1 矿山概况
某铅锌银矿属于薄脉状构造破碎带蚀变岩型矿床，矿体产在蚀变破碎带内，严格受断裂构造所控制。目前已发现的矿脉达30余条，其中规模较大、具工业意义的含矿破碎带有10条，呈密集平行分布，矿脉间距40m-200m之间。矿体为急倾斜状赋存，倾角在50—80°之间，平均厚度0.8m，总的走向长度3000m，采用削壁充填法进行开采。
根据矿脉的分布，目前有8个提升系统在同时使用，共同承担着该矿年35万t的生产能力。采用盲竖井（盲斜井）提升，平硐运输。盲竖井提升主要承担矿石、废石的提升，以及设备、材料、人员等升降任务。均采用单罐笼配平衡锤提升方式。箕斗井，目前仅用于废石提升，矿区井下运输主要采用蓄电池电机车/柴油车牵引矿车，手推矿车、三轮车、人力车等运输方式也有采用。各系统之间相互独立，又有交叉联通。现有开拓系统见表1.1。
表1.1 开拓系统现状表
|
序号 |
名称 |
提升运输方式 |
提升设备 |
提升类型 |
备注 |
|
1 |
pd101 |
平硐+盲竖井 |
2jtp-1.6*0.9 |
矿石+废石+人员设备 |
系统间 交叉联通 |
|
2 |
pd102 |
平硐+盲斜井 |
|
矿石+废石+人员设备 |
|
|
3 |
pd103 |
平硐+盲斜井 |
|
矿石+废石+人员设备 |
|
|
4 |
pd105 |
平硐+盲竖井 |
2jtp-1.6*0.9 |
矿石+废石+人员设备 |
|
5 |
pd16 |
平硐+盲竖井 |
2jtp-1.6*0.9 |
矿石+废石+人员设备 |
|
|
6 |
pd700 |
平硐+盲斜井+盲竖井 |
2jtp-1.6*0.9 |
矿石+废石+人员设备 |
|
|
7 |
箕斗井 |
盲竖井 |
2jtp-1.6*1.0 |
废石 |
|
|
8 |
pd105-2 |
平硐+盲竖井 |
2jtp-1.6*0.9 |
矿石+废石+人员设备 |
独立系统 |
2.开拓提升系统现状分析
随着公司经济的快速发展，生产布局的逐步调整，建设步伐的加快，矿山生产由浅部逐步向深部转移，目前分散的矿山运输模式已经不适应矿山生产可持续发展的要求，基于对开拓系统现状的分析，开拓系统主要存在以下问题：
（1）因矿产资源分布等原因，形成了以矿脉为单元的开拓运输模式，运输设备周转数量增加，运输生产效率低，运输提升设备运行效率低，运输成本随之增加。
（2）该矿现有pd101、pd102、pd103、pd105、pd105-2#、pd16和pd700等多个开拓系统，基本上担负着全矿主要的生产能力，人员、矿石、废石等的提升任务已导致这几个开采系统超负荷运转。而且为生产带来安全、运输、管理等方面的诸多不便；
（3）现有的多个开拓系统造成了井下通风紊乱，没有形成通风系统，井巷内的风流主要受到自然风流的影响。
为解决开拓系统存在的以上问题，及进一步提高矿山综合经济效益，制定了矿山生产规模扩大至年产40万ｔ矿石的生产目标。由于矿山现有提升能力已经无法满足生产能力扩大后矿石和废石的提升要求，需要对矿山现有提升系统进行升级改造。
3.开拓系统改造方案综合考虑该矿开拓系统现状，确定主井利用原箕斗井。目前投入使用的箕斗井采用钢木混合罐道，单绳提升1.6m³翻转式箕斗，提升速度为4m/s，井筒直径φ2.5m，若正常运转，提升能力可以达到24万t/a，然而现阶段箕斗井仅用于提升260m中段开拓工程产生的部分废石，没有充分发挥此箕斗井的能力。通过调整卷扬机和电动机来提高箕斗的提升速度，可使其达到30万t/a的能力。
确定副井利用原pd105、pd101、pd16罐笼井（其余副井仅作为通风使用）。由于年生产能力需达到40万t/a，废石15万t/a，井下最大班同时作业人数350人左右，故副井同时分担10万t/a左右矿石的提升及废石、人员等的运输。
3.1主井系统改造方案主井担负该矿30万t/a矿石提升任务，故按照该生产能力进行系统改造。箕斗的断面尺寸不变，1.6m³翻转式箕斗不变，装卸系统不变，只更换卷扬机及电动机。原箕斗相关参数见表1.2。
表1.2 原箕斗井参数表
|
名称 |
单位 |
型号参数 |
备注 |
|
|
