矿井提升系统是连接矿山井下生产系统和地面工业广场的纽带,素有矿井生产的咽喉之称。提升容器在井筒内运行需设导向装置,提升容器的导向装置可分为刚性导轨和柔性导轨两大类。与刚性导轨相比,柔性导轨具有结构简单、安装方便、节省钢材、施工期短、通风阻力小、使用寿命长、后期维护工作量小等诸多优点。然而柔性导轨提升容器横向摆动受到提升速度、通风速度、张紧力及容器终端质量等因素的影响,其摆动行为十分复杂,对柔性导轨提升容器横向摆动行为缺乏系统研究。如何在考虑容器提升速度、井筒通风和柔性导轨张紧力等诸多实际影响因素的条件下,获得柔性轨道提升容器在运行过程中的摆动行为,并最终合理确定柔性轨道提升系统的规划布局成为困扰业界数十年的难题。目前国内对于柔性导轨矿井提升系统的设计主要依据《煤矿安全规程》、GB 50830-2013《冶金矿山采矿设计规范》、GB 50771-2012《有色金属采矿设计规范》及GB 16423-2006《金属非金属矿山安全规程》等国家标准中关于柔性导轨井筒布局安全间隙的统一规定,安全间隙的确定尚无科学合理的理论依据。本文对柔性轨道提升系统的横向摆动行为进行了系统研究,旨在提出一种预测柔性导轨提升容器横向摆动行为的方法,揭示柔性导轨矿井提升容器的摆动机理。由于柔性导轨、提升钢丝绳与平衡尾绳本质上为无穷多自由度的连续体,将其视为连续体计算提升容器的摆动行为极难实现,为此本文首先对柔性导轨提升系统横向摆动的等效质量及等效刚度进行研究。基于瑞利能量法对柔性导轨、提升钢丝绳与平衡尾绳横向摆动的等效质量进行了推导,结果表明可将其质量的三分之一作为变位质量附加到提升容器上。采用连续体力学理论推导出柔性导轨、提升钢丝绳及平衡尾绳的挠曲线方程,在此基础上分别推导得到了柔性导轨、提升钢丝绳与平衡尾绳横向摆动等效刚度的对数公式和倒数公式,两公式计算得到的等效弹簧刚度高度一致,误差不超过1%。建立了考虑张紧钢丝绳自身质量的横向振动模型并推导出了张紧钢丝绳的横向固有频率公式,结果表明考虑张紧钢丝绳的自身质量后,其横向固有频率随着位置的变化而变化。此外,在考虑张紧钢丝绳自身质量的条件下,横向扰动在张紧钢丝绳中传播的相速度和群速度不相等,呈现出色散现象,并且横向扰动在张紧钢丝绳中传播的过程中出现衰减。然后,分别在郑州煤炭工业(集团)有限责任公司大平煤矿主井和振兴二矿主井对横向扰动的传播时间进行了实测,结果表明所推导公式能够提高准确性。为了预测扰动力即横向气动力及科里奥利力作用下柔性导轨提升容器横向摆动行为,在等效质量及等效刚度的基础上,基于牛顿第二定律和转动定律,分别建立了考虑导向装置与柔性导轨之间间隙时提升容器的非光滑横向振动模型及非光滑扭转振动模型。采用Navier-Stokes方程以及k-?SST湍流模型做为井筒中空气流动的流体计算模型,基于有限体积法及动态网格更新方法,编写了并行化的ANSYS FLUENT用户自定义程序(UDF)实现容器按指定速度曲线提升以及计算并输出容器所受到的气动力。基于非光滑横向振动模型及非光滑扭转振动模型,采用Matlab数值求解扰动力作用下柔性导轨提升容器的横向摆动位移。以姚桥矿主井箕斗提升系统为例进行了数值求解,并与文献中的实测数据进行比较,验证了所建模型的正确性。利用流致振动模型,研究了单容器带平衡锤、双容器和四容器三种典型井筒布局的柔性导轨提升容器的横向摆动特性。计算分析了容器提升过程中容器周围的气动压力分布、流场速度分布以及流线分布。结果表明当两个相向运行的容器在井筒中交会时会产生明显的气动冲击力及气动冲击力矩,作用在单容器、双容器和四容器上的横向气动力依次减小,并且气动力对容器摆动的影响要远大于科里奥利力的影响。此外,单容器带平衡锤布局的活塞效应最强,双容器布局和四容器布局的活塞效应逐渐减弱。从空气动力学角度讲,推荐优先采用四容器布局,然后是双容器布局,最后是单容器带平衡锤布局。利用流致振动模型,分别分析了提升速度、通风速度、导向装置与柔性导轨之间的间隙、张紧力及容器终端质量等提升参数对柔性导轨提升容器横向摆动特性的影响。结果表明作用在容器上的气动力与提升速度和通风速度的二次方成正比,随着提升速度和通风速度的不断增大,容器的横向摆动幅值亦不断增大。此外,随着导向装置与柔性导轨之间的间隙不断增大,提升容器的横向摆动幅值也随之均匀增大。对于容器交会过程中作用在容器上的气动冲击力,使用Matlab的曲线拟合工具采用正弦函数和余弦函数进行曲线拟合,拟合结果表明二倍频的余弦函数和正弦函数可以较好的拟合气动冲击力。通过对影响容器横向摆动幅值的各因素进行灵敏度分析发现,提升速度的灵敏度最大,其次是张紧重锤的质量和通风速度,随后是柔性导轨与导向装置之间的间隙,装载质量的灵敏度最小。最后对柔性导轨矿井提升系统的横向摆动进行了现场实测。通过采用澳大利亚先进导航公司的光纤陀螺惯性导航系统Spatial FOG INS对龙首矿混合井罐笼下放过程中的轨迹和西二采区副井罐笼下放过程中的运行轨迹进行了实测,并与计算结果进行了对比,验证本文所提计算方法的正确性。