淺議礦井提升系統(tǒng)

張 瑩

(河南煤化集團(tuán) 鶴煤公司設(shè)計(jì)處，河南 鶴壁 458030)

礦井提升機(jī)作為井上井下的唯一輸送通道，是礦山的咽喉設(shè)備，其運(yùn)行性能的好壞不僅直接影響到礦山的生產(chǎn)效率，而且影響到礦山的生產(chǎn)安全，同時(shí)它也是礦山機(jī)電自動(dòng)、智能化發(fā)展水平的顯著標(biāo)志，是數(shù)字化礦山建設(shè)的重要組成部分。

礦井提升機(jī)在礦井中擔(dān)負(fù)著升降人員、提升礦物、運(yùn)送材料以及升降設(shè)備、工具等任務(wù)，它是溝通礦井地面與井下的運(yùn)輸設(shè)備，是礦井的重要設(shè)備之一。

礦井提升設(shè)備的分類:

按用途分:可分為主井提升設(shè)備和副井提升設(shè)備。主井提升設(shè)備主要用于提升有益礦物(如提升煤炭或礦物)，副井提升設(shè)備用于輔助提升(如提升矸石，升降人員、設(shè)備，下放材料等。

按提升容器分:可分為箕斗提升設(shè)備和罐籠提升設(shè)備。提升容器的種類，按用途和結(jié)構(gòu)可分為:箕斗、罐籠、礦車、吊桶等。

按井筒傾角分:可分為立井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)備。

根據(jù)礦井提升機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，可分為如下類型:纏繞式、摩擦式。

單繩纏繞式提升機(jī)是較早出現(xiàn)的一種，它工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但僅適用于淺井及中等深度的礦井，且終端載荷不能太大。對(duì)于深井且終端載荷較大時(shí)，提升鋼絲繩和提升機(jī)卷筒的直徑很大，從而造成體積龐大，重力猛增，使得提升鋼絲繩和提升機(jī)在制造、運(yùn)輸和使用上都有諸多不便，因此在一定程度上限值了單繩纏繞式提升機(jī)在深井條件下的使用。

摩擦提升機(jī)在一定程度上解決了單繩纏繞式提升機(jī)在深井條件下所出現(xiàn)的問題。但是，摩擦提升一般均采用尾繩平衡，以減小兩端張力差，提高運(yùn)行的可靠性。因此，在容器與提升鋼絲繩連接處的鋼絲繩斷面上，靜力將隨容器的位置變化而變化。礦井越深，靜應(yīng)力的波動(dòng)值越大。

工作原理:纏繞式提升機(jī)將兩根提升鋼絲繩的一端以相反地方向分別纏繞并固定在提升機(jī)的兩個(gè)卷筒上;另一端繞過井架上的天輪分別與兩個(gè)提升容器連接。這樣，通過電動(dòng)機(jī)改變卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以提升鋼絲繩分別在兩個(gè)卷筒上的纏繞和放松，以達(dá)到提升或下放容器，完成提升任務(wù)的目的。

類型:按卷筒的數(shù)目，分為雙卷筒和單卷筒。

雙卷筒提升機(jī):它的兩個(gè)卷筒在與軸的連接方式上有所不同:其中一個(gè)卷筒通過楔鍵或熱裝與主軸固接在一起，稱為固定卷筒;另一個(gè)卷筒滑裝在主軸上，通過離合器與主軸連接，稱之為游動(dòng)卷筒。

國產(chǎn)單繩纏繞式提升機(jī)有JT和JK兩個(gè)系列:JT系列提升機(jī)卷筒直徑為800-1600mm，主要用于井下運(yùn)輸提升工作;JK系列提升機(jī)卷筒直徑為2-5米，主要用于地面井口提升工作。選擇提升機(jī)鋼絲繩直徑的主要原則是:使鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)彎曲應(yīng)力不要過大，以保證提升鋼絲繩具有一定的承載力和使用壽命。

礦井提升機(jī)是礦井提升設(shè)備中的動(dòng)力部分，系統(tǒng)包括提升機(jī)部分，潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、觀測(cè)與操控系統(tǒng)、拖動(dòng)控制和自我保護(hù)系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)等。其中:工作結(jié)構(gòu):主軸裝置和主軸承;制動(dòng)系統(tǒng):制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)系統(tǒng);機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng):減速器和聯(lián)軸器;潤(rùn)滑系統(tǒng):潤(rùn)滑油站及管路;觀測(cè)和操控系統(tǒng):操作臺(tái)、深度指示器、測(cè)速發(fā)電機(jī);拖動(dòng)、控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng):電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、變頻器、各種保護(hù)等。

礦井提升設(shè)備的選擇:這個(gè)關(guān)系到礦山的基本建設(shè)投資、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率及噸煤成本都有直接的影響。對(duì)于年產(chǎn)量大于60萬噸的大中型礦井，由于提升煤炭和輔助提升任務(wù)較大，一般均設(shè)主井、副井兩套提升設(shè)備。主井均采用箕斗提升，副井采用罐籠提升矸石、升降人員和下放材料設(shè)備等輔助提升。對(duì)于年產(chǎn)量30萬噸的小型礦井，可采用一套提升設(shè)備，使其完成全部主、副井提升任務(wù)是最經(jīng)濟(jì)的。

鶴壁市大河澗許溝煤礦位于淇濱區(qū)龐村鎮(zhèn)徐家溝村，生產(chǎn)能力為30萬t/a。主井井筒直徑φ4.2m，裝備一對(duì)3噸立井單繩箕斗及一臺(tái)2JK-2.5×1.2/20型雙筒單繩纏繞式提升機(jī)，擔(dān)負(fù)井下提升設(shè)備全礦井的原煤提升任務(wù)。副井井筒直徑φ3.8m裝備一對(duì)0.75噸礦車單繩單層罐籠及一臺(tái)2JTP-1.6型雙筒單繩纏繞式提升機(jī)，完成全礦井的升降人員、下放材料、提矸及下放設(shè)備等任務(wù)。