2jtp-1.6*1.0 |
单绳双卷筒 |
|
|
卷筒直径 |
m |
1.6 |
|
|
天轮直径 |
m |
1.6 |
|
|
提升速度 |
m/s |
4.0 |
|
|
箕斗型号 |
|
fjd1.6(3.5) |
翻转式 |
|
箕斗容积 |
m3 |
1.6 |
|
|
最大载重量 |
t |
3.5 |
|
|
斗箱 |
mm×mm |
1000×900 |
|
|
自重 |
t |
2.717 |
|
|
矿石块度 |
mm |
0-400 |
|
|
钢木复合罐道 |
|
钢木混合 |
|
|
罐道尺寸 |
mm×mm |
160×140 |
|
|
平衡锤 |
mm×mm |
660×300 |
|
|
钢丝绳 |
φ（mm） |
26 |
6v×7异形股钢丝绳 |
|
钢丝绳最大静张力 |
kn |
45 |
|
|
钢丝绳最大静张力差 |
kn |
30 |
|
|
提升能力 |
t/d |
558 |
|
|
单箕斗一次有效提升量 |
t |
2.93 |
|
3.1.1 提升系统计算
1、提升机选择
（1）钢丝绳最大静张力： quote =64.6kn
式中， quote —钢绳最大静张力，n； quote —钢绳悬垂长度，m； quote —提升容器质量，kg。
（2）钢丝绳最大静张力差
单容器带平衡锤： quote =23.9 kn
式中， quote —最大静张力差，n；h—提升高度，m；
quote —平衡锤质量，kg。 quote ；
（3）卷筒的选取
双卷筒缠绕一层： quote =2.4m；
据以上计算结果，选取2jk-2.5/11.5单绳缠绕式提升机一台。
天轮直径：1.6m；最大静拉力：90kn；最大静拉力差：55kn；最大提升速度：8.2m/s/6.6m/s/5.5m/s；。
天轮直径与钢丝绳直径之比 d/d＝61.5〉60(符合规程要求)
钢丝绳最大静张力 64.6kn<90kn(安全)
钢丝绳最大静张力差 23.8kn<55kn(安全)
2、 电动机预选
电动机概算功率（参考采矿设计手册矿山机械卷p457，公式1-7-20）：
式中， —电动机概算功率，kw； —提升阻力系数1.1～1.2，箕斗提升取1.15；
—提升最大速度，取6.6m/s； —动力系数，取1.3； —传动效率，减速比≤11.5，取0.9； —最大静拉力差，28647.4n； —速度乘数，取1.3。
经计算，推荐选用yp系列变频电机，其规格见表1.3。
表1.3 电动机规格表
|
序号 |
项目 |
单位 |
内容 |
备注 |
|
1 |
电动机型号 |
|
yp-50-315-2 |
|
|
2 |
额定功率（n） |
kw |
315 |
|
|
3 |
转速（n） |
r/min |
3000 |
|
|
4 |
额定电流 |
a |
583.8 |
|
|
5 |
额定转矩 |
nm |
1009.4 |
|
|
6 |
转动惯量(j) |
kg·m2 |
3.36 |
|
|
7 |
净重 |
kg |
1905 |
|
3.1.2 提升机运动学计算
最大提升速度，取vm＝6.6m/s。采用五阶段速度图。计算见表1.4。
表1.4 五阶段速度计算表
|
计算项目 |
单位 |
公式 |
结果 |
|
提升高度 |
m |
ht |
356.0 |
|
箕斗卸载过程斗框运行距离 |
m |
h0 |
6.0 |
|
空箕斗离开曲轨的运行速度 |
m/s |
v0 |
1.5 |
|
空箕斗在曲轨上的运行时间 |
s |
t0=2h0/v0 |
8.0 |
|
空箕斗在曲轨上的加速度 |
m/s2 |
a0=v0/t0 |
0.2 |
|
重箕斗进入曲轨的速度 |
m/s |
v4 |
1.0 |
|
重箕斗在曲轨上的减速运行距离 |
m |
h4 |
6.0 |
|
重箕斗在曲轨上的减速运行时间 |
s |
t4=2h4/v4 |
12.0 |
|
重箕斗在曲轨上的减速度 |
m/s2 |
a4=v4/t4 |
0.1 |
|
箕斗在曲轨外的加速度 |
m/s2 |
a1 |
0.6 |
|
