Шахтные стационарные установки. Расчет и выбор оборудования подъемных установок

 
С. А. Селивра, В. С. Коломиец 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ШАХТНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ УСТАНОВКИ.  
РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ  
ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
 
1 

 
УДК 622.67 
ББК 33.16 
С29 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой горной  
электротехники и автоматики им. Р. М. Лейбова К. Н. Маренич; 
кандидат технических наук, академик МАНЭБ, зам. генерального директора  
по инновационным технологиям ООО «Донбассуглеавтоматика» В. Р. Бежок 
 
 
 
 
 
 
 
Селивра, С. А. 
С29    
Шахтные стационарные установки. Расчет и выбор оборудования 
подъемных установок : учебное пособие / С. А. Селивра, В. С. Коломиец. í 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. í 156 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0755-7 
 
Рассмотрены основные положения по расчету и выбору электромеханического оборудования подъемных установок для горных предприятий. Приведены 
примеры расчета и выбора оборудования, справочные материалы, а также описаны принципы работы основных узлов и систем подъемной установки. 
Для студентов и аспирантов, изучающих горное дело. Может быть полезно 
специалистам горнодобывающих предприятий.  
 
УДК 622.67 
 
 
ББК 33.16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0755-7 
‹ Селивра С. А., Коломиец В. С., 2021 
 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Предисловие ........................................................................................................................ 
5 
Общие положения .............................................................................................................. 
6 
 
1. Выбор типов подъемных машин .......................................................................................... 7  
 
2. Расчет скиповой одноканатной двухконцевой подъемной установки .............. 8  
2.1. Выбор скипа 
...................................................................................................... 8  
2.2. Выбор копра 
...................................................................................................... 9  
2.3. Расчет и выбор головного каната ................................................................... 9  
2.4. Выбор подъемной машины ........................................................................... 11 
2.5. Выбор копровых шкивов 
............................................................................... 13  
2.6. Расположение подъемной машины относительно устья ствола ............... 14  
2.7. Кинематика подъемной установки 
............................................................... 15  
2.8. Построение диаграммы усилий 
.................................................................... 20 
2.9. Определение эквивалентной мощности подъемного двигателя 
............... 22 
2.10. Расчет экономических показателей принятых решений ......................... 24 
 
3. Расчет скиповой многоканатной подъемной установки с двумя сосудами ... 26 
3.1. Выбор скипа 
.................................................................................................... 26 
3.2. Выбор копра 
.................................................................................................... 26 
3.3. Расчет и выбор головных и уравновешивающих канатов ......................... 26 
3.4. Выбор подъемной машины ........................................................................... 27 
3.5. Кинематика подъемной установки 
............................................................... 30 
3.6. Ускорение и замедление 
................................................................................ 32 
3.7. Расчет диаграммы скорости .......................................................................... 32 
3.8. Построение диаграмм усилий ....................................................................... 33 
3.9. Эквивалентная мощность подъемного двигателя 
....................................... 33 
3.10. Расчет экономических показателей 
............................................................ 33 
 
4. Расчет клетевой подъемной установки............................................................... 34 
 
5. Расчет подъемной установки с противовесом ................................................... 36 
 
6. Выбор и расчет тормозного устройства ............................................................. 41 
6.1. Выбор типа тормозного устройства ............................................................. 41 
6.2. Привод тормозного устройства и основные режимы его работы ............. 42 
6.3. Определение расчетных значений тормозных моментов .......................... 43 
6.4. Выбор расчетного тормозного момента ...................................................... 44 
6.5. Определение параметров силовой части тормозного устройства  
больших подъемных машин, оборудованных пневмогрузовым приводом 
ПАО НКМЗ ............................................................................................................ 46 
 
3 

 
6.6. Определение требуемого давления  
сжатого воздуха в воздухосборнике 
.................................................................... 47 
6.7. Определение величины замедления  
при предохранительном торможении ................................................................. 47 
6.8. Определение параметров силовой части тормозного устройства малых 
подъемных машин типа 2Ц, МПБ ....................................................................... 48 
6.9. Определение параметров силовой части тормозного устройства  
многоканатных подъемных машин типа ЦШ, МПМ ........................................ 51 
 
7. Расчет роторных сопротивлений двигателя 
....................................................... 55 
7.1. Определение пусковых моментов ................................................................ 55 
7.2. Построение механических характеристик 
................................................... 57 
7.3. Построение естественной характеристики подъемного двигателя .......... 60 
7.4. Определение сопротивлений по ступеням .................................................. 61 
7.5. Время работы двигателя на каждой ступени .............................................. 62 
7.6. Выбор сопротивлений по ступеням ............................................................. 63 
 
