主立井提升系統能力改造方案研究及應用

孫啟迪

（福興集團有限公司，山東 棗莊 277300）

1 系統概況

福興煤礦主井提升選用2JK-3.5/20A 型單繩纏繞式提升機，提升高度為509.1 m，鋼絲繩懸垂長度529.6 m。采用JG-3 型鋼罐道單繩箕斗，箕斗自重3500 kg，載重3 t，本體高度4.808 m，全高6.5 m；提升機鋼絲繩選用32NAT 6V×34S+FC-1570 型；連接裝置采用XS-90 型楔形環連接；天輪直徑為3 m；電動機為Z500-1A 型直流電動機，額定功率為400 kW；電控裝置采用TKD/ZS-SL400KW/440 V 型直流調速裝置調速。

2 方案比較

將主井提升能力由39 萬t/a 提高到60 萬t 以上/年，有三種方案。一是提高絞車運行速度；二是同時增加提升速度和箕斗單鉤提升量；三是增加單鉤提升重量。如若采用方案一，原單鉤理論提升時間100.29 s，需降低到65 s。經核算其運行速度大于13.5 m/s，不符合安全規程最大運行速度規定，且提速后原提升裝置過卷過放和距離不足，電機、變壓器、減速機及電控系統改造成本偏大。若采用第二種方案，因速度增加，其電機、減速機、箕斗、電控均需改造，綜合評定成本較高。若采用第三種方案，原JG-3 型箕斗自重3.5 t，載重3 t，按照公式A=3600.b.t.PM/10000K1.K2.T 計算結果，選擇單鉤提升5 t 箕斗，年提升能力為65.5 萬t/a，僅更換電機、箕斗和增加部分電控柜，成本較方案二低，最為合理。

3 改造方案

3.1 箕斗改造

將原主井箕斗改大，保留原井筒鋼罐道不變。箕斗按現有井筒斷面設備布置尺寸定做，滿足現有空間要求，使改造后的箕斗斷面不變，只增箕斗高度，在過卷過放距離滿足的情況下，不會對現在的通風、井筒設施等其他情況產生不利影響。

經與箕斗廠家測定，最終確定箕斗加高1 m，滿足使用要求。箕斗選用JGQ-5 型新型航空鋁合金材質輕型箕斗，其主要參數為：本體加連接裝置、滾動罐耳等共重3000 kg，載重Q=5 t，箕斗本體高度Hrp=6.5 m，箕斗全高Hr=8 m。提升容器中心距S=1.8 m。

3.2 過卷過放距離核算

按照《煤礦安全規程》第四百零七條計算，福興煤礦主井提升速度6.69 m/s，其按照插入法計算過卷過放距離為：S=6.5+[（8.25-6.5）/（8-6）]×（6.69-6）=7.1 m。更換箕斗后，箕斗底距下托罐裝置間距8.5 m，箕斗頂部連接裝置距上防撞梁9.2 m，均大于7.1 m。

3.3 井筒裝備

箕斗改造后，箕斗與卸載曲軌、煤倉、定量斗相對位置不變。運行罐道、緩沖裝置、托罐裝置、防撞梁以及箕斗與罐道間距均不變，最大程度地節約了改造成本。

3.4 定量斗改造

井底煤倉采用上裝式，井下箕斗裝載硐室及井底煤倉作相應調整。原井下裝載硐室定量斗容量為6.85 m3，其載重：6.85/1.5=4.5 t。為確保其有效容量需對其改造增加有效容積，一側上部增寬0.5 m可得有效體積增加1.65 m3，增重約1.1 t。改造后定量斗容積為8.5 m3，載重5 t。

3.5 地面皮帶及振動篩能力校核

改造后主井年提升能力：

A=3600×b×t×PM×K/(104×K1×K2×T)

=3600×330×18×5×1/(104×1.1×1.15×129)

=65.5(萬t/a)

（改造后，原提升速度不變，129 s 為原實測單鉤運行時間）。

現有給煤機(145 萬t/a)、振動篩(145 萬t/a)、地面皮帶機(145 萬t/a)其運輸、處理原煤能力能夠滿足改造后需求。

3.6 鋼絲繩升級改造

由于鋼絲繩直徑不改變，滾筒現有容繩量和單層纏繞的條件不變，不改造滾筒、天輪直徑、滾筒及天輪襯墊弧度，成本控制最低。為安全起見，將原鋼絲繩公稱抗拉強度增大為1670 MPa，其他不變，對其安全系數進行校核：

