三元煤業主井提升系統改造設計

摘 要：本文介紹了三元煤業主井提升系統現狀，分析了現有主井提升系統存在問題，在對提升機及提升機房位置選取、最大提升速度確定、液壓制動系統選擇等方面進行分析和論證的基礎上提出了改造方案，為老礦井提升系統擴能改造提供參考。

關鍵詞：主井提升；系統改造；提升速度；制動系統；井架

中圖分類號：TD63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0178-03

0 引言

三元煤業股份有限公司于20世紀80年代末設計，90年代初投產[1]，礦井核定生產能力為2.60Mt/a。主井井筒凈直徑5.0m，井筒內裝備一對JQZ型9m3單繩立井提煤箕斗，箕斗斗箱斷面為1830×1570（mm），箕斗本體高8.312m，箕斗額定容積9m3，自重5t。箕斗采用鋼軌腰罐道，腰罐道間距為1680mm，采用固定曲軌上開式扇形閘門，異側裝卸載。主井井底裝載方式為定量斗裝載。主井提升機房內安裝一臺2JK-3.5/15.5E型單繩纏繞式提升機，配套YR1000-10型三相異步電動機，1000kW、6kV、590r/min，實際最大提升速度為7.16m/s。

1 主井提升系統存在問題

三元公司主井提升系統存在以下問題：

（1）為滿足核定生產能力，主井提升系統每天運轉時間至少22小時，檢修時間短，設備連續運轉時間長，安全不能得到有效保障。（2）原滾筒連接筋板和筒體出現裂縫15處，最大長度230mm，寬度1mm，采取打止裂孔、補焊等多種措施后未能解決問題。經廠家技術論證，2011年更換為加強型滾筒，運行兩年后加強型滾筒再次出現11處裂縫，最大長度150mm，寬度0.5mm，滾筒存在崩裂危險。（3）井架高度不夠。主井最大提升速度為7.16m/s，《煤礦安全規程》要求過卷過放距離應大于7.5m，實際距離為5.5m，不符合《煤礦安全規程》規定。（4）曾經發生過卷過放事故，致使井架偏斜，天輪中心線偏移，導致鋼絲繩與天輪繩槽偏向磨損，嚴重影響了天輪和鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩更換周期縮短到4至6個月。

綜合上述情況，為滿足礦井生產需要，保障礦井安全生產，對主井現有提升系統進行改造是非常必要的。

2 主井提升系統改造方案

2.1 箕斗

主井井筒內原裝備一對JQZ型9m3單繩立井提煤箕斗，裝載質量9.2t，主井提升系統一次提升循環時間為75.5s，主井提升按每年330d、每天作業時間18h計算[2]年提升能力為2.369Mt/a，無法滿足礦井年核定生產能力為2.60Mt的要求。本次改造需增大箕斗噸位，考慮礦井生產能力、井筒斷面、井下裝載定量斗中心距、最大提升速度等因素，最終確定箕斗噸位為12t，箕斗有效容積13.1m3，裝載質量12t，箕斗本體高9.4m。改造后的主井井筒斷面布置見圖1。

2.2 提升機

針對選定的12t箕斗，可以采用單繩纏繞式提升機，也可以采用多繩摩擦式提升機。本礦井現有提升房及井下箕斗裝載硐室均位于井筒的西側。若選用單繩纏繞式提升機，根據單繩纏繞式提升機房與井筒相對位置關系，新建的單繩纏繞式提升房應位于井筒的西側或東側。在井筒西側有現有提升機房，提升機房后面是副井井口房，若選擇在副井井口房后面新建提升機房，不僅鋼絲繩弦長很長（約70m），而且鋼絲繩在出繩方向上也會與已有副井井口房發生干涉；而在主井井筒的東側有選煤廠主廠房通往煤倉的裝載點和皮帶棧橋，沒有場地；若選擇在現有提升房的場址上在新建提升房，則礦井需要停產7-8個月，停產時間長，對于正在生產中的礦井來說這是不能接受的。

針對現場工業場地條件，在不改變井下裝載方向的前提下，為盡量減少新建工程對現有生產系統的影響，盡量減少改造期間占用井筒的時間，設計在主井南側新建一座提升機房。根據提升機房與井筒的相對位置關系及其他設計參數，選用JKMD-3.25×4PⅢ型落地式多繩摩擦式提升機，摩擦輪直徑3.25m，最大靜張力520kN，最大靜張力差160kN，配套功率為1200kW的低速直連交流變頻調速異步電動機。改造后的總平面布置見圖2。

2.3 最大提升速度

影響立井提升系統提升能力的主要因素除了箕斗噸位外，還有提升速度[3]。本礦井主井提升系統改造后，提升高度為368.144m，根據提升高度計算允許最大提升速度為11.51m/s。對于提升系統改造來說，最大提升速度的選取還取決于箕斗位于裝載位置時箕斗底部到井底是否有足夠的距離。《煤礦安全規程》規定立井提升裝置的過卷和過放距離取決于最大提升速度[4]，提升速度越大，過放距離越大，意味著箕斗位于裝載位置時箕斗底部到井底距離越大。本礦井核定生產能力為2.60Mt/a，按12t箕斗計算提升系統最小提升速度應為7.2m/s，最小過放距離應為7.55m。

