三元煤業(yè)主井提升系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了三元煤業(yè)主井提升系統(tǒng)現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有主井提升系統(tǒng)存在問題，在對(duì)提升機(jī)及提升機(jī)房位置選取、最大提升速度確定、液壓制動(dòng)系統(tǒng)選擇等方面進(jìn)行分析和論證的基礎(chǔ)上提出了改造方案，為老礦井提升系統(tǒng)擴(kuò)能改造提供參考。

關(guān)鍵詞：主井提升；系統(tǒng)改造；提升速度；制動(dòng)系統(tǒng)；井架

中圖分類號(hào)：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）15-0178-03

0 引言

三元煤業(yè)股份有限公司于20世紀(jì)80年代末設(shè)計(jì)，90年代初投產(chǎn)[1]，礦井核定生產(chǎn)能力為2.60Mt/a。主井井筒凈直徑5.0m，井筒內(nèi)裝備一對(duì)JQZ型9m3單繩立井提煤箕斗，箕斗斗箱斷面為1830×1570（mm），箕斗本體高8.312m，箕斗額定容積9m3，自重5t。箕斗采用鋼軌腰罐道，腰罐道間距為1680mm，采用固定曲軌上開式扇形閘門，異側(cè)裝卸載。主井井底裝載方式為定量斗裝載。主井提升機(jī)房內(nèi)安裝一臺(tái)2JK-3.5/15.5E型單繩纏繞式提升機(jī)，配套YR1000-10型三相異步電動(dòng)機(jī)，1000kW、6kV、590r/min，實(shí)際最大提升速度為7.16m/s。

1 主井提升系統(tǒng)存在問題

三元公司主井提升系統(tǒng)存在以下問題：

（1）為滿足核定生產(chǎn)能力，主井提升系統(tǒng)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間至少22小時(shí)，檢修時(shí)間短，設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，安全不能得到有效保障。（2）原滾筒連接筋板和筒體出現(xiàn)裂縫15處，最大長度230mm，寬度1mm，采取打止裂孔、補(bǔ)焊等多種措施后未能解決問題。經(jīng)廠家技術(shù)論證，2011年更換為加強(qiáng)型滾筒，運(yùn)行兩年后加強(qiáng)型滾筒再次出現(xiàn)11處裂縫，最大長度150mm，寬度0.5mm，滾筒存在崩裂危險(xiǎn)。（3）井架高度不夠。主井最大提升速度為7.16m/s，《煤礦安全規(guī)程》要求過卷過放距離應(yīng)大于7.5m，實(shí)際距離為5.5m，不符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。（4）曾經(jīng)發(fā)生過卷過放事故，致使井架偏斜，天輪中心線偏移，導(dǎo)致鋼絲繩與天輪繩槽偏向磨損，嚴(yán)重影響了天輪和鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩更換周期縮短到4至6個(gè)月。

綜合上述情況，為滿足礦井生產(chǎn)需要，保障礦井安全生產(chǎn)，對(duì)主井現(xiàn)有提升系統(tǒng)進(jìn)行改造是非常必要的。

2 主井提升系統(tǒng)改造方案

2.1 箕斗

主井井筒內(nèi)原裝備一對(duì)JQZ型9m3單繩立井提煤箕斗，裝載質(zhì)量9.2t，主井提升系統(tǒng)一次提升循環(huán)時(shí)間為75.5s，主井提升按每年330d、每天作業(yè)時(shí)間18h計(jì)算[2]年提升能力為2.369Mt/a，無法滿足礦井年核定生產(chǎn)能力為2.60Mt的要求。本次改造需增大箕斗噸位，考慮礦井生產(chǎn)能力、井筒斷面、井下裝載定量斗中心距、最大提升速度等因素，最終確定箕斗噸位為12t，箕斗有效容積13.1m3，裝載質(zhì)量12t，箕斗本體高9.4m。改造后的主井井筒斷面布置見圖1。

2.2 提升機(jī)

