礦山立井提升鋼絲繩更換裝置的研究與應用

2024-01-06 14:26:28李琳

煤炭與化工 2023年11期

李琳

（山西宏廈第一建設有限責任公司，山西陽泉 045000）

礦井提升設備是礦井生產中的重要設備，主要用途是沿井筒提升礦物和矸石、升降人員、設備、下放材料等。提升鋼絲繩的作用是懸吊提升容器并傳遞動力，是礦井提升設備的關鍵組成部分，對礦井提升的安全和經濟運轉具有重要作用。摩擦式提升機提升鋼絲繩的使用期限一般不超過2 a，為了安全生產，到期必須更換新鋼絲繩。因此，鋼絲繩更換施工時間的長短、更換的工藝和方法，直接影響礦山生產安全和效率，所以需要一種快速、安全、高效的鋼絲繩更換設備和工藝。

1 概況

山西煤炭運銷集團保安煤礦主立井箕斗提升系統，采用落地式JKMD-3.5×4（Ⅲ）型多繩摩擦式礦井提升機，井筒全深594 m（井口至井底裝載口），井筒直徑5 m，井架高度46 m。井筒裝備一對JDGY-12 多繩提煤箕斗，最大載重12 t，自重18.8 t（加配重），全高14.8 m，箕斗上下口高度6.9 m，最大提升速度9.71 m/s，提升方式為雙箕斗提升。主提升鋼絲繩為32ZAB6V×34+NF1670ZZ（SS）鋼絲繩4 根（左、右捻各2 根），直徑32 mm，單重4.15 kg/m，全長約800 m；尾繩為P8×4×9—147×24 mm—1470 扁尾繩2 根，全長約700 m。主導輪直徑3.5 m，天輪直徑3.5 m，鋼絲繩間距300 mm，鋼絲繩實際安全系數6.87。目前保安煤礦主提升鋼絲繩到期，需要更換，規格為4×800 m/根。

2 礦山立井提升鋼絲繩更換裝置應用

2.1 傳統更換鋼絲繩的方法及存在的問題

目前，傳統更換鋼絲繩采用的方法主要為使用穩車換繩。換繩前在井口布置穩車，將每根新鋼絲繩提前纏到穩車滾筒上，在井口房錨固固定每臺穩車。提升鋼絲繩更換期間，井上下懸吊支撐提升容器，井口同時切斷舊提升鋼絲繩，新提升鋼絲繩和井口舊提升鋼絲繩繩頭搭接，利用舊提升鋼絲繩牽引新提升鋼絲繩，同時穩車下放新提升鋼絲繩，井下馬頭門兩側內回收舊提升鋼絲繩，井下舊提升鋼絲繩人工回收至提前特制的平板車內，再人工運輸上井。但這種工藝存在以下問題。

（1）施工時間長，換繩工期需要3～7 d，影響煤礦生產效率。

（2）人工投入多，工序復雜，井上下均存在作業，危險系數高，勞動強度大，機械化程度不高。

（3）設備臺數多，設備需要運輸、安裝、錨固、拆除，工序多，機械費用高。同時施工場地占用面積大，特別是在狹小空間作業的時候受到限制。

（4）多臺設備同時運行，同步性不好，多繩受力不一致，可能引起卡罐安全隱患。提升鋼絲繩容易發生互相纏繞。

（5）舊繩需要在井下人工回收，再運輸到井上，檢修程序多，安全性低。

（6）停電檢修期間需要解決井上下通訊問題。

（7）設備費、人工費高，設備需要做基礎，經濟投入高。

2.2 電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置

為了解決傳統換繩過程中存在的一些問題，保安煤礦此次主提升鋼絲繩換繩作業中，研究出一種快速、安全的電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置。這種裝置結構設計緊湊，所需施工場地小，不需要做基礎加固，操作簡便，拖動力大，施工工期短，礦井提升系統恢復快，能保障礦井安全生產，機械化程度高，人工投入少，設備節能降耗效果好。如圖1 所示，各結構參數見表1。

表1 電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置技術參數Table 1 Technical parameters of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

圖1 電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置結構Fig.1 Structure of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

該換繩裝置分傳動部分、電控部分、液壓部分、機架四大部分，傳動部分由上底盤、下底盤、摩擦襯塊等組成，電氣部分采用了變頻器控制，液壓部分由前后油缸、液壓鎖、泵等組成。

（1）傳動部分。由上底盤、下底盤、履帶、摩擦襯塊組成。采用2 臺電機驅動上下兩條履帶運行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機驅動履帶運轉，實現連續更換提升鋼絲繩。

（2）電控部分。由Y180M-4-B5 電機、XJB 240 減速機、120KVA 變頻器、手動操作控制器等組成。開動電機，履帶前進和后退達到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。該裝置為變頻V9-H 電機調速，帶剎車單元制動，可實現24 h更換一套提升系統鋼絲繩。

