小型礦井提升系統(tǒng)的設(shè)計,小型,礦井,提升,系統(tǒng),設(shè)計 小型礦井提升系統(tǒng)的設(shè)計 Tawanda Mushiria，*，Milton Jirivengwab和Charles Mbohwac 摘要 提升系統(tǒng)對于設(shè)備，人員，礦砂的運輸以及礦山的生產(chǎn)率至關(guān)重要。它由各種組件組成，其中包括繞線機，繩索和電動機。提升機的安全性和可靠性取決于其設(shè)計，因此，正確，準確地設(shè)計提升機至關(guān)重要。在這項研究中，通過文獻調(diào)查完成了組成提升機的組件的設(shè)計?？紤]并比較了不同類型和構(gòu)造的提升系統(tǒng)對小型礦山的適用性。這項研究旨在為使用不正確設(shè)計和不安全系統(tǒng)的小型礦工提供解決方案，以在其礦山中起吊和運輸。具有成本效益的吊裝系統(tǒng)對那些負擔不起進口適當?shù)牡跹b系統(tǒng)的小型礦工來說是一個很好的要求。 1.引言 隨著采礦日益成為經(jīng)濟的主要貢獻者，有必要改進采礦以收獲更大的利益。在許多小型礦山中，生產(chǎn)力受到阻礙，因此經(jīng)濟增長受到阻礙 是將物料運入和運出豎井的原始方法，但這些小型礦山卻在該國的年金條產(chǎn)量中占很大比例[1]。缺乏合適的起重設(shè)備給小型礦山帶來了很多限制，并在很大程度上影響了該國的經(jīng)濟增長[2]。大多數(shù)小型采礦者沒有足夠的資金來進口礦用提升機，以提升礦石,廢石和豎井中的人員[10]。因此，這些礦工最終使用不安全且不經(jīng)濟的方法來運輸?shù)V石和廢石。大多數(shù)礦工采用圖1所示的手動絞車系統(tǒng)來吊裝礦石和廢石[3]。人員使用沿豎井側(cè)面挖出的階梯孔沿豎井向下爬。這些方法不安全，會導致受傷甚至死亡。本地制造的廉價起重系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)將幫助礦工提高生產(chǎn)率和安全性[9]。職業(yè)健康與安全是此類系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵[11]。 1.1 現(xiàn)有吊裝方法的問題 圖1 手動絞車系統(tǒng) 使用手動絞盤系統(tǒng)的牽引/提升方法被證明是非常緩慢的，并且這降低了礦山的生產(chǎn)率。該礦具有提高產(chǎn)量的能力，但由于手搖絞車系統(tǒng)無法超過該牽引速度，目前的產(chǎn)量限制為每月礦石355噸（0.5噸/小時）。人員使用階梯孔或梯子掉入井道的方式非常不安全，因為這可能導致人員墜落而導致受傷或死亡。到目前為止，由于操作不當，該礦錄得2死3傷[12]。 1.2 目標 設(shè)計有效的提升機 提高小型礦山的生產(chǎn)率 改善小型礦山的安全 2.文獻綜述 對相關(guān)文獻的回顧有助于人們深入了解將用于實施項目的理論和公式，尤其是在設(shè)計和分析中。通過比較其他研究人員在感興趣的領(lǐng)域中制定解決方案的方式，它可以幫助解決一個人的問題。這將有助于獲得對該項目的方法論見解。 2.1吊裝系統(tǒng)類型 采礦應用中使用的三種主要類型的提升機是摩擦提升機，滾筒式提升機和布萊爾多繩提升機。從機械上講，這些類型的起重系統(tǒng)是完全不同的，但是在電氣上相似，不同的電動機尺寸取決于要承載的負載大小 2.2 滾筒式提升機 提升繩以滾筒式提升機的形式存儲在鼓上。它可以是單滾筒式提升機，也可以是雙滾筒式提升機。它們適用于傾斜軸和垂直軸。滾筒式提升機使用一個鼓，這樣當負載/運輸工具被提升到地面時，電纜會繞著它纏繞。層數(shù)通常少于四層。通常，與摩擦式提升機相比，滾筒式提升機的繩索維護頻率較低。同樣，滾筒式提升機不需要在運輸工具下方的空間放置尾繩。它們通常與豎井相距一定距離，并且需要一個頭部框架和滑輪才能將起重繩索在豎井隔室中居中[2]。 2.3單滾筒提升機 它們包括一個驅(qū)動繞線滾筒，一個安裝在頭帶中的皮帶輪，一個電纜和一個輸送裝置。電纜從滾筒上方的滑輪上穿過，形成水平或傾斜的懸鏈線，并被限制在垂直軸中移動，從而形成垂懸在頂部滑輪下方的垂直繩索[4]。與雙滾筒或摩擦式提升機相比，這是最簡單的設(shè)計。在該系統(tǒng)中，通常使用一根繩索來吊起沒有配重的單個運輸工具（固定架或跳過架）。由于負載不平衡，單滾筒提升機通常較慢。它們通常用在淺井筒中，并且這些地方的工作需要低功率。對于深度小于250米的淺井井筒，它們是首選。通常使用一種輸送方式，以使軸直徑更小，更理想。常見的應用是設(shè)備和人員運輸?？梢允褂脝螡L筒提升機和布萊爾多繩（BMR）提升機，其中在單條運輸工具上使用兩條繩[2]。 