 m/s,取最大提升速度vmax=12.04 m/s。

采用五阶段速度图计算，提升速度图见图1。

图1 主井提升系统速度

4.2 提升能力

主井提升能力为

(18)

式中,N为每小时提升次数；Q为单次有效提升量，t；tn为年工作天数，d；th为天工作小时,h；kb为不均衡系数，取0.9；kf为富裕系数，取1.15。

计算得出A=258.3万t/a，能够满足矿石开采提升能力的要求，若后期开采提升量增加，可延长工作时间th至19.5 h。

5 结 语

为保证泥河铁矿一期主井提升系统安全高效的运行，从双箕斗配置到钢丝绳安全系数、提升机最大静张力、电动机容量、天轮装置及材料等各方面严格把关，在保证提升装备硬件的前提下对主井提升系统的安全防滑系数进行了验证，最后计算出年提升能力，达到了设计要求，为泥河铁矿主井提升系统的建设打下了坚实的基础，也为泥河铁矿安全高效的运行提供了技术支持。

[1] 李玉瑾.多绳摩擦式提升系统动力分析与工程设计[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[2] 周廼生，严万生.矿山固定机械手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.

[3] 洪晓华.矿井运输提升[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[4] 国家安全生产监督管理总局.GB 16423—2006 金属与非金属矿山安全规程[S].北京：中国标准出版社，2006.

2014-08-08)