8. Примеры расчета и выбора главной подъемной установки ............................. 67 
8.1. Расчет скиповой одноканатной двухконцевой подъемной установки ..... 67 
8.2. Расчет скиповой многоканатной двухконцевой подъемной установки 
... 81 
 
Список использованных источников ...................................................................... 97 
Приложения ............................................................................................................... 98 
 
 
 
 
4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Подземная добыча любого твердого полезного ископаемого связана с 
транспортировкой его на поверхность. 
Для шахт Донбасса - это уголь, являющийся не только источником энергии, но и важнейшим сырьем для металлургической, химической и ряда других 
отраслей промышленности. 
Современная шахта - сложное производственное предприятие, насыщенное разнообразным электромеханическим оборудованием, размещенным как 
под землей, так и на поверхности, а для Донецкого бассейна это еще и боль- 
шая - свыше 800-1000 м глубина разработок. 
Шахтные машины являются дорогостоящими изделиями, которые в силу 
специфических условий эксплуатации подвержены интенсивному износу и повреждениям. В настоящее время приобретение шахтами новой техники затруднено, поэтому повышение экономических показателей возможно путем улучшения использования машин на всех стадиях их жизненного цикла. 
Шахтная подъемная установка является основным связывающим звеном 
подземных выработок с поверхностью и от ее состояния зависит жизнедеятельность предприятия. Подготовка специалистов для проектирования, технического обслуживания, ремонта и эксплуатации стационарного оборудования шахт, к 
которому относятся и подъемные установки является одной из первоочередных 
задач учебных заведений горного профиля. 
Донецкий национальный технический университет (ДПИ), отмечающий в 
2021 году свое 100-летие, является единственным региональным высшим учебным заведением осуществляющим подготовку ключевой фигуры в процессе 
технической эксплуатации оборудования угольной шахты - инженераэлектромеханика, для качественной подготовки которого должно послужить и 
настоящее учебное пособие. 
 
5 

 
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
 
Одним из самых важных комплексов электромеханического оборудования 
рудников и шахт являются подъемные установки. 
Транспортные операции, выполняемые подъемными установками, обеспечивают нормальное функционирование шахты как горного предприятия, поэтому 
к надежности подъемов предъявляются повышенные требования. 
Поскольку подъемная установка рассчитана на долгий срок службы, то 
правильный выбор ее основных элементов (сосуды, канаты, подъемная машина, 
редуктор, двигатель и т. д.) гарантирует успешную производственно-хозяйственную деятельность предприятия. 
В этом учебном пособии предлагается материал, необходимый для студентов при выполнении дипломного проекта, курсовой и расчетной работ по выбору 
подъемной установки с новейшим горно-шахтным оборудованием. В пособии 
приведены проектные расчеты подъемных установок шахт с цилиндрическими 
(барабанными) и многоканатными подъемными машинами, а также даны необходимые справочные материалы основного оборудования современных подъемов. Изложенные в учебном пособии сведения могут быть полезны горным инженерам-механикам, обслуживающим подъемное оборудование шахт и рудников. 
6 

ГЛАВА 1. ВЫБОР ТИПОВ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН 
Подъемные машины с цилиндрическими барабанами, как правило, принимаются для оснащения вертикальных подъемов шахт глубиной до 700 м. Если 
глубина шахты более 700 м, в большинстве случаев необходимо принимать 
многоканатные подъемные машины. 
Многоканатные подъемные машины следует принимать в тех случаях, когда машины с цилиндрическими барабанами не могут обеспечить выполнение 
исходных условий при высокой производительности и экономичности работы. 
При использовании схемы вскрытия с последующим углублением шахтного ствола, проектирование подъемных установок с машинами с цилиндрическими барабанами выполняется до горизонта, соответствующего сроку службы машины, который составляет 25-30 лет. Многоканатные подъемные установки, 
проектируются на максимальную конечную глубину ствола. 
Вопросы для самоконтроля: 
 1. Приведите исходные условия использования подъемных машин с цилиндрическими барабанами и многоканатных. 
2. Как принимать подъемную машину в условиях шахт с последующей 
углубкой шахтного ствола" 
  
7 

 
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ СКИПОВОЙ ОДНОКАНАТНОЙ ДВУХКОНЦЕВОЙ 
ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ 
Исходными данными для проектирования подъемных установок являются: 
Агод - годовая производительность шахты, тыс. тонн в год; 
Нш - глубина шахты, м (расстояние от устья ствола до уровня околоствольного двора). 
 