箕斗在曲轨外的加速运行时间 |
s |
t1=(v-v0)/a1 |
8.5 |
|
箕斗在曲轨外的加速运行距离 |
m |
h1=1/2(v0+v)t1 |
34.4 |
|
箕斗在曲轨外的减速度 |
m/s2 |
a3 |
0.6 |
|
箕斗在曲轨外的减速运行时间 |
s |
t3=(v-v4)/a3 |
9.3 |
|
箕斗在曲轨外的减速运行距离 |
m |
h3=1/2(v4+v)t3 |
35.5 |
|
箕斗在曲轨外等速运行距离 |
m |
h2=h-2h0-h1-h3 |
274.1 |
|
箕斗在曲轨外等速运行时间 |
s |
t2=h2/v |
41.5 |
|
一次提升运行时间 |
s |
t1=t0+t1+t2+t3+t4 |
79.4 |
|
提升停歇时间 |
s |
θ |
15.0 |
|
一次循环提升时间 |
s |
t=2*(t1+θ) |
188.7 |
|
每小时提升次数 |
次 |
ns=3600/t |
19 |
|
小时提升量 |
t/h |
as=q效*ns |
55.8 |
|
日纯提升时间 |
h/d |
|
19.5 |
|
年提升量 |
万t/a |
a=330*19.5*as/1.15 |
312012.0 |
井提升每小时提升次数为19次/h、提升不均衡系数1.15，日提升时间按19.5h/d计，则最大提升能力为：945.5t/d。
提升系统的速度图见图1-1。
图1-1速度图
3.1.3 提升动力学计算
动力学计算见表1.5。
表1.5 主井提升动力学计算表
|
序号 |
计算项目 |
单位 |
计算结果 |
|
1 |
t0阶段开始（f0） |
n |
29684.49 |
|
2 |
t0阶段终了（f0/） |
n |
41520.08 |
|
3 |
t1阶段开始（f1） |
n |
51854.79 |
|
4 |
t1阶段终了（f1/） |
n |
51179.38 |
|
5 |
t2阶段开始（f2） |
n |
35677.3 |
|
6 |
t2阶段终了（f2/） |
n |
30299.3 |
|
7 |
t3阶段开始（f3） |
n |
13190.51 |
|
8 |
t3阶段终了（f3/） |
n |
14101.37 |
|
9 |
t4阶段开始（f4） |
n |
8263.241 |
|
10 |
t4阶段终了（f4/） |
n |
-30653.8 |
电动机功率校核
等效时间 tx＝65.45s
等效力 fx＝36262.8n
电动额定功率 ne＝315kw
电动额定出力 fe＝42954.5n
按力图电动过载系数λ＝fmax/fe＝1.2<0.85λ＝1.615（符合要求）
根据上述计算，主井提升机选用2jk-2.5/11.5单绳双筒缠绕式提升机，配yp-50-315-2交流变频电动机拖动符合要求。
3.2副井系统改造方案pd105副井、pd101副井、pd16副井协同主井提升达到10万t/a的矿石提升能力，同时完成废石提升以及人员材料的运输。
（1）现有设备基本参数
罐笼提升安全校核见表1.6。
表1.6 罐笼提升基本技术参数表
|
序号 |
名称 |
参数 |
|
1 |
提升方式 |
单绳单罐笼－平衡锤 |
|
2 |
提升高度 |
|
|
|
pd16罐笼井 |
335m |
|
|
pd105罐笼井 |
325m |
|
|
pd101罐笼井 |
392m |
|
3 |
提升机型号 |
2jtp-1.6*0.9 |
|
|
卷筒直径 |
φ1.6m |
|
|
减速比 |
31.5 |
|
|
最大提升速度 |
4.0m/s |
|
|
设备许用最大静拉力 |
45kn |
|
|
设备许用最大静拉力差 |
30kn |
|
4 |
电动机 |
|
|
|
型号 |
jr116-6 |
|
|
功率 |
132kw |
|
|
转速 |
980r/min |
|
|
电压 |
|
|
5 |
罐笼 |
|
|
|
底板尺寸 |
1800×1150mm |
|
|
自重 |
1.2t |
|
|
层数 |
1 |
|
|
罐道形式 |