井下提升設(shè)備:(1)主暗斜井裝備2JK-2/20型雙筒單繩纏繞式提升機(jī)一臺(tái)，滾筒直徑φ2.0m，斜長(zhǎng)500m，配備一對(duì)3噸單繩斜井箕斗，擔(dān)負(fù)井下原煤提升任務(wù)。(2)副暗斜井提升容器為2輛0.75T礦車雙鉤串車提升，斜長(zhǎng)500m，提升機(jī)為2JK-1.6/20型雙筒單繩纏繞式提升機(jī)一臺(tái)，承擔(dān)井下-150水平掘進(jìn)工作面物料運(yùn)輸任務(wù)。(3)12采區(qū)軌道下山提升機(jī)為JT1200/1030型單筒纏繞提升機(jī)一臺(tái)，提升容器采用0.75T單鉤串車提升，擔(dān)負(fù)12241工作面材料運(yùn)輸任務(wù)。

一 計(jì)算條件

1.工作制度:年工作日330天，日工作16小時(shí)。

2.井筒深度:200m。

3.罐籠:一側(cè)窄罐:GLG1/6/1/2，自重 QC=3947kg(含防墜器重量)，載人數(shù):23;全高Hr=5450mm(估算);另一側(cè)寬罐:GLG1/6/1/2K，自重QC=4583kg(含防墜器重量)，載人數(shù):38;全高Hr=5500mm(估算);窄罐側(cè)加636kg配重。

4.礦車:MG1.1-6A，自重 QZ=610kg。

5.最大件為綜采支架ZF2800/16/24，最大件重為7.3噸。

6.最大班下井人數(shù):320人。

7.矸石年產(chǎn)量:4.8 萬噸/年。

8.矸石容重:1.7t/m3。

二 提升速度

初選速度Vm=5.3m/s

一次提升時(shí)間(進(jìn)出礦車):

材料車、平板車:Tg＇=115.33s(θ =60s)

進(jìn)出人員:Tg＇=108.33s(θ =53s)

三 鋼絲繩選擇

1.鋼絲繩終端荷重:

提矸時(shí):

Qd=QC+QZ+QK=4583+610×2+1.1×1000×1.7×2=9543kg;

提最大件時(shí):

Qd=QC+QZ+QK=4583+1057+7300=12940kg;

提人時(shí):

Qd=QC+q=4583+38×70=7243kg;(按70kg/人計(jì)算)

井架高度:

Hj=Hr+Hg+0.75Rt=5500+6500+0.75 × 1750=13312.5mm

取Hj=15m。

鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度:HC=200+15=215(m)

2.選擇鋼絲繩:

鋼絲繩單位長(zhǎng)度重量:

提物時(shí)(以提最大件計(jì)算):

提人時(shí):

選用:38ZAB6V×34+FC-1770-ZZ其技術(shù)數(shù)據(jù)為:

鋼絲繩直徑d=38mm;每米長(zhǎng)重量PK=5.73kg/m;

破斷力總和 QS=920 ×1.177=1082.84KN;

鋼絲繩的靜力安全系數(shù):

提最大件時(shí):

提人時(shí):

滿足要求。

四 提升機(jī)的選擇

滾筒直徑:Dg≥80d=80×38=3040mm;

鋼絲繩作用在滾筒上的最大靜張力及最大靜張力差;

最大靜張力:Fj=Qd+PKHC=12940+5.73×215=14171.95kg;

最大靜張力差:

FC=Q+PKHC=7300+1057+5.73 ×215=9588.95kg

選用 2JK-3.5/20 型礦井提升機(jī)，F(xiàn)j=17000kg，F(xiàn)C=11500kg，Dg=3.5m，B=1.7m，I=20，V=5.3m/s。

鋼絲繩在滾筒上的纏繞寬度:

即鋼絲繩在滾筒上作單層纏繞，符合《煤礦安全規(guī)程》第419條規(guī)定。

五 提升系統(tǒng)

天輪直徑:取Dt=Dg=3.5m選TLG3500/23.5型豎井天輪;

井架高度:Hj=15m。

按鋼絲繩外偏角計(jì)算弦長(zhǎng):

計(jì)算滾筒中心至提升容器中心的距離:

取b=35m

鋼絲繩實(shí)際弦長(zhǎng):

鋼絲繩偏角:

外偏角:

α1=1°12＇

內(nèi)偏角:

均滿足規(guī)程要求。

鋼絲繩的仰角:

下繩仰角:

又，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第397條要求，經(jīng)插值法計(jì)算該提升系統(tǒng)所需過卷、過放距離為Hj=Hg=5888mm，取Hj=Hg=6500mm。

提升電動(dòng)機(jī)預(yù)選:

寬罐升降最大件時(shí)，窄罐裝二車矸石為配重，同時(shí)升降最大件時(shí)低速運(yùn)行。以升降矸石計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率:

選用電動(dòng)機(jī) Y5008-10，N=560kw，nd=590rpm

礦井提升運(yùn)輸是采煤生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，礦井提升機(jī)作為礦山的大型固定設(shè)計(jì)之一，是聯(lián)系井下與地面的主要運(yùn)輸工具。由于礦井提升設(shè)備服務(wù)年限長(zhǎng)、投資大、電耗多，所以為了降低礦石成本，提高生產(chǎn)的安全可靠性，必須經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)和使用礦井提升設(shè)備。