礦井輔助提升系統(tǒng)的優(yōu)化研究

武林海 陳 青 武 桐

（晉中市煤炭規(guī)劃設計研究院，山西省晉中市，030600）

礦井提升設備是礦山的重要機電設備之一，它和通風、排水、壓風稱為煤礦的四大固定設備，是聯(lián)系礦井井下與地面的重要運輸工具。礦井提升系統(tǒng)是整個礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，一旦這個重要環(huán)節(jié)發(fā)生事故，整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)就陷于癱瘓狀態(tài)。因此根據(jù)煤層的儲存條件、地形和水文地質等因素正確合理地確定提升系統(tǒng)及提升設備，對礦井運轉安全、可靠和高效率具有重要意義。在煤礦提升系統(tǒng)中輔助提升系統(tǒng)又是煤礦安全生產(chǎn)的補給線，輔助提升系統(tǒng)主要用于提升矸石、人員、材料和設備等的下放，輔助提升系統(tǒng)的提升能力、機械化程度及其安全可靠運行，直接關系到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)工藝、機械化程度及經(jīng)濟效益。由此可見，輔助提升系統(tǒng)的提升工作在整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中占有重要作用。因此，對輔助提升系統(tǒng)進行技術研究，找出影響因素并實施技術改造，進而提高輔助提升系統(tǒng)的可靠性，對礦井經(jīng)濟效益的提高意義重大。

1 原輔助提升系統(tǒng)的簡介及存在問題

1.1 原輔助提升系統(tǒng)簡介

靈石某礦設計生產(chǎn)能力為60 萬t／a，斜井開拓，采用綜放采煤工藝，副斜井井筒長度為302m，傾角為24°，斜井單鉤串車提升，串車在井口運行距離為9m，凈寬為3.6m，高為3.3m，凈斷面為10.45m2，輔助提升最大件質量為6t，采用JTP-1.6×1.5型提升絞機，最大靜張力為45kN，電機功率132kW。副井輔助提升系統(tǒng)擔負著人員運送、進風及全部副井輔助提升任務兼安全出口。原設計提升機房位于副斜井的東側、副斜井提升中心65m，距井口前88m 處。天輪位于副斜井提升中心線35m 處。

一般情況下，副斜井輔助提升系統(tǒng)主要由提升機、提升容器、提升鋼絲繩、天輪 （固定）及其附屬設施組成。提升機滾筒中心、天輪與輔助提升井筒提升中心線 （軌道中心線）在一個軸線上布置，原提升系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 原提升系統(tǒng)布置圖

由于天輪布置位置及高度由井口車場形式、長度和提升容器數(shù)量確定，提升機滾筒位置由提升機滾筒至天輪之間鋼絲繩允許內(nèi)外偏角確定。因此一般天輪位置和高度可由式 （1）計算：

式中：Lt——井口距天輪距離，m；

Ld——串車在地面車場運行距離，m；

Lc——提升串車長度，一般每節(jié)礦車 （1t）按2m 計算；

Ht——天輪高度，Ht=50tgβ，m；

β1——鋼絲繩在串車組停車點處的允許牽引角，通常β1≤9°～12°，一般取β1=9°；

β——鋼絲繩在串車組停車點處的實際牽引角，（°）。

由圖1及式 （1）可知，在提升系統(tǒng)中，天輪位置確定后，提升機滾筒中心至天輪水平距離由式（2）計算：

式中：Ls——天輪距滾筒中心水平距離，m；

B——提升滾筒寬度，m；

C——滾筒軸中心與井口車場高差，一般為0.6～0.7m，m；

Rg——滾筒半徑，m。

1.2 原輔助提升系統(tǒng)存在的問題

由于原輔助提升系統(tǒng)設計完成較早，使用年限較長，原設計采用的產(chǎn)業(yè)政策、法律、法規(guī)、標準與現(xiàn)用的政策有部分內(nèi)容不同。因此從生產(chǎn)實際、地理因素和設備需求等考察，主要存在以下問題。