在立井提升系統設計時，常規布置方式是在提升容器過卷距離終點設置防撞梁，在距離防撞梁頂面2m左右的距離再設置尾繩保護裝置，尾繩保護裝置下面是尾繩環。根據此種布置方式，按最小提升速度7.2m/s、最小過放距離7.55m計算，主井提升系統改造后箕斗位于裝載位置時箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距離至少需要15m，而實際距離只有12.6m，最小需將井筒直線段向下延深2.4m，然后再重新施工井底清撒硐室漏斗才能滿足設計要求。本礦井主井井筒已經使用近30年，若向下延深井筒不僅施工難度大、工期長、投資高，而且存在很大的風險性，成為了制約提升系統改造的瓶頸。

為解決該問題，使提升系統改造能夠順利進行，設計采用防撞梁與尾繩保護裝置聯合布置方式來縮短提升系統下面尾繩的距離。這種布置方式具體為：利用防撞梁層作為尾繩保護平臺，將尾繩保護裝置固定梁設置在兩根防撞梁之間，再在尾繩保護裝置固定梁上設置分繩木，并保證分繩木頂面與防撞梁頂面平齊，使防撞木高于分繩木，保證提升系統發生過卷過放事故時箕斗底部撞到防撞梁上而不會撞到尾繩保護裝置的分繩木上。

通過采取上述措施，最終確定提升系統的最大提升速度為7.5m/s，過放距離為7.816m，尾繩環長度為4.3m。改造后的提升系統（井底段）見圖3。

2.4 液壓制動系統

摩擦式提升機使用的液壓制動系統主要有恒力矩制動液壓站和恒減速制動液壓站。國內新建大中型礦井多采用恒減速制動液壓站。

恒減速制動液壓站分為帶二級制動功能的恒減速-恒力矩液壓站和多通道恒減速-恒減速液壓站。對于恒減速-恒力矩液壓站，當恒減速功能失效時，自動轉為恒力矩制動，為保證提升安全，其防滑驗算只能按恒力矩安全制動方式核定，可能使提升容器增加很多配重，從而導致提升設備升級，不能體現恒減速制動系統的優勢；多通道恒減速-恒減速液壓站采用了多回路冗余工作的原則，其中一條回路失效后仍可保證提升系統恒減速安全制動功能，這對于防止滑繩事故，提高整個提升系統的可靠性和安全性是十分有利的。

對于本礦井來說，若采用恒減速-恒力矩液壓站，為滿足恒力矩安全制動方式下提升系統的防滑需要，箕斗需增加13t配重，首繩需選用直徑為34mm、單重為4.82kg/m的鋼絲繩，尾繩需選用單重為9.6kg/m的扁尾繩；若采用多通道恒減速-恒減速液壓站，為滿足提升系統的防滑需要，箕斗只需要增加9t配重，首繩只需選用直徑為32mm、單重為4.27kg/m的鋼絲繩，尾繩只需選用單重為8.4kg/m的扁尾繩。對比兩種液壓站，采用恒減速-恒力矩液壓站不僅箕斗配重增加，提升系統首尾繩直徑、單重增加，而且由于首繩破斷力的增大，直接導致井架受力增加，從保證提升系統的安全可靠性及減小后期運行費用考慮，主井提升系統采用多通道恒減速-恒減速液壓站。

2.5 箕斗裝載方式

目前，煤礦立井箕斗井底裝載方式主要有定量輸送機方式（包括定量帶式輸送機方式和定量板式輸送機方式）和定量斗方式。

對于本礦井來說，定量帶式輸送機裝載方式，雖說可以有效降低裝載高度，增大箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距離，但現有井底煤倉到井底裝載位置的距離小，無法滿足定量帶式輸送機布置要求，需要重新施工井底煤倉及部分巷道，改造工程量大，施工周期長，投資高。另外，定量帶式輸送機裝載時間長，增加了提升系統的一次提升循環時間，不利于提高礦井提升能力，經綜合分析比較，本次改造仍然采用定量斗裝載方式，將現有9t定量斗更換為12t定量斗。

2.6 井架電梯

采用落地式布置型式的多繩摩擦提升系統，天輪每日的例行檢查都需要爬幾十米高的井架[5]，不僅工人的勞動強度大，而且也存在一定的安全隱患，為解決該問題，設計在井架上增加了一部直通上、下天輪平臺的電梯，為上下井架提供了方便。

3 結語

三元主井提升系統改造工程投入運行一年多來，系統運行穩定可靠，各項性能指標達到了設計預期目標，滿足了礦井生產需要。三元主井提升系統改造工程的成功應用，為一些老礦井的提升系統擴能改造提供了一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 孔祥惠，王學勤，郝慧學.南寨煤礦主立井電控系統的技術改造[J].礦山機械，2011，39（10）：144-145.

[2] 煤炭工業礦井設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[3] 韓猛，趙書忠.葫蘆素特大型礦井主立井提升系統設計[J].煤礦機械，2019，40（03）：13-15.

[4] 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，2016.

[5] 李玉瑾.多繩摩擦提升系統動力學研究與工程設計[M].北京：煤炭工業出版社，2008.