钢丝绳罐道（四角布置） |
|
|
一次提升矿车数 |
0.75m3翻转式矿车1辆 |
|
|
一次有效提升矿石量 |
1.3t |
|
|
一次有效提升废石量 |
1.2t |
|
|
一次最大提升人员数 |
1×9人 |
|
|
最大载重（升降电动装岩机） |
4.6 t |
|
6 |
平衡锤质量 |
1.4t |
|
7 |
罐笼侧提升钢丝绳 |
|
|
|
根数 |
1 |
|
|
直径 |
φ24mm |
|
|
规格 |
18×7园股钢丝绳 |
|
|
公称抗拉强度 |
1670mpa |
|
|
单位质量 |
2.48kg/m |
|
|
全部钢丝破断拉力总和 |
316000n |
|
8 |
配重侧钢丝绳 |
|
|
|
根数 |
1 |
|
|
直径 |
φ24mm |
|
|
规格 |
6×19 |
|
|
公称抗拉强度 |
1670mpa |
|
|
单位质量 |
2.34kg/m |
|
9 |
安全校核 |
（按最大提升深度300m） |
|
|
卷筒直径与钢丝绳直径之比 |
d/d＝66.7〉60（安全） |
|
|
最大静张力 |
30.2kn＜45kn（安全） |
|
|
最大静张力差 |
14kn＜30kn（安全） |
|
|
首绳安全系数 |
|
|
|
提物时 |
8.5＞7.5（满足安全规程要求） |
|
|
提人时 |
13＞9（满足安全规程要求） |
3.2.1 运动学计算
采用三阶段速度图，副井提升的运动学计算结果见表1.7。
表1.7 罐笼提升运动学计算表
|
序号 |
计算项目 |
单位 |
公式 |
pd105 |
pd16 |
pd101 |
|
1 |
提升高度 |
m |
ht |
325.0 |
335.0 |
392.0 |
|
2 |
加速度和减速度 |
m/s2 |
a1=a3 |
0.6 |
0.6 |
0.6 |
|
3 |
等速速度 |
m/s |
v |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
|
4 |
加、减速运行时间 |
s |
t1=v/a1 |
6.7 |
6.7 |
6.7 |
|
5 |
加、减速运行距离 |
m |
h1=1/2vt1 |
13.3 |
13.3 |
13.3 |
|
8 |
等速运行距离 |
m |
h2 |
298.3 |
308.3 |
365.3 |
|
9 |
等速时间 |
s |
t2=h2/v |
74.6 |
77.1 |
91.3 |
|
10 |
一次提升运行时间 |
s |
t1=t1+t2+t3 |
87.9 |
90.4 |
104.7 |
|
11 |
停歇时间（废） |
s |
θ |
30.0 |
30.0 |
60.0 |
|
12 |
一次提升全时间 |
s |
t=2（t1+θ） |
235.8 |
240.8 |
329.3 |
|
13 |
<, ;, ;, ;, P>每小时提升次数
|
次 |
ns=3600/t |
15 |
15 |
11 |
|
14 |
小时提升量 |
t/h |
矿石 |
19.8 |
19.4 |
14.2 |
|
t/h |
废石 |
18.3 |
17.9 |
13.1 |
||
|
|
|
个 |
人数 |
138 |
135 |
99 |
3.2.2 提升时间平衡表
根据提升任务，对3条副井提升最大班提升时间平衡表进行计算，结果见表1.8~表1.9。
表1.8 pd105副井最大班提升时间平衡表
|
项目 |
日提(t/d) |
班提升 |
一次提量 |
班提升次数 |
一次提升运行时间 |
二次提升之休止时间θ(s) |
一次提升全时间 |
班提升时间 |
|
(t/b) |
(t/次) |
(次/b) |
tj(s) |
θ(s) |
t(s) |
(min) |
||
|
矿石 |
100 |
33.3 |
1.3 |
26 |
87.92 |
30 |
235.83 |
100.8 |
|
废石 |
150 |
50 |
1.2 |
42 |
87.92 |
30 |
235.83 |
