主井單繩纏繞式提升系統(tǒng)的升級改造

李 陽

棗莊市留莊煤業(yè)有限公司，山東棗莊 277518

1 概述

主井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)礦井原煤提升任務(wù)，其提升效率直接影響礦井的產(chǎn)量和效益，隨著礦井現(xiàn)代化建設(shè)不斷進(jìn)步，采煤機(jī)械化程度提高，集中運(yùn)輸量大幅增加，然而井下煤倉容量較小，時常出現(xiàn)因滿倉而延時生產(chǎn)的現(xiàn)象，且主井提升機(jī)每日負(fù)荷運(yùn)行均近22 小時，已至提升極限，已成為制約礦井安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的主要因素。提升系統(tǒng)長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，接近或超過設(shè)備最大承受能力，且使用年限長，磨損明顯，還有鋼絲繩為雙層纏繞，咬繩處磨損嚴(yán)重，鋼絲繩購置更換費(fèi)用支出較大。因此，主井提升系統(tǒng)改造勢在必行。留莊煤礦主井提升系統(tǒng)改造前后現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)對比情況如下。

改造前現(xiàn)場參數(shù)及工況：

提升機(jī)型號：2JK-2.5×1.2/20

提升機(jī)出廠日期：1989 年1 月

提升機(jī)安裝日期：1989 年10 月

最大靜張力[Fjm]=90kN

最大靜張力差[Fjc]=55kN

減速箱型號：XL-30/20

變速比i=1：20

電動機(jī)型號：JR157-8

額定電壓：Ue=6kV

額定功率：Pe=320kW

額定轉(zhuǎn)速：740r/min

電控系統(tǒng)：TKD-D2-328PCG 礦井提升電控系統(tǒng)

電控安裝日期：2002 年6 月

改造后現(xiàn)場參數(shù)及工況：

提升機(jī)型號：2JK-3×1.5/20E

提升機(jī)出廠日期：2011 年1 月

提升機(jī)安裝日期：2011 年11 月

最大靜張力[Fjm]=135kN

最大靜張力差[Fjc]=90kN

減速箱型號：ZZL900-06-00

變速比i=1：20

電動機(jī)型號：YB500-8

額定電壓：Ue=6kV

額定功率：Pe=500kW

額定轉(zhuǎn)速：741r/min

電控系統(tǒng)：TKD-NT-BP 全數(shù)字高壓變頻礦井提升電控系統(tǒng)

電控安裝日期：2011 年8 月

2 原提升系統(tǒng)存在的不足

留莊煤礦主井提升機(jī)安裝于1989 年10 月，歷年以來承擔(dān)煤礦生產(chǎn)提升任務(wù)，特別是1997 年核定生產(chǎn)能力65 萬噸以來，生產(chǎn)任務(wù)加重，主井提升機(jī)使用年限長，設(shè)備老舊，機(jī)械磨損明顯，電控系統(tǒng)老化，自動化程度低等成為制約礦井安全生產(chǎn)的絆腳石，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）裝卸載系統(tǒng)采用人工打點(diǎn)、簡易通訊，與提升機(jī)電控系統(tǒng)未構(gòu)成足夠的信號安全閉鎖，且不能夠完成提升系統(tǒng)與裝卸載及其信號的自動化運(yùn)行，造成提升循環(huán)時間較長，裝卸載能力效率低下；

2）提升系統(tǒng)設(shè)備老舊、滿負(fù)荷使用，造成提升機(jī)滾筒出現(xiàn)過開裂、變形、軸向竄動等機(jī)械故障，減速箱也出現(xiàn)過多次故障，提升機(jī)大部分主要部位都經(jīng)過維修、更換，各部位磨損嚴(yán)重；

3）原采用2.5m×1.2m 滾筒，滾筒鋼絲繩纏繞為雙層纏繞，咬繩現(xiàn)象嚴(yán)重，在咬繩處鋼絲繩易產(chǎn)生斷絲，平均約4 個月～6個月需要更換兩根鋼絲繩，購置費(fèi)用支出較大；