2.4雙滾筒提升機 這些系統(tǒng)基本上由兩個機械耦合的單滾筒系統(tǒng)組成。它由兩個電動機驅(qū)動，這使雙滾筒式的雙滾筒彼此獨立地旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)在更高的深度運行。雙滾筒式提升機可用于從約100米到超深至3000米的所有豎井深度。由于雙滾筒的獨立旋轉(zhuǎn)，非常適合在多層次的礦山中使用，這些地方的繩索拉伸可能會成為問題[4]。為了減少雙滾筒系統(tǒng)中所需的電動機扭矩，通過平衡放置兩個籠子來減少不平衡力[2]。 2.5摩擦力提升機 弗里德里希·科佩（Friedrich Koepe）在19世紀后期發(fā)明了摩擦提升機。它有兩個運輸工具，每個運輸工具都由頭繩支撐，該頭繩越過由電動馬達驅(qū)動的摩擦輪。附在運輸工具上的尾繩改善了系統(tǒng)的平衡[3]。摩擦提升機可以安裝在地面上，也可以安裝在塔上。這些系統(tǒng)可以具有單個保持架/滑架和平衡重，也可以具有兩個保持架，因此它們是平衡的。由于采用了平衡的系統(tǒng)，因此摩擦提升機的運行功率較小。與摩擦提升機一起使用的繩索會遭受疲勞，并且在摩擦提升機繩索中應用的安全系數(shù)更高[1]。 3.材料與方法 該礦是津巴布韋一家成熟的小型金礦。該礦山成立于2010年，并從那時起開始運營。它雇用了三十多名工人。該礦目前的生產(chǎn)能力約為每月5公斤黃金。它的軸深為86米。像大多數(shù)小型礦山一樣，該礦山?jīng)]有合適的設(shè)備來運送人員和礦石。 3.1選擇的解決方案：單滾筒提升機 最佳概念的選擇主要取決于礦山規(guī)模和項目目標。單滾筒概念是最簡單的設(shè)計。這些系統(tǒng)通常適用于淺井中的低功率工作。對于深度小于250米的淺井井筒，它們是首選。雙滾筒提升機比單滾筒提升機更昂貴。雙滾筒提升機適用于最長3000米的超深井筒。由于其獨立的旋轉(zhuǎn)，雙滾筒提升機非常適合多層礦山。 圖2 可能的解決方案：單滾筒提升機 該礦不是多層礦，其深度只有86米。摩擦式提升機適用于高效率和大容量的生產(chǎn)纏繞，并且由于摩擦而使繩索疲勞壽命有限，這將使系統(tǒng)因維護而變得昂貴。在提出三種可能的解決方案之后，決策矩陣被用于選擇最合適的概念。 4.研究結(jié)果與討論 分別分析了不同的概念以選擇最佳概念。選擇時要考慮每個重要因素及其與其他考慮因素的相關(guān)性。經(jīng)過分析，選擇了單滾筒概念，如圖3所示。本節(jié)介紹組成提升系統(tǒng)的組件的深入設(shè)計過程。對組件的尺寸和規(guī)格進行了所有必要的計算。 圖3 單滾筒提升機 該礦平均每月生產(chǎn)355噸礦石。這相當于a355 /（30 * 24）= 0.493噸/小時。運輸工具的設(shè)計應能夠?qū)⑷藛T，物料和開采的礦石往返于地面和地下。因此，運輸工具被設(shè)計成可承載0.493≈0.5噸的有效載荷（開采的礦石），這是礦山的每小時生產(chǎn)率[5]。運輸工具還設(shè)計用于承載三個人。為了同時運送礦石和人員，運輸工具設(shè)計有兩個隔室。 根據(jù)礦山設(shè)計準則[6]，對于500米以下的豎井，加減速范圍為0.5至0.75 m / s2。提升機的加速度和減速度選擇為0.5 m / s2。繪制了提升機速度（1.25 m / s）和加速度（0.5 m / s2）的速度-時間圖。下圖顯示了提升系統(tǒng)的速度-時間圖 圖4 提升機速度-時間圖 圖5 卷筒 4.1滾筒質(zhì)量計算 計算出滾筒的尺寸之后，現(xiàn)在就可以評估滾筒的質(zhì)量了。桶材料（鑄鐵）的密度為7250 kg / m3 [7]。感光鼓前截面圖如圖所示 因此，頂滑輪的體積頂滑輪的材料是鑄鐵。皮帶輪的質(zhì)量為1668kg。 空心部分 卷筒軸 終板/滾筒凸緣 圖6 繞線筒前視圖 4.2電機的尺寸 電動機應具有足夠的功率以加速并承載負載。兩部分分別考慮 i 加速系統(tǒng)所需的扭矩 ii 期間所需的扭矩 勻速對于減速，由制動系統(tǒng)負責。 5.結(jié)論與建議 提升系統(tǒng)的實施由于生產(chǎn)率和安全性的提高而直接影響礦山的盈利能力，因此減少了因工傷而產(chǎn)生的成本。該項目的目標得以實現(xiàn)，因為有能力將每小時的生產(chǎn)率提高3.5噸。精心選擇了設(shè)計參數(shù)和材料，以降低成本并延長組件的使用壽命。 5.1建議 研究人員建議使提升系統(tǒng)移動。通常，小型礦工在一個很小的區(qū)域散布著許多豎井?？梢栽谝粋€豎井上使用并且可以在另一豎井上移動和組裝的系統(tǒng)對于小型礦工非常有用。