山西太古供热3号隧道工程矿井提升机计算选型

王志兴

(山西新富升机器制造有限公司,山西 太原 030032 )

1 工程概况

总投资48亿元的太古供热项目是山西省重点工程，它西起古交市，穿越吕梁山余脉的西山后进入太原市。该工程竣工后，为太原市新增集中供热面积8 000万m2，占目前太原市供暖总面积的一半，使太原市实现了真正意义上的清洁型供热全覆盖，并且可以每年节约标煤93.1万t，节电5 700万度，节水2 964万t，减少二氧化碳排放244万t、减少二氧化硫排放3 798 t、减少氮氧化物排放1 052 t、减少粉尘排放2 104 t，节能和环保效果均非常显著。太古供热工程管道全长37.8 km，建设有总长为15.17 km的3座隧道，其中3号隧道为11 km的特长隧道。为增加该隧道掘进工作面，提高工程进度，在原设计1号斜井基础上又增加了一个2号斜井，设计的该斜井全长725 m，比正洞高出304 m，斜井坡度达到46.6%，共有2 030个步行台阶，属于目前已建的全国最陡的大坡度隧道斜井，该斜井在正式竣工后将作为整个供热隧道的通风斜井使用。由于2号通风斜井坡度陡峭，采用轨道提升方式出渣，因此合理计算选择提升机型号，尽快完成3号隧道工程建设就成为确保整个供热工程按期完成的重要因素之一。

2 矿井提升机计算选型

矿井提升机在矿山使用时，一般是根据年产量及矿井条件等参数来选择矿井提升机的技术参数及型号，保证固定场所大约30年以上的使用寿命。而隧道工地提升机由于经常变换工作场所，在一个场所工作时间具有相对较短特性，而且工地建设有时间任务限制，通常要求三、四年甚至更短时间内尽可能提升最多的矿渣，以便尽快完成工程建设任务。为此，我们根据工程隧道已知条件及矿井提升机技术要求，按照矿井提升机产品国家标准技术条件直接选型，而不按照年产量来选型。目前，该矿井提升机已正常使用三年，满足了工程建设的需求。

2.1 矿井提升机主机型号计算选型

3号隧道2号斜井设计已知条件如下：①斜井全长为725 m；②斜井坡度为46.6%，即25°；③设计为人料混提双筒提升方式；④9.4 t侧卸式箕斗及人车作为提升矿渣及人员、物料的运输工具。

根据上述条件可知：提升方式为人料混提双筒方式，并根据国家相关标准要求，初步选择矿井提升机型号为2JK型，至于具体规格还需要根据提升机容绳量的要求来确定。由于选型矿井提升机卷筒容绳长度必须大于斜井实际长度(725 m)，才能保证矿井提升机所拉矿车在井口与井底之间往复运行。另外根据矿井提升机相关国家标准，提升机卷筒除了保证提升容器的提升距离外，卷筒上还必须缠留3圈固定绳，以减轻固定处的张力，同时还必须留有定期检验用绳30 m的要求。以型号为2JK-3.5提升机为例，其容绳3圈固定绳长为32.97 m，检验用绳为30 m，斜井运行要求容绳为725 m，以上三项累加为787.97 m。而2JK-3.5矿井提升机标准最大容绳量为950 m，能够满足3号隧道斜井提升距离的要求。因此初步确定选用2JK-3.5矿井提升机来满足太古供热3号隧道2号斜井的要求。

根据规程要求2JK-3.5矿井提升机配套钢丝绳直径为Φ42 mm。

2.2 2JK-3.5矿井提升机配套电动机功率计算及电动机选型

根据国家标准GB/T 20961—2007《单绳缠绕式矿井提升机》技术条件可知：2JK-3.5提升机最大静张力为170 kN，最大静张力差为115 kN。又根据国家《煤矿安全规程》第422条规定：“斜井人车最大提升速度为5 m/s，斜井箕斗最大提升速度为7 m/s”。为满足上述标准要求，首先确定矿井提升机最大提升速度为5 m/s。

根据《煤矿电工手册》，斜井提升机电动机功率P(kW)计算公式为：

P=1.2×100Fv/(102η).

(1)

其中：F为最大静张力差，F=115 kN；v为最大提升速度，v=5 m/s；η为传动效率，η=0.92(行星减速器取0.92)。将数据代入式(1)计算得：P=735.29 kW。

查询电动机样本后，选择最接近735.29 kW的电动机功率为750 kW。

在兼顾提升机速度的前提下，选择电动机型号为YTS560-10，功率为750 kW,转速为580 r/min。

2.3 矿井提升机最大提升矿物重量计算及最大静张力校验

2.3.1 矿井提升机最大提升矿物重量计算

钢丝绳最大静张力差计算公式为：

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

(2)

其中：G0为矿井提升机最大提升矿物重量；β为巷道最大倾角，β=25°；g为重力加速度，g=9.8 m/s2；f1为箕斗运行阻力系数，f1=0.015；f2为钢丝绳的阻力系数，取f2=0.15；p为钢丝绳每米重量，Φ42 mm钢丝绳的p=5.717 kg/m；L为斜井长度，L=725 m。

将有关参数代入式(2)可以求得：G0=21 594.52 kg。

因此，矿井提升机最大提升负荷为21 594.52 kg，即21 t左右的负荷。

2.3.2 矿井提升机最大静张力校验

提升机最大静张力公式为：

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

(3)

其中：G1为箕斗矿车自重，为9 400 kg。

将相关参数代入式(3)计算得：F1=155.179 55 kN。

由于155.179 55 kN<170 kN(提升机最大静张力要求值)，因此，该提升机满足要求。

2.4 钢丝绳安全系数验算

Φ42 mm钢丝绳是根据2JK-3.5矿井提升机标准技术参数选择的，其安全系数已经经过计算，我们按照其要求使用即可。

经过以上计算及检验，最终选择太古供热项目3号隧道工程矿井提升机型号为：2JK-3.5×2.1/20，电机型号为YTS560-10，功率为750 kW，转速为580 r/min。

3 结语

与矿山固定场所选型矿井提升机方法不同，针对隧道场所使用矿井提升机提出了一种简单、方便的选型方法，并在山西太古供热重点工程3号隧道提升机使用中进行了验证。实践证明此方法切实可行，能够满足生产及工艺要求。