4）提升系統(tǒng)電控為PLC 可控硅20 級編碼起動電控系統(tǒng)，KDG150/720 低頻電源拖動，電控設(shè)備老舊，元器件老化嚴(yán)重，電控系統(tǒng)趨于淘汰，出現(xiàn)維護(hù)所需元器件不易購置，運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，故障率高等情況。采用較落后的交流電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制，在減速和低頻拖動階段速度控制性能差，特別是在負(fù)載變動時，恒加減速控制經(jīng)常會出現(xiàn)過放、過卷。頻繁的起動和制動工作過程使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)大的能耗。另外，調(diào)速控制電路復(fù)雜，易受干擾，接觸器、電阻、電刷、可控硅等元器件易損壞，導(dǎo)致維護(hù)成本增加，能耗效率低下；

5）提升系統(tǒng)自動化程度低，操作人員耗費(fèi)精力，提升循環(huán)時間較長，提升運(yùn)輸每日工作時間長，造成提升系統(tǒng)長期滿荷運(yùn)行，易出現(xiàn)因滿倉而延時生產(chǎn)現(xiàn)象。

3 改造方案

通過對提升系統(tǒng)的分析，設(shè)備購置與維護(hù)、及鋼絲繩更換費(fèi)用的比較，結(jié)合對鄰近礦井運(yùn)行情況的調(diào)研，可按以下思路對提升系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1）提升機(jī)部件老舊、磨損嚴(yán)重，且更換鋼絲繩纏繞方式為單繩纏繞，延長鋼絲繩使用壽命，絞車不再更換部件進(jìn)行改造，直接將型號升級為2JK-3.0×1.5/20；

2）減少提升環(huán)節(jié)，減少提升循環(huán)時間，提高提升效率，升級信號系統(tǒng)，采用裝卸載自動化系統(tǒng)，并具備各種信號保護(hù)、安全閉鎖功能；

3）采用先進(jìn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，提高速度的可控性能，運(yùn)行的穩(wěn)定性，增加提升機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機(jī)在各種負(fù)載情況下的平滑起動、調(diào)速、制動、停車等功能，消除機(jī)械及電氣沖擊，延長設(shè)備使用壽命，并且在減速制動運(yùn)行時，將電動機(jī)再生能量反饋到電網(wǎng)中去，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行能量的再生，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。采用TKD-NT-BP 電控系統(tǒng)，配合裝卸載自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的自動化運(yùn)行，自動化程度高，操作簡單，降低操作人員勞動強(qiáng)度，提高提升系統(tǒng)的安全生產(chǎn)效率。

4 改造施工方案

提升系統(tǒng)是采煤機(jī)械化、現(xiàn)代化時代高產(chǎn)量的制約瓶頸，但改造提升系統(tǒng)勢必又要影響礦井的生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。生產(chǎn)礦井的改造，應(yīng)盡量減少對生產(chǎn)的影響時間。提升系統(tǒng)作為礦井的主要固定設(shè)備，其安裝過程至少需要2 個月～3 個月的時間，如果要進(jìn)行升級改造，就要影響生產(chǎn)時間，降低礦井制造的生產(chǎn)效益。怎么樣能夠做到既能盡可能少影響或者不影響生產(chǎn)任務(wù)，又能完成升級改造，成為首要解決的問題。

留莊煤礦此次主井提升系統(tǒng)改造規(guī)模較大，除了未改動井筒裝備，升級改造了主井提升機(jī)、電控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等。根據(jù)現(xiàn)場空間，合理安排土建、機(jī)電施工順序，盡可能采用并行施工，減少停產(chǎn)改造時間。在舊提升機(jī)基礎(chǔ)前方預(yù)制新基礎(chǔ)，安裝滾筒、減速箱、電機(jī)等主體設(shè)備，這樣施工，在新提升機(jī)未完成安裝前，原提升機(jī)仍然可以運(yùn)行，執(zhí)行提升生產(chǎn)任務(wù)。為了不影響生產(chǎn)安排，盡量利用煤礦停產(chǎn)檢修時間，安排安裝中不可規(guī)避的影響生產(chǎn)的安裝任務(wù)。如電控系統(tǒng)的升級改造、提升機(jī)房頂?shù)牟鸪桶惭b、新提升機(jī)的試運(yùn)行、最終的上繩投入使用等，盡量安排在每年或每月的停產(chǎn)檢修時間。