提升高度Ht=460+49.1=509.1 m， 懸垂長度Hc=Hj+Ht-Hx=529.6 m，繩端荷重Qd=Qz+Q=8000 kg。提升鋼絲繩選擇32NAT 6V×34S+FC 1670 型，主要技術參數：繩徑dk=32 mm，鋼絲繩單位長度質量Pk=4.07 kg/m，鋼絲繩最大鋼絲直徑δmax=0.2 mm，鋼絲繩最小破斷拉力Qq=681 kN。

鋼絲繩安全系數校驗：

鋼絲繩允許最小安全系數m=6.5，所選鋼絲繩滿足《煤礦安全規程》要求。

3.7 偰形環連接升級改造

箕斗與提升鋼絲繩之間楔形連接裝置原采用XS-90 型，為安全起見，現升級采用XS-110 型偰形環連接，允許終端載荷110 kN。提升機鋼絲繩的端荷重 Qd=Qz+Q=50+30=80 kN＜110 kN，XS-110XS 型偰形環連接滿足要求。

3.8 提升機校驗計算

主井提升原用2JK-3.5/20A 型單繩纏繞式提升機，其主要技術參數見表1。

表1 提升機主要技術參數表

3.8.1 提升機最大靜張力

3.8.2 提升機最大靜張力差

3.8.3 滾筒直徑校驗

80d=2560 mm ＜Dg=3500 mm，鋼絲繩在滾筒上纏繞層數為單層纏繞，鋼絲繩直徑不變，所選提升機滿足要求。

3.8.4 天輪直徑校驗

天輪直徑校驗：80d=2560 mm ＜Dt=3000 mm，1200δmax=2400 mm＜3000 mm，天輪直徑校驗符合要求。

3.8.5 選擇電動機

式中：K 為礦井提升的阻力系數，箕斗提升可取1.15；ρ 為動力系數，箕斗提升可取1.2～1.3；Vm為提升機選定的最大速度，m/s；η 為減速器的傳動效率，采用滾動軸承時取0.92。

根據電動機功率計算，現有Z500-1A 400 型直流電動機已不能滿足要求，須更換。選用Z500-3A（730 kW，880 V）直流電動機，其中心高與原電機一致，基礎不必變動。

3.8.6 減速機校核

現有減速器型號為ZZL-1000，減速比為20，減速機最大輸出力矩380 kN.m。減速機最大允許提升負荷：380/1.75=217.1 kN=21.7 t，最大靜張力差為115 kN，提升機靜力矩為201.25 kN.m，提升機最大靜力距為322 kN.m。按鋼絲繩、箕斗、載重之和為120 kN 核算：其滾筒靜載荷為120×1.75=210 kN.m＜322 kN.m。原減速機不必改造，滿足改造后需求。

3.9 整流變壓器升級

根據電動機功率，計算變壓器容量：

式中：β 為過載系數，取1.35；cosφ 為功率因數，取0.8。

為減少投資，選用兩臺680 kVA 的變壓器，需另增加一臺680 kVA，采用星形接法整流變壓器，串聯原有的680 kVA 三角形接法整流變壓器，兩臺變壓器同時工作。

3.10 絞車電控升級改造

因絞車主電機由原來的400 kW、440 V 改造為730 kW、880 V，其電控部分也隨之變動如下：

（1）將原有6 脈動方式改造為串聯12 脈動調速方式，其具備6 脈動半速全載運行功能，同原有6 脈動方式相比，提高了安全系數。

（2）新增一套高壓柜、整流變壓器、J7 整流柜及6/12 脈動切換柜，與原有系統構成12 脈動傳動系統。

（3）原系統6 脈動勵磁整流及電樞調節柜需更換為12 脈動勵磁整流及電樞調節柜。12 脈動勵磁整流及電樞調節柜中將配置2 套西門子最新型的6RA80 直流調速裝置。

（4）原有PLC 控制系統程序、上位機程序重新調試、修改以適應新的730 kW 電機12 脈動方式的運行工況。

（5）部分元器件如操作臺儀表、操作按鈕、外部線路等需更改以適應新的730 kW 電機12 脈動方式的運行工況。其余部分如快開、電抗器、編碼器、井筒開關等元件均保留原有設備。

3.11 制動裝置校核

現有盤形閘制動力矩：

（檢測報告數據)更換后鋼絲繩對滾筒的最大靜 力 距：Mj=Fc×D/2=70 124×3.5/2=122 717，Mz/Mj=3.67＞3，符合標準要求。

4 改造方案效果分析

福興煤礦主井提升能力改造施工僅用48 h 完成，并一次性試運轉成功。改造方案僅更換箕斗、更換電機、增加部分電控柜，最大限度地減少改造工程量、節約改造成本。改造前，對影響提升安全的各個方面進行了重新校核，改造后達到了預定的提升能力，確保了系統安全可靠。