淺析副立井提升策略及系統(tǒng)選擇

趙雅風，裴常靈

（山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000）

1 陽煤二礦相關概述

1.1 礦井基本情況

陽煤二礦（全文簡稱二礦）是陽泉煤業(yè)有限責任公司特大型骨干礦井之一，也是我國煤礦行業(yè)特級質(zhì)量標準化及現(xiàn)代化礦井之一。二礦具有得天獨厚的自然開采條件，井田面積達到62.4km2，煤炭可采儲量達到4.9億t。該礦井自1951年建成以來，截至2011年已經(jīng)累計生產(chǎn)煤礦1.1億t，為國家創(chuàng)造稅收額度3億多元。

1.2 礦井地理位置

二礦所處地理位置東距陽泉市約5km，井田東邊是大陽泉井田，西邊則是正處于勘探階段的西上莊井田，南邊與五礦井相鄰，北邊以石態(tài)鐵路為界。此外，二礦具有十分便捷的交通網(wǎng)絡，石太線為復線電氣化鐵路，以東西方向貫穿該礦區(qū)，在煤炭運銷中起著重要作用［1］。另外，太石高速公路以南北向穿過井田，307國道以西向東穿過，構成了連通全國各地的交通運輸網(wǎng)絡。

1.3 二礦副立井基本情況

二礦龍門副立井井筒直徑10m，龍門分區(qū)副立井井筒直徑10m，井口標高Zk＝＋885mm，井底馬頭門標高Z＝＋470m。除擔負龍門分區(qū)的進風任務外，還擔負著材料、少量人員、一次采全高大型液壓支架及無軌膠輪運輸?shù)仍O備的升降任務，對煤礦的安全生產(chǎn)起著至關重要的作用。

2 副立井提升策略概述

2.1 陽煤二礦龍門副立井提升基礎

井筒內(nèi)裝備有一套提升設備，提升方式為罐籠加平衡錘提升、一個水平進出車。提升容器為特制單層大型罐籠加可調(diào)式平衡錘。采用冷彎方管罐道，提升高度415 m，額定最大提升速度8.38m／s。設一臺JKM5x6 型塔式多繩摩擦式提升機，配兩臺ZKTD 型低速直聯(lián)電動機，單臺電機額定功率1 800kW，轉速32r／min。配套全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)、網(wǎng)絡化操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成的直流電控裝置［2］。需要注意的是，在設計的提升方式中電機變位質(zhì)量為估計值，還需要以廠家提供的實際數(shù)據(jù)重新校核提升系統(tǒng)，最終確定罐籠和平衡錘重量，并依此修正本設計計算選型過程。

2.2 副立井提升方案依據(jù)

陽煤二礦龍門副立井提升方案設計主要以相關會議討論通過的決議為依據(jù)、集團公司確定的設計原則、礦方所提的相關意見和建議以及相關專業(yè)機構設計意見為依據(jù)。

2.3 副立井提升策略相關參數(shù)確定

分別需要確定陽煤二礦龍門副立井系統(tǒng)最大提升量、罐籠、平衡錘，具體闡述如下：

第一，對副立井系統(tǒng)最大提升量的確定。根據(jù)最大件（液壓支架）升降方式，最大件重量為59.3t（過渡架加平板車），考慮到支架加平板車制造誤差，在不影響提升機選型的前提下，適當考慮一定富裕量，確定提升系統(tǒng)最大提升重量64t，最大載重量差為32t。

第二，對副立井系統(tǒng)提升方式罐籠、平衡錘的確定。其中，罐籠采用特制加長加寬單層罐籠，根據(jù)井筒直徑和提升設備外形尺寸，按照罐籠最大化原則確定其尺寸為：長×寬×高＝8 600mm（罐道間距）×3 300mm（凈寬）×6 000mm（凈高），可滿足最大件設備提升任務。罐籠自重62 000kg（包括首尾懸掛裝置和滾動罐耳）。另外，平衡錘則采取可調(diào)式，也就是罐籠加平衡錘的提升方式，運行效率較低，為了降低成本，經(jīng)濟運行，設計采用可調(diào)式平衡錘。正常提升（Q≤34 000kg）時平衡錘重量79 000kg；提升大件（64 000kg≥Q＞34 000kg）時平衡錘重量94 000kg，井筒布置見圖1。

