麻家梁礦副立井提升機提升大型液壓支架的實踐

郭耀清

0 引言

麻家梁礦副井一號提升系統采用德國西馬格JKMD-5.7×4 多繩落地摩擦式提升機，罐籠自重54 t，設計最大有效提升負載能力為52 t（需拆除兩層罐籠門減重1.7 t）。因井下開采的需要，麻家梁礦又增加了2 套型號為ZF15000/28/41 放頂煤新型液壓支架，這就造成了運輸新支架提升系統超載的狀況。

1 原因及問題

液壓支架運輸方式為罐籠配合無軌膠輪車及卡特彼勒斗式支架運輸車運輸，原支架重38 t (ZF13000/25/38），斗式支架運輸車重12 t，負載總重50 t，罐籠自重53.6 t（實際運行中，上層罐門0.85 t 不能拆除，另加裝罐頂燈箱重0.45 t)，負載加罐籠不超載。

運輸新支架時，支架重43 t，斗式運輸車12 t，負載總重55 t，罐籠自重53.6 t，負載加罐籠實際超重4.3 t。這種工況下，罐籠下放時安全制動最小減速度為1.37 m/s2，不符合規程不小于1.5 m/s2的要求，首鋼絲繩的安全系數為7.77，也不符合規程不小于7.91 的要求，因此需要對系統進行改造。

2 解決方法和相關計算

通過分析論55 t 負載運行時首繩的安全系數和下放時的安全制動減速度不符合《煤礦安全規程》的要求，而系統的其它性能及參數均符合設計和規程要求，采取增加制動閘對數提高制動安全系數和更換新型首繩方法進行了改造。

2.1 相關計算

2.1.1 提升機防滑安全系數校驗

等重尾繩提升系統（見圖1），在載荷下放減速階段防滑安全系數最小，而靜防滑安全系數為常數，因此選取滿載罐籠在下到位時的工況對系統的靜、動防滑安全系數進行校驗。

參數：罐籠重53.6 t（拆一層門，加燈箱重450 kg），平衡錘重77.6 t，提升距離537.7 m，載重55 t，L1=575 m，L2=34 m，L3=29 m，L4=572 m，L3-1=53.9 m，L4-2=44.5 m，L5-3=7.1 m，L6-4=7.2 m。

圖1 提升系統

2.1.1.1 靜防滑安全系數

計算時考慮提升機主繩輪上、下出繩段鋼絲繩部分質量對主繩輪出繩靜張力的影響[1]。

式中：e——自然對數底2.731；

μ——繩與摩擦襯墊間摩擦系數0.25；

α——鋼絲繩與摩擦襯墊上的圍包角弧度：183.2°=3.196 rad；

Fxj——下繩側鋼絲繩靜張力Fxj=[55+53.6+（L1+L2-L3-1)質量]×9.81=1 387.53 kN；

Fsj——上繩側鋼絲繩靜張力Fsj=[77.6+（L4+L3-L4-2)質量]×9.81=1 098.52 kN；

2.1.1.2 動防滑安全系數

在等重尾繩提升系統，重載下放減速段，忽略井筒提升阻力及天輪軸承阻力的條件下，Fs、Fx除計入靜張力還應計入制動減速度時的慣性力[1]。同時考慮上、下出繩段鋼絲繩全部質量，在制動過程中產生的動張力對主繩輪出繩動張力的減少和增強作用[2]。

其中：Fsj——上升側靜張力；

Fxj——下放側靜張力；

ms——上升側運動部分總質量184.51 t[3]；

mx——下放側運動部分總質量216.35 t[3]；

a——減速度0.5 m/s2。

由上可知：靜防滑系數σj=4.65≥1.75，動防滑系數σd=2.53≥1.25，符合規定。

2.1.2 新繩安全系數校驗

提升系統采用4 根德國達高型號為Ф62 mm 6*36WS+FC 的圓股首繩，抗拉強度1 770 N/mm2破斷力為2 754 kN，更換為同廠生產的型號為Ф62 mm 6*36WS+FC 的圓股鋼絲繩，抗拉強度1 770 N/mm2破斷力2 896 kN。