針對(duì)選定的12t箕斗，可以采用單繩纏繞式提升機(jī)，也可以采用多繩摩擦式提升機(jī)。本礦井現(xiàn)有提升房及井下箕斗裝載硐室均位于井筒的西側(cè)。若選用單繩纏繞式提升機(jī)，根據(jù)單繩纏繞式提升機(jī)房與井筒相對(duì)位置關(guān)系，新建的單繩纏繞式提升房應(yīng)位于井筒的西側(cè)或東側(cè)。在井筒西側(cè)有現(xiàn)有提升機(jī)房，提升機(jī)房后面是副井井口房，若選擇在副井井口房后面新建提升機(jī)房，不僅鋼絲繩弦長很長（約70m），而且鋼絲繩在出繩方向上也會(huì)與已有副井井口房發(fā)生干涉；而在主井井筒的東側(cè)有選煤廠主廠房通往煤倉的裝載點(diǎn)和皮帶棧橋，沒有場地；若選擇在現(xiàn)有提升房的場址上在新建提升房，則礦井需要停產(chǎn)7-8個(gè)月，停產(chǎn)時(shí)間長，對(duì)于正在生產(chǎn)中的礦井來說這是不能接受的。

針對(duì)現(xiàn)場工業(yè)場地條件，在不改變井下裝載方向的前提下，為盡量減少新建工程對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，盡量減少改造期間占用井筒的時(shí)間，設(shè)計(jì)在主井南側(cè)新建一座提升機(jī)房。根據(jù)提升機(jī)房與井筒的相對(duì)位置關(guān)系及其他設(shè)計(jì)參數(shù)，選用JKMD-3.25×4PⅢ型落地式多繩摩擦式提升機(jī)，摩擦輪直徑3.25m，最大靜張力520kN，最大靜張力差160kN，配套功率為1200kW的低速直連交流變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。改造后的總平面布置見圖2。

2.3 最大提升速度

影響立井提升系統(tǒng)提升能力的主要因素除了箕斗噸位外，還有提升速度[3]。本礦井主井提升系統(tǒng)改造后，提升高度為368.144m，根據(jù)提升高度計(jì)算允許最大提升速度為11.51m/s。對(duì)于提升系統(tǒng)改造來說，最大提升速度的選取還取決于箕斗位于裝載位置時(shí)箕斗底部到井底是否有足夠的距離?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定立井提升裝置的過卷和過放距離取決于最大提升速度[4]，提升速度越大，過放距離越大，意味著箕斗位于裝載位置時(shí)箕斗底部到井底距離越大。本礦井核定生產(chǎn)能力為2.60Mt/a，按12t箕斗計(jì)算提升系統(tǒng)最小提升速度應(yīng)為7.2m/s，最小過放距離應(yīng)為7.55m。

在立井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，常規(guī)布置方式是在提升容器過卷距離終點(diǎn)設(shè)置防撞梁，在距離防撞梁頂面2m左右的距離再設(shè)置尾繩保護(hù)裝置，尾繩保護(hù)裝置下面是尾繩環(huán)。根據(jù)此種布置方式，按最小提升速度7.2m/s、最小過放距離7.55m計(jì)算，主井提升系統(tǒng)改造后箕斗位于裝載位置時(shí)箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距離至少需要15m，而實(shí)際距離只有12.6m，最小需將井筒直線段向下延深2.4m，然后再重新施工井底清撒硐室漏斗才能滿足設(shè)計(jì)要求。本礦井主井井筒已經(jīng)使用近30年，若向下延深井筒不僅施工難度大、工期長、投資高，而且存在很大的風(fēng)險(xiǎn)性，成為了制約提升系統(tǒng)改造的瓶頸。

為解決該問題，使提升系統(tǒng)改造能夠順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)采用防撞梁與尾繩保護(hù)裝置聯(lián)合布置方式來縮短提升系統(tǒng)下面尾繩的距離。這種布置方式具體為：利用防撞梁層作為尾繩保護(hù)平臺(tái)，將尾繩保護(hù)裝置固定梁設(shè)置在兩根防撞梁之間，再在尾繩保護(hù)裝置固定梁上設(shè)置分繩木，并保證分繩木頂面與防撞梁頂面平齊，使防撞木高于分繩木，保證提升系統(tǒng)發(fā)生過卷過放事故時(shí)箕斗底部撞到防撞梁上而不會(huì)撞到尾繩保護(hù)裝置的分繩木上。