2.1. Выбор скипа 
 
Скип выбирается на основе рациональной грузоподъемности, которую 
определяют по формуле профессора Еланчика Г. М., 
,
3600
4
.
п
ш
час
рац
г
t
Н
А
m

˜
 
 
(2.1) 
где Ачас. - часовая производительность подъема, т/ч 
 
,
н
год
час
t
N
к
А
А
˜
 
 
 (2.2) 
р
где  кн. - коэффициент неравномерности работы и резерва производительности, 
кн = 1,5; 
N - количество рабочих дней в году, N = 300 дней в году; 
tp - продолжительность работы подъема в день, tр= 18 ч/сут.; 
tn - продолжительность паузы предварительно принимается равной 10 с. 
 
По mг.рац принимается стандартный скип с разгрузкой через дно с секторным затвором ближайшей грузоподъемности  (прил. А. табл. А.1). 
Характеристика скипа 
Тип: 
mг - грузоподъемность, кг; 
mс - масса сосуда (скип), кг; 
S0 - расстояние между осями скипов в стволе, м; 
h ' - превышение рамы скипа над бункером во время разгрузки, м; 
h0 - длина разгрузочного участка пути, м; 
hc - высота скипа, м; 
Q - вес груза, Н, Q = mг.Âg; 
G - вес сосуда (скипа), Н., G = mс.Âg. 
 
8 

2.2. Выбор копра 
Копер выбирается в зависимости от грузоподъемности и расположения 
копровых шкивов одного относительно другого (на одной оси или в одной 
плоскости). 
При расположении копровых шкивов на одной оси копер выбирается 
низким (прил. А, табл. А.4). 
Основные данные копра: 
Нк – высота, м; 
hб  – высота бункера, м. 
 
2.3. Расчет и выбор головного каната 
 
Существуют следующие варианты расчета и выбора головного каната: 
для шахт глубиной до 600 м, включительно (Нш ” 600 м); 
для шахт глубиной более 600 метров (Нш ! 600 м). 
 
2.3.1. Расчет и выбор головного каната для шахт глубиной  
до 600 м включительно 
 
Канат выбирается для неуравновешенных (q = 0) и уравновешенных  
(q = pк) подъемов (где q, pк – вес соответственно одного метра уравновешивающего и головного канатов, кг/м) по расчетной массе одного метра головного 
каната. 
Расчетная масса одного метра головного каната: 
J
 


c
г
рас
к
,  
(2.3) 
˜
˜

˜
˜

 
z
H
z
m
m
m
0
.
J
V
в
0
0
где 
в
V  - предел прочности материала проволок каната МПа, 
в
V  = (1400-2000) МПа; 
Ȗ0 – условный объемный вес материала каната МН/м3,  
Ȗ0 = 0,1 МН/м3 для канатов линейного касания; 
Z – статический запас прочности для скиповых подъемов, Z = 6,5; 
Н0 - наибольший отвес каната для данной шахты, м. 
 
Соотношение веса и массы одного метра каната: 
рк = mк g, Н. 
9 

 
Элементы отвеса каната показаны на рисунке 2.1. 
Для неуравновешенного подъема 
Но = Нш + Нк + hу . 
 (2.4) 
Для уравновешенного подъема: 
Но = Нш + Нк + hу + hn, 
 (2.5) 
где hу - высота углубки, м; 
hу = 15-25 м; 
hn – длина петли уравновешивающего каната, м, hn = 10–13 м. 
 
Уравновешивание скиповых подъемов рационально использовать на шахтах с глубины свыше 450 м. 
Для эксплуатации подъемов принимаются канаты типа ЛК по ГОСТ 
2688-80 и ГОСТ 7669-80, которые имеют ıв –1400–2000 МПа. 
По значению mк.рас. и ıв  согласно ГОСТ  выбирается канат равного или 
ближайшего большего значения массы одного метра длины каната (прил. А. 
табл. А.2). 
Характеристика каната 
Тип (в соответствии с принятым ГОСТом): 
mк - значение массы одного метра каната из каталога, кг/м; 
dк – диаметр каната, мм; 
Fраз - разрывное усилие всех проволок в канате, кН. 
 
Проверка фактического запаса прочности каната проводится для верхнего 
сечения в точке схода каната с копрового шкива. Фактический запас прочности 
должен быть не ниже запаса прочности допустимого по правилам безопасности: 
F
z
раз
ф
t


 
 
z
Н
p
G
Q
к
0
 . 
  (2.6) 
 
2.3.2. Расчет и выбор головного каната  
для шахт с глубиной более 600 м 
В этом случае канат рассчитывается по конечной нагрузке для сечения в 
месте крепления сосуда к канату, т. е. без учета веса отвеса каната (нижнее сечение каната). 
 
 
10