（1）由于開采10＃和11＃煤層所需大型設備液壓支架的下放，輔助提升最重件為16.5t，為了滿足提升矸石、下放大件、人員運送、設備和材料下放等的需要，原設計采用JTP-1.6×1.5型提升絞機，最大提升質量為6t，已遠遠不能滿足其需要。

（2）原設計天輪位于副斜井提升中心線35m，由天輪位置計算公式中可知，在串車組、串車在地面車場運行距離是一定的情況下，地面天輪的位置及高度主要取決于串車組停車點處的牽引角，由于正切函數(shù)為單調遞增函數(shù)，因此牽引角越大，天輪高度越高，鋼絲繩與天輪間摩擦力越大，提升機滾筒中心距井口距離越大；提升機滾筒距天輪 （固定）位置與提升鋼絲繩內(nèi)外偏角及提升滾筒寬度、直徑有直接關系。由于提升機離井口的距離限制、設備的損耗，因此天輪的位置及其高度已不能滿足現(xiàn)實需求。

（3）原設計提升機房位于副斜井的東側，根據(jù)式 （1）及式 （2）計算：一次提升3個1t的“U”礦車、井口運行距離10 m、天輪高度4 m，Lt=41.3m，Ls=38.1 m；提升機滾筒中心距井口距離為L=Lt+Ls=79.4m，提升機房寬度為12 m，因此提升機房外墻距井口距離為87.4 m，煤礦井口前必須有近90m 的場地 （包括排水行人通道）才能滿足其需要，而原設計提升機房位于井口前88m 處，又根據(jù)實際勘察資料顯示，原設計副井絞車房位于山體滑坡地段，由此可見在距離及其位置上，已不能新建提升機房，因此根據(jù)實際需要及確保提升安全，原提升機房需進行改造。

2 輔助提升系統(tǒng)技術改造方案

輔助提升系統(tǒng)改造的目的是為了滿足建設高產(chǎn)、高效礦井的需要及克服地理狀況、系統(tǒng)本身存在的諸多弊端，經(jīng)過對現(xiàn)場反復調查論證后發(fā)現(xiàn)該礦副斜井井口前42m距離可以利用，前方區(qū)域屬滑坡危險地段；而礦井機修車間、消防材料庫等地面建筑位于井口西側，為了滿足副井井口房、地面平車場等輔助提升系統(tǒng)提升等工作量相對較小的需要，經(jīng)多方考察、實踐和論證后，對輔助提升系統(tǒng)作以下技術改造。

2.1 提升機的改造

由于開采10＃和11＃煤層所需大型設備液壓支架的下放，輔助提升最重件16.5t，為滿足提升矸石、下放大件、人員運送、設備和材料等的需要，副井提升系統(tǒng)采用JK-2.5×2P 型單卷筒繞式提升機，最大靜張力90kN，電機功率355kW，制動減速度為0.5 m／s2，提升機配制盤型閘、液壓站能實現(xiàn)二級制動，因此所產(chǎn)生的安全制動力滿足《煤礦安全規(guī)程》和 《煤礦工業(yè)設計》的相關規(guī)定，也能滿足生產(chǎn)的需要。

2.2 天輪的改造

天輪采用TSG-2500／16型固定天輪，為滿足最大串車在井口車場運行距離和鋼絲繩在串車組停車點處允許的牽引角的需要，減小牽引角和摩擦力，因此不設井架，將原設計天輪水平設置，由式（1）可知，Ht=0m，位于副斜井井筒提升中心線36m （即Lt=36m），由于該礦副斜井井口前42m可以利用，因此此段距離可滿足需要。天輪作為導向輪使用，導向輪一側切線與副斜井提升中心線平行且豎向重疊，導向輪安裝高度距井口車場水平0.5m；防止鋼絲繩松垮與地面接觸，減小磨損，因此在導向輪與井口方向距導向輪1.5 m 處設托繩滾。