通過采取上述措施，最終確定提升系統(tǒng)的最大提升速度為7.5m/s，過放距離為7.816m，尾繩環(huán)長度為4.3m。改造后的提升系統(tǒng)（井底段）見圖3。

2.4 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

摩擦式提升機(jī)使用的液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要有恒力矩制動(dòng)液壓站和恒減速制動(dòng)液壓站。國內(nèi)新建大中型礦井多采用恒減速制動(dòng)液壓站。

恒減速制動(dòng)液壓站分為帶二級(jí)制動(dòng)功能的恒減速-恒力矩液壓站和多通道恒減速-恒減速液壓站。對(duì)于恒減速-恒力矩液壓站，當(dāng)恒減速功能失效時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒力矩制動(dòng)，為保證提升安全，其防滑驗(yàn)算只能按恒力矩安全制動(dòng)方式核定，可能使提升容器增加很多配重，從而導(dǎo)致提升設(shè)備升級(jí)，不能體現(xiàn)恒減速制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)；多通道恒減速-恒減速液壓站采用了多回路冗余工作的原則，其中一條回路失效后仍可保證提升系統(tǒng)恒減速安全制動(dòng)功能，這對(duì)于防止滑繩事故，提高整個(gè)提升系統(tǒng)的可靠性和安全性是十分有利的。

對(duì)于本礦井來說，若采用恒減速-恒力矩液壓站，為滿足恒力矩安全制動(dòng)方式下提升系統(tǒng)的防滑需要，箕斗需增加13t配重，首繩需選用直徑為34mm、單重為4.82kg/m的鋼絲繩，尾繩需選用單重為9.6kg/m的扁尾繩；若采用多通道恒減速-恒減速液壓站，為滿足提升系統(tǒng)的防滑需要，箕斗只需要增加9t配重，首繩只需選用直徑為32mm、單重為4.27kg/m的鋼絲繩，尾繩只需選用單重為8.4kg/m的扁尾繩。對(duì)比兩種液壓站，采用恒減速-恒力矩液壓站不僅箕斗配重增加，提升系統(tǒng)首尾繩直徑、單重增加，而且由于首繩破斷力的增大，直接導(dǎo)致井架受力增加，從保證提升系統(tǒng)的安全可靠性及減小后期運(yùn)行費(fèi)用考慮，主井提升系統(tǒng)采用多通道恒減速-恒減速液壓站。

2.5 箕斗裝載方式

目前，煤礦立井箕斗井底裝載方式主要有定量輸送機(jī)方式（包括定量帶式輸送機(jī)方式和定量板式輸送機(jī)方式）和定量斗方式。

對(duì)于本礦井來說，定量帶式輸送機(jī)裝載方式，雖說可以有效降低裝載高度，增大箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距離，但現(xiàn)有井底煤倉到井底裝載位置的距離小，無法滿足定量帶式輸送機(jī)布置要求，需要重新施工井底煤倉及部分巷道，改造工程量大，施工周期長，投資高。另外，定量帶式輸送機(jī)裝載時(shí)間長，增加了提升系統(tǒng)的一次提升循環(huán)時(shí)間，不利于提高礦井提升能力，經(jīng)綜合分析比較，本次改造仍然采用定量斗裝載方式，將現(xiàn)有9t定量斗更換為12t定量斗。

2.6 井架電梯

采用落地式布置型式的多繩摩擦提升系統(tǒng)，天輪每日的例行檢查都需要爬幾十米高的井架[5]，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且也存在一定的安全隱患，為解決該問題，設(shè)計(jì)在井架上增加了一部直通上、下天輪平臺(tái)的電梯，為上下井架提供了方便。

3 結(jié)語

三元主井提升系統(tǒng)改造工程投入運(yùn)行一年多來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，滿足了礦井生產(chǎn)需要。三元主井提升系統(tǒng)改造工程的成功應(yīng)用，為一些老礦井的提升系統(tǒng)擴(kuò)能改造提供了一定的借鑒意義。

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