山西太古供熱3號隧道工程礦井提升機計算選型

王志興

(山西新富升機器制造有限公司,山西 太原 030032 )

1 工程概況

總投資48億元的太古供熱項目是山西省重點工程，它西起古交市，穿越呂梁山余脈的西山后進入太原市。該工程竣工后，為太原市新增集中供熱面積8 000萬m2，占目前太原市供暖總面積的一半，使太原市實現了真正意義上的清潔型供熱全覆蓋，并且可以每年節約標煤93.1萬t，節電5 700萬度，節水2 964萬t，減少二氧化碳排放244萬t、減少二氧化硫排放3 798 t、減少氮氧化物排放1 052 t、減少粉塵排放2 104 t，節能和環保效果均非常顯著。太古供熱工程管道全長37.8 km，建設有總長為15.17 km的3座隧道，其中3號隧道為11 km的特長隧道。為增加該隧道掘進工作面，提高工程進度，在原設計1號斜井基礎上又增加了一個2號斜井，設計的該斜井全長725 m，比正洞高出304 m，斜井坡度達到46.6%，共有2 030個步行臺階，屬于目前已建的全國最陡的大坡度隧道斜井，該斜井在正式竣工后將作為整個供熱隧道的通風斜井使用。由于2號通風斜井坡度陡峭，采用軌道提升方式出渣，因此合理計算選擇提升機型號，盡快完成3號隧道工程建設就成為確保整個供熱工程按期完成的重要因素之一。

2 礦井提升機計算選型

礦井提升機在礦山使用時，一般是根據年產量及礦井條件等參數來選擇礦井提升機的技術參數及型號，保證固定場所大約30年以上的使用壽命。而隧道工地提升機由于經常變換工作場所，在一個場所工作時間具有相對較短特性，而且工地建設有時間任務限制，通常要求三、四年甚至更短時間內盡可能提升最多的礦渣，以便盡快完成工程建設任務。為此，我們根據工程隧道已知條件及礦井提升機技術要求，按照礦井提升機產品國家標準技術條件直接選型，而不按照年產量來選型。目前，該礦井提升機已正常使用三年，滿足了工程建設的需求。

2.1 礦井提升機主機型號計算選型

3號隧道2號斜井設計已知條件如下：①斜井全長為725 m；②斜井坡度為46.6%，即25°；③設計為人料混提雙筒提升方式；④9.4 t側卸式箕斗及人車作為提升礦渣及人員、物料的運輸工具。

根據上述條件可知：提升方式為人料混提雙筒方式，并根據國家相關標準要求，初步選擇礦井提升機型號為2JK型，至于具體規格還需要根據提升機容繩量的要求來確定。由于選型礦井提升機卷筒容繩長度必須大于斜井實際長度(725 m)，才能保證礦井提升機所拉礦車在井口與井底之間往復運行。另外根據礦井提升機相關國家標準，提升機卷筒除了保證提升容器的提升距離外，卷筒上還必須纏留3圈固定繩，以減輕固定處的張力，同時還必須留有定期檢驗用繩30 m的要求。以型號為2JK-3.5提升機為例，其容繩3圈固定繩長為32.97 m，檢驗用繩為30 m，斜井運行要求容繩為725 m，以上三項累加為787.97 m。而2JK-3.5礦井提升機標準最大容繩量為950 m，能夠滿足3號隧道斜井提升距離的要求。因此初步確定選用2JK-3.5礦井提升機來滿足太古供熱3號隧道2號斜井的要求。

根據規程要求2JK-3.5礦井提升機配套鋼絲繩直徑為Φ42 mm。

2.2 2JK-3.5礦井提升機配套電動機功率計算及電動機選型

根據國家標準GB/T 20961—2007《單繩纏繞式礦井提升機》技術條件可知：2JK-3.5提升機最大靜張力為170 kN，最大靜張力差為115 kN。又根據國家《煤礦安全規程》第422條規定：“斜井人車最大提升速度為5 m/s，斜井箕斗最大提升速度為7 m/s”。為滿足上述標準要求，首先確定礦井提升機最大提升速度為5 m/s。

根據《煤礦電工手冊》，斜井提升機電動機功率P(kW)計算公式為：

P=1.2×100Fv/(102η).

(1)

其中：F為最大靜張力差，F=115 kN；v為最大提升速度，v=5 m/s；η為傳動效率，η=0.92(行星減速器取0.92)。將數據代入式(1)計算得：P=735.29 kW。

查詢電動機樣本后，選擇最接近735.29 kW的電動機功率為750 kW。

在兼顧提升機速度的前提下，選擇電動機型號為YTS560-10，功率為750 kW,轉速為580 r/min。

2.3 礦井提升機最大提升礦物重量計算及最大靜張力校驗

2.3.1 礦井提升機最大提升礦物重量計算

鋼絲繩最大靜張力差計算公式為：

F=G0(sinβ+f1cosβ)×g+p×L(sinβ+f2cosβ)×g.

(2)

其中：G0為礦井提升機最大提升礦物重量；β為巷道最大傾角，β=25°；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；f1為箕斗運行阻力系數，f1=0.015；f2為鋼絲繩的阻力系數，取f2=0.15；p為鋼絲繩每米重量，Φ42 mm鋼絲繩的p=5.717 kg/m；L為斜井長度，L=725 m。

將有關參數代入式(2)可以求得：G0=21 594.52 kg。

因此，礦井提升機最大提升負荷為21 594.52 kg，即21 t左右的負荷。

2.3.2 礦井提升機最大靜張力校驗

提升機最大靜張力公式為：

F1=(G0+G1)×(sinβ+f1cosβ)×g+p×L(sinβ+f2cosβ)×g.

(3)

其中：G1為箕斗礦車自重，為9 400 kg。

將相關參數代入式(3)計算得：F1=155.179 55 kN。

由于155.179 55 kN<170 kN(提升機最大靜張力要求值)，因此，該提升機滿足要求。

2.4 鋼絲繩安全系數驗算

Φ42 mm鋼絲繩是根據2JK-3.5礦井提升機標準技術參數選擇的，其安全系數已經經過計算，我們按照其要求使用即可。

經過以上計算及檢驗，最終選擇太古供熱項目3號隧道工程礦井提升機型號為：2JK-3.5×2.1/20，電機型號為YTS560-10，功率為750 kW，轉速為580 r/min。

3 結語

與礦山固定場所選型礦井提升機方法不同，針對隧道場所使用礦井提升機提出了一種簡單、方便的選型方法，并在山西太古供熱重點工程3號隧道提升機使用中進行了驗證。實踐證明此方法切實可行，能夠滿足生產及工藝要求。