55 t 重載時鋼絲繩安全系數：

式中：M——安全系數；

Qd——單根首繩中所有鋼絲破斷力2 896 kN；

Fjm——單根首繩實際所受的最大靜張力；

Q——罐籠載荷最大支架43 t，斗式拖車12 t；

Qz——罐籠設計自重54 t，拆掉下層罐籠門0.85 t，同時罐頂加燈和箱增重0.45 t，實際罐籠重53.6 t；

p——首繩每米重量14.8 kg/m;

q——尾繩每米重量19.5 kg/m；

H0——罐籠卸載位置至天輪中心線位置575 m；

Hw——在卸載位置時，罐籠尾繩垂懸高34 m；

n——首繩根數4；

n1——尾繩根數3；

代入式中可得M=8.17，安全系數8.17≥7.91 符合規程要求。

2.1.3 電機功率的估算

提升系統采用直連式交直交變頻同步電機驅動，電機功率3 600 kW，定子額定電壓3 300 V，額定電流701.3 A，超載4.3 t 對提升驅動功率需求增加8.2%。選擇驅動電動機時已經留有5%～10%的富裕，再加上電動機自身設計時也留有150%～200%過載能力，故提升驅動功率是富裕的。

2.2 改造內容

2.2.1 制動閘改造

提升制動系統為液壓盤式制動，制動器型號為ST3-D，制動閘型號為BE100，原設計是4 個閘座共12 對制動閘，每個閘座帶有3 對制動閘。利用每天的檢修時間，將滾筒出繩側的2 個閘座更換為可裝4對閘的閘座，每個閘座各再增加1 對新制動閘，改造成為帶有14 對制動閘的制動系統。

2.2.2 更換鋼絲繩

在保證交通罐運行的前提下，利用4 天的時間將大罐系統的4 根首繩更換為抗拉強度1 770 N/mm2破斷力2 896 kN 型號為Ф62 mm 6*36WS+F 的圓股鋼絲繩。

3 性能測試結果

3.1 最大不平衡載荷的靜態制動安全系數試驗

改造后對14 對閘進行靜態制動拉力試驗，測得每1 對閘的制動力為70 kN，制動閘全部制動時的制動力為：14×70 kN=980 kN，滾筒兩側最大不平衡載荷為289.01 kN，最大不平衡載荷的靜態安全系數為980/289.01=3.39 符合《煤礦安全規程》不小于3.0 的要求。

3.2 盤形閘的空動時間測試

對盤形閘貼閘時間測試得，28 個閘的空動時間最小為0.19 s，最大為0.23 s，符合《煤礦安全規程》不超過0.3 s 要求。

3.3 全載全速試驗

對系統進行全載全速(55 t、9.97 m/s)急停試驗，測得在重載下放制動最小減速度為1.58 m/s2，達到《煤礦安全規程》≥1.5m/s2的要求。

提升機的其它各項檢驗項目全部達到AQ 檢驗規范要求。

電動機的電壓、電流、功率以及溫升均在正常值范圍內。

4 應用效果

提升系統改造后運行了1 年時間，分別完成了兩個新工作面設備穩裝和2 個舊工作面設備的拆除工作，共運輸支架562 個（下放ZF15000/28/41 型支架270 個，ZF13000/25/38 支架出井292 個），系統一直運行平穩，經山西煤礦設備安全技術檢測中心對系統進行了年檢，檢測項目全部符合要求。此項目的改造，節省了時間、節約了費用，在基本不影響生產的情況下解決了運輸大型重型液壓支架的實際問題，提高了提升機的提升能力，保障了提升系統原有效能的發揮，保障了礦井安全平穩、高效運行的生產。

[1]GB50215-2005，煤炭工業礦井設計規范[S].

[2]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2011.

[3]曾濤.關于礦井摩擦式提升機滑動極限減速度公式的討論[J].煤炭工程，2009，（7）：10～12 .