礦井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)技術(shù)探析

高蘇洋

（煙臺(tái)德和冶金設(shè)計(jì)研究有限公司，山東 煙臺(tái)市 264000）

礦井提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)技術(shù)探析

高蘇洋

（煙臺(tái)德和冶金設(shè)計(jì)研究有限公司，山東 煙臺(tái)市 264000）

文章簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)內(nèi)外礦井提升系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)工程實(shí)例詳細(xì)介紹了礦井提升設(shè)備的選型計(jì)算，包括方案的選擇，鋼絲繩、提升主電動(dòng)機(jī)等主要設(shè)備的選型和校驗(yàn)。本文對(duì)今后礦井提升設(shè)備的選型設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

礦井；提升設(shè)備；選型；設(shè)計(jì)

1 國(guó)內(nèi)外礦井提升系統(tǒng)的現(xiàn)狀

根據(jù)主井提升系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)容量較大和目前提升電控設(shè)備的發(fā)展情況，設(shè)計(jì)選用技術(shù)先進(jìn)、成熟的交—直—交控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的交交變頻相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：諧波低，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)需濾波器，對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求不高，變壓器的數(shù)目、功率及動(dòng)力電纜均可減少，控制更快更精確，占地面積小。

目前生產(chǎn)大型摩擦輪提升機(jī)的國(guó)外制造廠主要為SIEMAG TECBERG和ABB公司，國(guó)內(nèi)主要為中信重型機(jī)械公司和上海冶金礦山機(jī)械廠。

SIEMAG TECBERG 公司生產(chǎn)的提升機(jī)最大直徑為 8m，鋼絲繩根數(shù)最多為 6 根，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大功率為 7500kW。SIEMAG TECBERG公司還可以與西門(mén)子公司合作生產(chǎn)內(nèi)裝電機(jī)式摩擦輪提升機(jī)。內(nèi)裝電機(jī)式多繩摩擦輪提升機(jī)是機(jī)電一體化設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊、占地 面積小，但設(shè)備價(jià)格較貴。

ABB公司生產(chǎn)的提升機(jī)最大直徑為 6.75m，鋼絲繩根數(shù)最多為 8根，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大功率為 9400kW。ABB公司可提供全套提升機(jī)機(jī)械和電控設(shè)備。

中信重型機(jī)械公司和上海冶金礦山機(jī)械廠均生產(chǎn)塔式及落地式多繩摩擦式提升機(jī)，根據(jù)多繩摩擦式提升機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 10599-1998，塔式多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩根數(shù)最多為 6根，落地式多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩根數(shù)最多為 4 根。國(guó)內(nèi)制造廠已生產(chǎn)的落地式提升機(jī)最大直徑為 5.7m，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)最大功率為 5300kW。

由于本礦井井型大，主井需裝備大型提升設(shè)備，從國(guó)內(nèi)外大型提升設(shè)備的使用情況及設(shè)備可靠性方面綜合考慮建議選用進(jìn)口設(shè)備，有利于礦井安全生產(chǎn)，減少維護(hù)工作量，提高礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)水平。

2 方案選擇

主井擔(dān)負(fù)礦井提升任務(wù)，設(shè)計(jì)裝備二套提升系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)方案對(duì)比，最終選用5× 6塔式多繩摩擦輪提升機(jī)二臺(tái)，平行布置。為減小井筒斷面尺寸，要求二臺(tái)提升機(jī)內(nèi)側(cè)制動(dòng)器尺寸盡可能的小，井筒設(shè)計(jì)施工前，應(yīng)根據(jù)訂貨提升設(shè)備實(shí)際尺寸核定井筒斷面尺寸。根據(jù)主井提升系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)等效容量及過(guò)載能力要求，主井提升機(jī)如果配置單電機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)容量達(dá)7200kW，鑒于目前用于礦井提升的單電機(jī)最大容量已做到9400kW，且單機(jī)拖動(dòng)比雙機(jī)拖動(dòng)節(jié)省設(shè)備投資及土建費(fèi)用，因此推薦采用單機(jī)拖動(dòng)，即配置7200kW 50r/min低頻交流同步電動(dòng)機(jī)單機(jī)拖動(dòng)，電控設(shè)備選用交—直—交成套設(shè)備。提升容器為兩對(duì)45t 箕斗，采用定重裝載方式。最大提升速度為13.09m/s，按330d/a、16h/d兩套主井提升系統(tǒng)年提升能力為1212萬(wàn)t/a。