2.3 提升機房的改造

由于天輪占據(jù)斜井井口前36 m，根據(jù)現(xiàn)場勘探，副斜井口對面37m 處有山體的存在，且存在山體滑坡現(xiàn)象，經(jīng)礦方多次治理，雖滑坡現(xiàn)象得到一定控制，但在該處新建絞車房仍存在一定風險，為了保證礦井輔助提升的安全性，提升機房不能設置在井口正前方。因此根據(jù)現(xiàn)場考證，礦井機修車間、消防材料庫等地面建筑位于井口西側，為了減小輔助提升系統(tǒng)提升工作量，提升機房放置西側，由于地理因素影響，于天輪35m 處較為合理。為了減小摩擦，提升機出繩方向與副斜井提升方向成110°夾角，提升機鋼絲繩出繩仰角為0°，改造后提升系統(tǒng)見圖2。

圖2 改造后提升系統(tǒng)布置圖

由圖2可以看出，提升系統(tǒng)改造的主要關鍵環(huán)節(jié)為天輪的安裝位置及安裝方式。因此從天輪的受力情況分析，改造前、后天輪受力相同，而受力方向不同。

改造前，天輪所受合力F3方向垂直于地面，由天輪架承受；改造后，天輪水平設置，天輪所受合力F3′為水平方向，且與提升方向水平拉力F1′成55°角，改造前、后天輪受力見圖3、圖4。

由圖3和圖4可以看出，輔助提升系統(tǒng)中天輪技術改造的關鍵是：

（1）導向輪 （天輪）受力F3′方向必須設置強度大于F3′的豎向支撐體。原設計天輪豎直放置，四腳支架垂直地面高4 m 處，而改造后天輪水平放置，支架設置在天輪周圍，并距地面高0.5 m；為防止鋼絲繩松垮從導向輪繩槽脫落，在導向輪鋼絲繩范圍內(nèi)設置防脫滾。

（2）導向輪 （天輪）轉動軸下方設置支撐導向輪（天輪）的水平支撐體，以防止拉力作用，天輪松動。

（3）由于提升機鋼絲繩出繩仰角為0°，如果鋼絲繩松垮，導致鋼絲繩拖地受到磨損、增大摩擦力及鋼絲繩偏轉方向，因此在提升機房至導向輪設托繩架，并在托繩架設置托繩滾及壓繩輪。

3 改造后的運行效果

輔助提升系統(tǒng)改造后，經(jīng)運行1 年后效果分析，平均每班提升矸石4次，原設計為3次；下放材料設備19次，原設計為13次；火工品及其他運輸9次，原設計為7次，提升效率明顯增加，完全滿足60萬t／a生產(chǎn)能力的需求。每班運行時間由原來的4.13h調高到現(xiàn)在的4.75h，符合輔助提升系統(tǒng)的要求，因此提升機的改造，大大提高了副井的提升能力。由于天輪安裝位置、方向及牽引角的改變，使得垂直支架的受力減小，摩擦力減小。運行1年來，鋼絲繩無受損情況的出現(xiàn)，因此實現(xiàn)了副井提升系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行。

4 結語

通過對靈石某礦副井提升系統(tǒng)技術改造，逐步消除了輔助提升系統(tǒng)改造前所存在的問題，輔助改造的效果非常顯著。

（1）提升機的改造，安全制動力滿足 《煤礦安全規(guī)程》第432條的規(guī)定，所選提升機滿足要求。

（2）天輪安裝方式及位置的改造，使得減小了導向輪支架的受力及鋼絲繩對天輪的摩擦力，因此大大提高了生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效率。

（3）受地形的影響，因此對提升機房的改造，不僅能保護提升裝置，而且大大提高了提升系統(tǒng)的安全性、可靠性。

因此，對靈石某礦輔助提升系統(tǒng)的優(yōu)化改造，簡化了輔助提升系統(tǒng)的運輸環(huán)節(jié)，提高了運輸能力，減少了設備的占用，提高了煤礦安全保障的能力，實現(xiàn)了輔助提升系統(tǒng)的自動化、連續(xù)化、高速化的運輸，取得了比較可觀的經(jīng)濟技術效益。通過此次改造，輔助提升系統(tǒng)技術改造設計合理、安全可靠，結合現(xiàn)場實際情況，措施到位、工藝合理，大大提高了生產(chǎn)效率，提高了副井提升能力，同時為相似礦井提供了重要的借鑒價值和指導意義，具有很好的應用推廣前景。

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