霍爾辛赫礦井煤炭提升能力改造

汪進(jìn)雅

(天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013)

1 概況

霍爾辛赫礦井是山煤集團(tuán)旗下的國有大型礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a。隨著山西省煤炭產(chǎn)能釋放及適應(yīng)山煤集團(tuán)的發(fā)展戰(zhàn)略要求，霍爾辛赫煤業(yè)有限公司在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將礦井的煤炭提升能力增大到5.0Mt/a。

礦井主井現(xiàn)有JKMD－4×4(Ⅲ) －(XHZ) 型多繩落地摩擦輪提升機(jī)1臺，采用交流變頻調(diào)速同步電動機(jī)拖動，功率3800kW，轉(zhuǎn)速57.3r/min，供電電壓3150V。基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表1所示。

表1 主井提升系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)參數(shù)

原設(shè)計(jì)考慮礦井的實(shí)際情況，主井提煤箕斗選用曲軌卸載，提升采用6段速度圖，提升最大速度Vmax=10.15m/s，一次提升純運(yùn)行時間為74.95s，休止時間取45s，一次循環(huán)提升持續(xù)時間為119.95s，主井提升系統(tǒng)實(shí)際提升能力3.60Mt/a。表示現(xiàn)有提升各段速度、加速度、行程及時間的提升速度圖見圖1。

圖1 現(xiàn)有主井提升速度

對改造性質(zhì)的主井提升系統(tǒng)而言，為使提升能力滿足5.0 Mt/a要求，應(yīng)優(yōu)先考慮改動工程量少和投資省的優(yōu)化方式，而盡量避免采用更換大型箕斗、提升機(jī)、井上下裝卸載系統(tǒng)等大的改造方式。設(shè)計(jì)考慮從提高提升系統(tǒng)效率出發(fā)，對影響循環(huán)提升時間的提升速度、卸載方式等方面進(jìn)行優(yōu)化，通過分析、比較和計(jì)算，最終確定將主井提升速度圖由原來的6段改為3段，箕斗的卸載方式由曲軌卸載改為液壓驅(qū)動的外動力卸載，并對現(xiàn)有系統(tǒng)的提升鋼絲繩、提升機(jī)、電動機(jī)等進(jìn)行了校核，實(shí)現(xiàn)了簡單的改造方式、低廉的投資成本、提升能力最大化的改造目標(biāo)。改造后，主井提升系統(tǒng)一次提升純運(yùn)行時間可縮短16.88s，一個提升循環(huán)持續(xù)時間縮短36.88s，提升能力可達(dá)到5.83Mt/a，提升能力富裕系數(shù)1.17，達(dá)到了改造的能力要求。

2 主井提升速度改造方案

2.1 提升鋼絲繩驗(yàn)算

現(xiàn)有主井提升系統(tǒng)裝備1對25t箕斗，箕斗載重Q=25500kg，自重Qz=41000kg;提升系統(tǒng)鋼絲繩圍包角為 182°30'，則繩端荷重 Qd=Q+Qz=25500+41000=66500kg，提升鋼絲繩的最小安全系數(shù)m要求如下:

式中，Hc為鋼絲繩懸垂高度，562.5m。

經(jīng)計(jì)算，主鋼絲繩所需的每米重量為:

式中，n為首繩數(shù)量，n=4;σb為抗拉強(qiáng)度，1670MPa。

煤礦現(xiàn)有主提升鋼絲繩為44 ZBB 34×7+FC－1770－1594－805型鋼絲繩，其主要規(guī)格為:鋼絲繩直徑d=44mm;鋼絲最大直徑δmax=2.6mm;鋼絲繩單重 p=8.07kg/m;極限抗拉強(qiáng)度 σB=1770MPa;全部鋼絲破斷拉力總和Qs=1594kN;鋼絲繩的實(shí)際安全系數(shù)m=7.68＞6.92。因此，現(xiàn)有提升鋼絲繩滿足要求。

2.2 提升機(jī)驗(yàn)算

主井提升系統(tǒng)要求的提升機(jī)參數(shù)計(jì)算如下:

(1)摩擦輪直徑D

D≥90d=3960(mm)，同時 D≥1200δmax=3120(mm)。

(2)重載側(cè)鋼絲繩最大靜張力Fj

(3)鋼絲繩最大靜張力差Fc

式中，nk為尾繩數(shù)量，nk=2;qk為尾繩重量，16.456kg/m;Ht為提升高度，504.88m。

現(xiàn)有提升機(jī)為JKMD－4×4(Ⅲ)E(XHZ) 型落地式多繩摩擦輪提升機(jī)1臺，其主要規(guī)格為:摩擦輪直徑4m，最大靜張力850kN，最大靜張力差270kN，天輪直徑4m。

因此，現(xiàn)有提升機(jī)的摩擦輪、最大靜張力和最大靜張力差均滿足要求。

2.3 提升運(yùn)動學(xué)計(jì)算

改造后提煤箕斗為外動力卸載，提升采用3段速度圖，提升最大速度Vmax=12m/s，一次提升純運(yùn)行時間為T0=58.07s，一次提升持續(xù)時間為T=83.07s，提升能力5.83Mt/a，提升能力富裕系數(shù)1.17。表示改造后提升各段速度、加速度、行程及時間的主井提升速度圖詳見圖2。

圖2 改造后主井提升速度

2.4 電動機(jī)驗(yàn)算

現(xiàn)有電機(jī)為交直交變頻供電的同步電動機(jī)1臺，其主要規(guī)格為:功率3800kW;電壓3.3kV;轉(zhuǎn)速57.3r/min;強(qiáng)力通風(fēng)冷卻，過載倍數(shù)λe=2。

(1)電動機(jī)功率驗(yàn)算 改造后，等效時間Td=83.07s，等效力Fd=254.7kN，電動機(jī)的等效功率Nd=3431kW，小于現(xiàn)有電機(jī)額定功率3800kW，因此，現(xiàn)有電動機(jī)功率滿足要求。

(2)電動機(jī)過負(fù)荷能力驗(yàn)算 電動機(jī)額定力Fe=310kN，電動機(jī)實(shí)際過載倍數(shù) λ=1.39＜1.7(設(shè)計(jì)規(guī)范要求)，因此，現(xiàn)有電動機(jī)的過負(fù)荷能力滿足要求。

3 卸載裝置改造方案

為實(shí)現(xiàn)3段速度提升，將箕斗的卸載方式由曲軌卸載改為液壓驅(qū)動的外動力卸載。

箕斗閘門為上開式扇形閘門，對開啟箕斗閘門的滾輪和滾輪軸進(jìn)行相應(yīng)改造，增設(shè)直軌、導(dǎo)輪、滑道和液壓缸，共設(shè)3組開啟閘門液壓缸。外動力裝置見圖3。液壓推桿縮回時扇形閘門開啟、液壓推桿推出時扇形閘門關(guān)閉，主井提升機(jī)的運(yùn)行、箕斗的下放與裝載系統(tǒng)維持原有聯(lián)鎖關(guān)系。

圖3 外動力裝置

改造后箕斗的休止時間為25s，其中液壓缸動作拉開閘門時間5s，卸載后關(guān)閉閘門時間3s，箕斗純卸載時間為17s。

4 實(shí)際運(yùn)行效果

主井提升系統(tǒng)于2012年7月1日至10日改造完畢，迄今已穩(wěn)定運(yùn)行3個多月，提升機(jī)、卸載裝置等各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到改造要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測算，改造后平均提升能力達(dá)到1200t/h，完全滿足提升能力5.0Mt/a的改造要求。

5 結(jié)束語

霍爾辛赫礦井的主井提升系統(tǒng)能力提升改造，在現(xiàn)有提升系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過提高提升速度、改變卸載方式、調(diào)整提升速度圖，進(jìn)而減少提升循環(huán)時間，成功實(shí)現(xiàn)了提高提升能力的改造目標(biāo)。此種改造方式簡單，投資成本低廉，對生產(chǎn)影響小，改造后運(yùn)行效果理想，為類似條件的改造項(xiàng)目提供了借鑒作用。