3 提升設(shè)備選型計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

井型：10Mt/a（一套提升系統(tǒng)5Mt/a）；

工作制度：330d/a，16h/d；

主井井口標(biāo)高：+1248.5m；

卸載標(biāo)高：+1266.5m；

裝載標(biāo)高：+446m；

提升高度：834.7m；

鋼絲繩懸垂高度：911.5m；

提升容器：立井多繩45t 雙箕斗；

標(biāo)稱裝載質(zhì)量：45t（定重裝載）；

箕斗自重：（包括懸掛裝置等）58t；

3.2 鋼絲繩選型及校驗(yàn)

提升主鋼絲繩選52 ZBB 6×36WS+FC(R) 1770 ZS（SZ）各三根，共計(jì)六根。尾繩選用三根扁尾繩，首尾繩為平衡提升系統(tǒng)。

提升主鋼絲繩安全系數(shù)校驗(yàn)：

所選鋼絲繩滿足要求。

3.3 提升設(shè)備選型及校驗(yàn)

選用一臺(tái)5×6塔式多繩摩擦輪提升機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：提升機(jī)校驗(yàn)：

主導(dǎo)輪及天輪直徑：DN=Dt=5000mm＞90d1=4680mm

名稱參數(shù)主導(dǎo)輪直徑5m主提升繩根數(shù)6導(dǎo)向輪直徑 5m允許最大靜張力1800kN允許最大靜張力差500Kn襯墊摩擦系數(shù)≥0.25提升機(jī)變位質(zhì)量41600kg（預(yù)估）導(dǎo)向輪變位質(zhì)量12800kg（預(yù)估）

鋼絲繩最大靜張力：Fj’=1568.399kN＜Fj =1800kN

鋼絲繩最大靜張力差：Fc’= 441.45kN＜Fc =540kN

摩擦襯墊比壓：q=1.73＜2MPa

所選提升機(jī)滿足要求。

3.4 提升主電動(dòng)機(jī)

低頻交流同步電動(dòng)機(jī)，其參數(shù)為：

額定功率：7200kW；額定轉(zhuǎn)速：50r/min；額定電壓：3150V；過(guò)載倍數(shù)：2倍；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：70000kg·m2。

最大提升速度：Vmax=13.09m/s。

3.5 提升主電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)

電動(dòng)機(jī)等效力：Fd=438.300kN

電動(dòng)機(jī)等效容量：Pd=5854.436kW

電動(dòng)機(jī)功率富裕系數(shù)：k= 1.23

電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校驗(yàn)：Fmax/FN=1.45＜0.85λm

所選電動(dòng)機(jī)符合要求。

3.6 防滑校驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，上提重載時(shí)緊急制動(dòng)減速度as不得超過(guò)5m/s2，下放重載時(shí)緊急制動(dòng)減速度ax不得小于1.5m/s2，且各種載荷（滿載或空載）和各種提升狀態(tài)（上提或下放重物）下緊急制動(dòng)減速度不得超過(guò)鋼絲繩滑動(dòng)極限減速度。

采用恒減速液壓站，在安全制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)力矩是自動(dòng)調(diào)節(jié)的，在不同工況（提升、下放、空運(yùn)行）下，制動(dòng)力矩不同，但可保證安全制動(dòng)減速度基本相同，設(shè)計(jì)取各工況安全制動(dòng)減速度為1.5～1.8m/ s2。經(jīng)計(jì)算各項(xiàng)速度均滿足防滑要求。

3.7 年提升能力

一套提升系統(tǒng)：

式中：不均衡系數(shù)C=1.1

兩套提升系統(tǒng)年提升能力12.12M t/a。

4 電氣控制設(shè)備及輔助設(shè)施的選擇

二套提升機(jī)各有10kV雙回路高壓電源引自礦井110/10kV主變電所不同母線段，380V雙回路低壓電源引自提升機(jī)房?jī)?nèi)輔助變壓器，均為一回工作，一回備用。電控設(shè)備選用交—直—交提升機(jī)成套電控設(shè)備。主井井塔內(nèi)設(shè)一臺(tái)100/20t 電動(dòng)超卷?yè)P(yáng)橋式起重機(jī)一臺(tái)及一臺(tái)載重1600kg 客貨兩用電梯。

[1]劉訓(xùn)濤.礦井提升運(yùn)輸設(shè)備[M].北京：地圖出版社,2006.

高蘇洋（1984.11-），男，漢族，江蘇沭陽(yáng)人。2008年畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，本科，學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)在煙臺(tái)德和冶金設(shè)計(jì)研究有限公司從事礦山機(jī)械設(shè)計(jì)工作，助理工程師。