圖1 井筒布置圖（mm）

3 副立井提升方案對比選擇

主要從提升機布置形式、提升機及拖動方案兩方面對陽煤二礦龍門副立井提升方案進行對比選擇。

3.1 提升機布置形式

對于立井提升系統(tǒng)，提升機布置形式有井塔式及落地式兩種形式，分別對其優(yōu)缺點闡述如下：

1）井塔式。采用井塔式布置的提升機設備布置集中，節(jié)省占地；生產(chǎn)使用方便，維護方便；節(jié)省鋼材，可提高鋼絲繩使用壽命，安裝、更換鋼絲繩較為方便，對鋼絲繩防凍和提高防滑性能有利［3］。缺點則主要是井塔基礎及結構形式復雜，施工困難，施工工期長（根據(jù)以往經(jīng)驗相對落地式布置長約6個月），占用井口的時間較長，需科學安排施工方法和進度，設備起吊安裝困難，需設吊裝孔和起重機，增加客貨兩用電梯等。從經(jīng)濟方面來考慮，以陽煤集團二礦龍門副立井為例，這種方式造價約為9 025.79萬元，經(jīng)濟比較為0元，比較經(jīng)濟實惠。

2）落地式。采用落地式的優(yōu)點主要有：提升機房位于地面，安裝、維護方便；建設期間，不占用井口，提升機房施工、設備安裝調(diào)試和井筒施工可平行作業(yè)，井架施工占用井口的時間相對較短；提升機房距井筒較遠，對井筒的壓力較小，有利于井筒的維護；落地式提升機房和設備基礎處理難度相對較小，費用低；落地式提升系統(tǒng)對抗震較為有利。缺點則在于井架和提升機房占地面積大，鋼絲繩裸露在外，冬天易結冰，對天輪每日的例行檢查需爬井架，此外，井架的日常防腐費用較高。

落地式在陽煤集團二礦龍門副立井中使用，造價約為9 231.67萬元，經(jīng)濟比較增加了205.88萬元，需要資金較多。

3.2 提升機布置形式選擇

綜合考慮龍門副立井工業(yè)場地較小，與高速公路相鄰，其他方向為山地，設計推薦龍門副立井提升機布置方式采用井塔式。

3.3 提升機及拖動方案

提升機常用驅動方式有電機加減速器、低速直流直聯(lián)和交流變頻低速直聯(lián)等，對于電機加減速器驅動方式，因減速器傳遞功率有限，故常用于直徑3.5m 以下，配套電機功率1 500kW 以下的提升機，二礦龍門副立井提升機配套電機功率2×1 800kW，故不能選用此種方式（電機加減速器驅動方式）。因此，在對幾種方案進行必選之后建議使用以下方案：采用型號為JKM5×6（Ⅲ）、最大靜張力為1 650kN、最大靜張力差為500kN、襯墊摩擦系數(shù)為0.25 的提升機；使用型號／根數(shù)為6×36WS－FC－1770ZZ（SS）、直徑為54 mm、單量為10.8kg／m、抗拉強度為1 770 MPa、最小鋼絲繩破斷拉力總和為2 084kN 的鋼絲繩；使用型號為TDBS懸掛式交流變頻3 400kW 調(diào)速同步電動機。此種方案的優(yōu)勢在于：第一，隨著大功率電力技術、微電子技術、控制技術的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)已完全達到直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標；第二，結構簡單、體積小，效率可達96%；第三，維護量小、超載能力高；第四，氣隙大易于安裝；第五，裝機容量大，可達10MW 以上；第六，交流變頻采用的是智能型全控器件，可以實現(xiàn)自保護，對于器件故障的保護功能更完善，且能防止故障的進一步擴大，人員可以通過上位機得到故障信息。

4 結語

陽煤集團二礦龍門副立井的提升與改造系統(tǒng)的選擇主要考慮安全性、合理性、投資回報率等問題。有關部門應當充分考慮該副立井現(xiàn)有條件、自然環(huán)境等特點，盡可能將資源最大化利用，節(jié)約提升與改造成本。

［1］趙學雷，連鴻飛.淺析王莊煤礦副立井提升系統(tǒng)改造［J］.水力采煤與管道運輸，2009（12）：78.

［2］劉鳳先，胡昌華.副立井提升系統(tǒng)優(yōu)化提效技術改造［J］.煤礦機械，2010（9）：23.

［3］李子貴，王正義.多繩摩擦式提升機安全制動防滑校核分析計算［J］.煤礦機械，2011（8）：61.