施工過程大體如下：

1）在方案確定前，需要進(jìn)行提升能力核算，特別是需要明確改動后天輪到滾筒上的鋼絲繩的最大內(nèi)、外偏角都不得超過1°30′。單繩纏繞時，內(nèi)偏角應(yīng)保證不咬繩；

2）根據(jù)現(xiàn)場空間實(shí)際狀況，新提升機(jī)布置在原提升機(jī)前方。在原提升機(jī)房墻體外，進(jìn)行提升機(jī)基礎(chǔ)施工。新提升機(jī)房與原提升機(jī)房改造統(tǒng)一考慮，施工前，拆除原提升機(jī)房頂并支護(hù)加固，保證原提升機(jī)能夠正常提升；

3）新提升機(jī)房基礎(chǔ)施工完畢，新提升機(jī)進(jìn)行初步安裝后，施工墻體及敷設(shè)玻璃鋼瓦房頂?shù)?；然后做好隔離，再對新提升機(jī)進(jìn)行精確安裝、調(diào)試。同時進(jìn)行電控系統(tǒng)改造；

4）新提升機(jī)安裝完畢投入運(yùn)行后，拆除舊提升機(jī)并吊運(yùn)出機(jī)房，恢復(fù)提升機(jī)房基建。

5 改造后運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

本改造方案較好的解決了原系統(tǒng)存在的不足，大大提高了主井提升系統(tǒng)的安全性能和自動化水平，大大降低了提升系統(tǒng)的維護(hù)、維修成本，提高了提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為礦井的安全生產(chǎn)提升奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，掃平了礦井提高生產(chǎn)產(chǎn)量的瓶頸問題。

留莊煤礦主井提升系統(tǒng)安裝使用后，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)簡單，實(shí)現(xiàn)了主井提升系統(tǒng)的全自動化控制，使用效果明顯。概況起來，該系統(tǒng)改造具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）改兩層纏繞為一層纏繞，延長鋼絲繩使用壽命，由原來4 個月～6 個月更換兩根鋼絲繩成為每年更換2 根鋼絲繩，節(jié)約使用鋼絲繩3 根/年，節(jié)約購置費(fèi)用約10 萬元/年；

2）電控系統(tǒng)由交流繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速升級為高壓變頻調(diào)速，在減速制動運(yùn)行時，電動機(jī)再生能量反饋主電網(wǎng)中，減少電能因調(diào)速電阻引起的損耗，大大提高了電能的利用效率。提高了主井提升機(jī)運(yùn)行速度的可控性能，提高了提升機(jī)的自動化水平，操作、維護(hù)更加簡單，安全性能更加可靠；

3）滾筒半徑變大，提升機(jī)運(yùn)行速度由4.7m/s 提升到5.8m/s，且裝卸載和提升機(jī)電控自動化程度提高，每勾提升時間由150s 減少至120s。采用全自動提升時，可以排除各種人為因素。每小時提升勾數(shù)可增加4～6 勾，每小時提升最多提升噸位增加30 噸。提高提升效率，降低設(shè)備負(fù)載運(yùn)行時間；

4）提升設(shè)備及電控系統(tǒng)更新改造，選型合理，適合礦井運(yùn)行，設(shè)備維修故障少，維護(hù)成本大大降低；

5）此次主井提升系統(tǒng)改造為以后更換大容量箕斗，增加主井提升量留下了足夠的冗余設(shè)計空間。

綜上所述，此次提升系統(tǒng)全面升級改造，保障了礦井的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，降低了提升設(shè)備維護(hù)、維修成本。采用新型變頻技術(shù)，做到節(jié)能降耗。采用舊提升機(jī)生產(chǎn)同時安裝新提升機(jī)的辦法，減少改造對生產(chǎn)時間的影響。改造后的提升系統(tǒng)將為今后礦井安全生產(chǎn)任務(wù)的完成，提供提升方面有力的保證。

[1]于勵民，仵自連主編.礦山固定設(shè)備選型使用手冊[M].北京市：煤炭工業(yè)出版社，2007，10.

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[3]王志甫主編.礦山固定機(jī)械與運(yùn)輸設(shè)備.江蘇徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006，8.