（3）液壓部分。由2 個前進油缸、2 個后退油缸、4 個手動三位四通換向閥、油泵等組成。液壓夾緊系統采用4 臺雙作用油缸，油缸進回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個手動換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動，液壓油經油路到達手動換向閥，準確控制油缸的推出和回縮。達到計算確定工作油壓后，手動換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置。確保在整個換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（4）機架部分。機架是由底板、前伸傳動架、立架組成的焊接結構件，為無螺栓連接的快速拆裝支架，具有結構緊湊、占據空間小、外觀整齊等優點，整個裝置重量輕、成本低，經濟效益顯著。

電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置電氣原理如圖2 所示。

圖2 電液驅動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置電氣原理Fig.2 Electrical principle of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

2.3 參數驗算

（1）拖動力的計算。

電機功率P=18.5 kW，拖動速度V=0.33 m/s，電機額定力則總拖動力為56 061 N×4=224 242 N，減速器拖動力矩56 061 N×0.37=20 742 N·m。所選減速器型號為XJB240，額定輸出扭矩24 000 N·m，滿足要求。

（2）夾緊油缸的計算。

油缸直徑12.5 cm，工作壓力160 kg/cm2，油缸面積3.14×6.252=122.65 cm2，則壓力為122.65×160×9.81=192 521 N，4 個油缸為770 085 N。

（3）摩擦襯塊的計算。

摩擦力F=μN=0.26×192 521=50 055 N，則4個摩擦襯塊摩擦力為200 221 N。

2.4 工作原理

（1）采用2 臺電機驅動上下兩條履帶運行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機驅動履帶運轉，實現連續更換提升鋼絲繩。

（2）液壓夾緊系統采用4 臺雙作用油缸，油缸進回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個手動換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動，液壓油經油路到達手動換向閥，準確控制油缸的推出和回縮。達到計算確定工作油壓后，手動換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置，確保在整個換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（3）開動電機，履帶前進和后退達到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。換繩裝置為變頻V9-H 電機調速，帶剎車單元制動，安全可靠。

2.5 鋼絲繩更換裝置的優點

（1）提升機鋼絲繩更換時間縮短。以往直徑較大、井深的提升鋼絲繩更換時間3～7 d，現在最快只需要20 h，保證了礦井生產安全和效率，減小井下其它檢修工程的壓力。

（2）所有操作均在井口進行，地面施工條件比井下相對較好，安全有保證；同時解決了傳統檢修停電期間井上下通訊問題。

（3）檢修程序減少。不需要每根新鋼絲繩提前纏繞在穩車滾筒，不需投入穩車設備，機械使用費用減少，施工占用場地小。舊提升鋼絲繩回收直接纏繞上輥，取消井下人工回收舊鋼絲繩到平板車再運輸至井上的環節，人工投入減少。

（4）該裝置采用變頻調速，提升鋼絲繩牽引速度可控，可與提升機同步協調，加強換繩安全。

（5）該裝置電機驅動履帶高分子摩擦襯塊牽引提升鋼絲繩，液壓系統壓緊上下履帶提供足夠的摩擦力，液壓系統加裝液壓鎖，保證安全；電機驅動軸帶剎車單元，保證不溜車，安全可靠。

（6）該裝置適用范圍廣，可適用于煤礦、金屬礦等各種摩擦式提升機鋼絲繩的更換，可更換鋼絲繩的直徑區間大，通過改變摩擦襯塊，可更換直徑32～54 mm 鋼絲繩。

（7）該裝置體積小，移動方便，需要的操作空間小，不需要做基礎加固，操作簡便，拖動力大，安全性能好，機械化程度高，人工成本低。

3 鋼絲繩更換程序

先更換主提升鋼絲繩，更換主提升鋼絲繩時分2 次，1 次更換2 根，之后再更換上天輪，最后更換下天輪。此換繩方法，先用換繩機收2 根舊鋼絲繩，再用換繩機放2 根新鋼絲繩。將箕斗停在井口搭設操作平臺，操作平臺搭設在提升繩連接裝置兩側，不影響提升裝置，換繩期間箕斗不出井口。

（1）舊繩回收。鋼絲繩更換裝置在井口固定后，斷開井口處提升容器上方其中2 根提升鋼絲繩，斷開處繩頭引入鋼絲繩更換裝置夾緊，開動鋼絲繩更換裝置牽引2 根提升鋼絲繩，直至井底提升容器上提至井口，舊繩回收完畢。

（2）引進新繩。2 根新提升鋼絲繩穿過鋼絲繩更換裝置，新提升鋼絲繩繩頭利用提升容器剩余的舊提升鋼絲繩卡固，開動提升機，舊提升鋼絲繩帶新提升鋼絲繩繩頭通過提升機滾筒到達井口，新提升鋼絲繩與井口提升容器連接固定。開動鋼絲繩更換裝置及提升機下放提升容器到井底，另一側提升容器到井口。在井口新提升鋼絲繩與提升容器連接固定。2 根提升鋼絲繩更換完畢。

（3）按照上述程序更換其余提升鋼絲繩。