山西太古供熱3號隧道工程礦井提升機(jī)計算選型

王志興

(山西新富升機(jī)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(jìn)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(xiàn)了真正意義上的清潔型供熱全覆蓋，并且可以每年節(jié)約標(biāo)煤93.1萬t，節(jié)電5 700萬度，節(jié)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(jié)能和環(huán)保效果均非常顯著。太古供熱工程管道全長37.8 km，建設(shè)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(jìn)工作面，提高工程進(jìn)度，在原設(shè)計1號斜井基礎(chǔ)上又增加了一個2號斜井，設(shè)計的該斜井全長725 m，比正洞高出304 m，斜井坡度達(dá)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(fēng)斜井使用。由于2號通風(fēng)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(jī)型號，盡快完成3號隧道工程建設(shè)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(jī)計算選型

礦井提升機(jī)在礦山使用時，一般是根據(jù)年產(chǎn)量及礦井條件等參數(shù)來選擇礦井提升機(jī)的技術(shù)參數(shù)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(jī)由于經(jīng)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(shè)有時間任務(wù)限制，通常要求三、四年甚至更短時間內(nèi)盡可能提升最多的礦渣，以便盡快完成工程建設(shè)任務(wù)。為此，我們根據(jù)工程隧道已知條件及礦井提升機(jī)技術(shù)要求，按照礦井提升機(jī)產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件直接選型，而不按照年產(chǎn)量來選型。目前，該礦井提升機(jī)已正常使用三年，滿足了工程建設(shè)的需求。

2.1 礦井提升機(jī)主機(jī)型號計算選型

3號隧道2號斜井設(shè)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(shè)計為人料混提雙筒提升方式；④9.4 t側(cè)卸式箕斗及人車作為提升礦渣及人員、物料的運(yùn)輸工具。

根據(jù)上述條件可知：提升方式為人料混提雙筒方式，并根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，初步選擇礦井提升機(jī)型號為2JK型，至于具體規(guī)格還需要根據(jù)提升機(jī)容繩量的要求來確定。由于選型礦井提升機(jī)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(jī)所拉礦車在井口與井底之間往復(fù)運(yùn)行。另外根據(jù)礦井提升機(jī)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，提升機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)來滿足太古供熱3號隧道2號斜井的要求。

根據(jù)規(guī)程要求2JK-3.5礦井提升機(jī)配套鋼絲繩直徑為Φ42 mm。

2.2 2JK-3.5礦井提升機(jī)配套電動機(jī)功率計算及電動機(jī)選型

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20961—2007《單繩纏繞式礦井提升機(jī)》技術(shù)條件可知：2JK-3.5提升機(jī)最大靜張力為170 kN，最大靜張力差為115 kN。又根據(jù)國家《煤礦安全規(guī)程》第422條規(guī)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(biāo)準(zhǔn)要求，首先確定礦井提升機(jī)最大提升速度為5 m/s。

根據(jù)《煤礦電工手冊》，斜井提升機(jī)電動機(jī)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(xiàn)=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(shù)據(jù)代入式(1)計算得：P=735.29 kW。

查詢電動機(jī)樣本后，選擇最接近735.29 kW的電動機(jī)功率為750 kW。

在兼顧提升機(jī)速度的前提下，選擇電動機(jī)型號為YTS560-10，功率為750 kW,轉(zhuǎn)速為580 r/min。

2.3 礦井提升機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)行阻力系數(shù)，f1=0.015；f2為鋼絲繩的阻力系數(shù)，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(guān)參數(shù)代入式(2)可以求得：G0=21 594.52 kg。

因此，礦井提升機(jī)最大提升負(fù)荷為21 594.52 kg，即21 t左右的負(fù)荷。

2.3.2 礦井提升機(jī)最大靜張力校驗

提升機(jī)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(guān)參數(shù)代入式(3)計算得：F1=155.179 55 kN。

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

2.4 鋼絲繩安全系數(shù)驗算

Φ42 mm鋼絲繩是根據(jù)2JK-3.5礦井提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)選擇的，其安全系數(shù)已經(jīng)經(jīng)過計算，我們按照其要求使用即可。

經(jīng)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(jī)型號為：2JK-3.5×2.1/20，電機(jī)型號為YTS560-10，功率為750 kW，轉(zhuǎn)速為580 r/min。

3 結(jié)語

與礦山固定場所選型礦井提升機(jī)方法不同，針對隧道場所使用礦井提升機(jī)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(jī)使用中進(jìn)行了驗證。實踐證明此方法切實可行，能夠滿足生產(chǎn)及工藝要求。