163.8 |
|
人员 |
120 |
9 |
13 |
87.92 |
30 |
235.83 |
52.4 |
|
|
长材 |
1 |
87.92 |
1500 |
3175.83 |
52.9 |
|||
|
设备 |
1 |
87.92 |
60 |
295.83 |
4.9 |
|||
|
坑木 |
1 |
87.92 |
60 |
295.83 |
4.9 |
|||
|
雷管、炸药 |
1 |
87.92 |
60 |
295.83 |
4.9 |
|||
|
其它 |
4 |
87.92 |
60 |
295.83 |
19.7 |
|||
|
合计 |
6.74h |
表1.9 pd101副井最大班提升时间平衡表
|
项目 |
日提(t/d) |
班提升 |
一次提量 |
班提升次数 |
一次提升运行时间 |
二次提升之休止时间θ(s) |
一次提升全时间 |
班提升时间 |
|
(t/b) |
(t/次) |
(次/b) |
tj(s) |
θ(s) |
t(s) |
(min) |
|
矿石 |
60 |
20 |
1.3 |
15 |
104.67 |
30 |
269.33 |
69.1 |
|
废石 |
150 |
50 |
1.2 |
42 |
104.67 |
30 |
269.33 |
187 |
|
人员 |
120 |
9 |
13 |
104.67 |
30 |
269.33 |
59.9 |
|
|
长材 |
1 |
104.67 |
1500 |
3209.33 |
53.5 |
|||
|
设备 |
1 |
104.67 |
60 |
329.33 |
5.5 |
|||
|
坑木 |
1 |
104.67 |
60 |
329.33 |
5.5 |
|||
|
雷管炸药 |
1 |
104.67 |
60 |
329.33 |
5.5 |
|||
|
其它 |
4 |
104.67 |
60 |
329.33 |
22 |
|||
|
合计 |
6.80h |
表1.10 pd16副井最大班提升时间平衡表
|
项目 |
日提(t/d) |
班提升 |
一次提量 |
班提升次数 |
一次提升运行时间 |
二次提升之休止时间θ(s) |
一次提升全时间 |
班提升时间 |
|
(t/b) |
(t/次) |
(次/b) |
tj(s) |
θ(s) |
t(s) |
(min) |
|
矿石 |
80 |
27 |
1.3 |
21 |
90.42 |
30 |
240.83 |
82.3 |
|
废石 |
150 |
50 |
1.2 |
42 |
90.42 |
30 |
240.83 |
167.2 |
|
人员 |
150 |
9 |
17 |
90.42 |
30 |
240.83 |
66.9 |
|
|
长材 |
1 |
90.42 |
1500 |
3180.83 |
53 |
|||
|
设备 |
1 |
90.42 |
60 |
300.83 |
5 |
|||
|
坑木 |
1 |
90.42 |
60 |
300.83 |
5 |
|||
|
雷管炸药 |
1 |
90.42 |
60 |
300.83 |
5 |
|||
|
其它 |
4 |
90.42 |
60 |
300.83 |
20.1 |
|||
|
合计 |
6.74h |
开拓系统为主井+副井+斜坡道的开拓运输方式，主井为箕斗井，负责提升矿石，副井为罐笼井，负责提升少量矿石、废石以及人员材料下放。
（1）通过开拓系统改造，矿山生产规模扩大后，在人员和设备提升方面，副提升不需要再新建井筒及设施，利用原有的副井3个井即可满足全矿副提升任务。
（2）充分利用现有主副井系统，进行优化分配。在不改变主井断面、箕斗、装卸载系统的前提下，只更换了主井的卷扬机和电动机，改造方案投资少、工程量小、工期短，见效快，达到了提高提升能力25%的目的，以满足该矿年40万t的生产能力，有利于企业的安全生产和管理。
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