煤礦主井提升系統(tǒng)改造及應(yīng)用研究

張瑞芹，王 鵬，宋 鵬

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東菏澤 274705）

0 引言

我國目前的煤礦井多數(shù)是在1950 年代建立的，在當(dāng)時主要負(fù)責(zé)對淺部煤層的開采工作，這些礦井所配置的設(shè)備通常也只能滿足于開采淺部煤層。步入1980 年代后，我國煤礦業(yè)采煤深度不斷增加，原有的設(shè)備已經(jīng)無法滿足礦井采煤的需求，尤其是在多種新型開采技術(shù)、開采設(shè)備被廣泛地運(yùn)用于礦井后，這些原有設(shè)備顯得更加不合時宜，于是工作人員對當(dāng)時的設(shè)備展開了進(jìn)一步的改造，提升了礦井的自動化與機(jī)械化程度。但改造過后的礦井雖然生產(chǎn)能力顯著提高，生產(chǎn)成本卻也顯著增大，對礦井實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益帶來了阻礙。因此，還應(yīng)當(dāng)采取有針對性的手段對當(dāng)前礦井的提升系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備展開改造，提升礦井的生產(chǎn)效率。

1 煤礦主井提升系統(tǒng)概況

煤礦主井提升系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成較為復(fù)雜，且與煤礦開采作業(yè)的聯(lián)系十分緊密，是煤礦井下開采人員實(shí)現(xiàn)煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備之一，若發(fā)生質(zhì)量問題以及安全事故，不僅會為煤礦企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí){到煤礦開采人員的人身安全。因此，保證煤礦主井提升設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性，是煤礦企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營中必須要注意的問題。以某礦井的優(yōu)化改造為例，就煤礦主井提升系統(tǒng)的改造與應(yīng)用展開論述。

某礦井在建設(shè)初期的生產(chǎn)能力為0.6 Mt/a，在2008 年經(jīng)過擴(kuò)建后，其生產(chǎn)能力提升到了0.9 Mt/a。該煤礦主井的提升設(shè)備為型號JKM-2.25×4 的井塔式多繩摩擦輪提升機(jī)，主要起到運(yùn)輸井下原煤的作用。該提升井井筒直徑5 m，提升高度500 m，配備有承載量為6 t 的多繩箕斗。其中，2 個箕斗中心線距離2 m，運(yùn)用端部剛性罐道導(dǎo)向，減速器傳動比11，滾筒直徑225 m，并配有型號YR-118/44-10 的額定功率630 kW、電壓600 V 的繞線電機(jī)，該繞線電機(jī)轉(zhuǎn)速592 r/min，最大提升速度為6 m/s。

該礦已持續(xù)應(yīng)用以上提升系統(tǒng)生產(chǎn)了30 年，目前設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足當(dāng)前礦井生產(chǎn)工作的需求，且部分設(shè)備老化、損耗十分嚴(yán)重，成為井下正常生產(chǎn)的隱患。因此，對該礦井提升系統(tǒng)展開改造，是該煤礦企業(yè)的實(shí)際需要，對提升礦井的自動化、機(jī)械化程度和礦井的生產(chǎn)效率具有積極意義。

2 煤礦主井提升系統(tǒng)中存在的問題

該礦井采用的提升機(jī)為井塔式多繩摩擦式提升機(jī)，目前該提升機(jī)的滾筒已出現(xiàn)裂紋，雖然在過去的檢修工作中，相關(guān)維修人員已經(jīng)對該裂紋實(shí)施了補(bǔ)焊處理，但滾筒的強(qiáng)度已經(jīng)降低，為礦井生產(chǎn)帶來了一定隱患。該礦井的裝卸載設(shè)備亦存在一定的質(zhì)量問題，由于在實(shí)際工作中煤礦裝載的時間通常較長，在這樣的情況下，部分煤炭易從裝載設(shè)備中灑落，造成煤炭浪費(fèi)。該提升系統(tǒng)中的箕斗也常發(fā)生扇形門開啟、灑煤等問題，灑落的大量煤塊甚至對井筒造成了損傷。

該礦井提升系統(tǒng)的主軸裝置與減速器聯(lián)軸器中間的距離過大，不利于主軸與減速器的有效配合，且容易在設(shè)備開啟、停機(jī)過程中受到?jīng)_擊。該礦井提升系統(tǒng)中的電控系統(tǒng)采用串電阻調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速過程中運(yùn)行不穩(wěn)定的情況常有發(fā)生，為礦井帶來巨大的能耗，同時也具有電路雜亂、電阻器與接觸器受損等問題，易在運(yùn)行中發(fā)生安全事故。該礦井提升系統(tǒng)已經(jīng)投入使用了很長時間，設(shè)備老化嚴(yán)重，還存在減速器斷齒等因設(shè)備老化發(fā)生故障的情況?？傊摰V井提升系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足礦井日常的生產(chǎn)工作需求。

3 煤礦主井提升系統(tǒng)改造及應(yīng)用

3.1 對井塔的優(yōu)化改造

目前，該礦井的主井提升系統(tǒng)主要依賴主井井塔實(shí)現(xiàn)，整個井身高度48 m，提升機(jī)與減速器等設(shè)備被設(shè)置在井身38 m 高度處，設(shè)計(jì)高度較高，依據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，井筒內(nèi)需裝置鋼制結(jié)構(gòu)內(nèi)套架。在礦井提升系統(tǒng)長期使用的過程中，原有提升機(jī)的提升能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足礦井生產(chǎn)的需要，有必要為礦井更換運(yùn)輸能力更強(qiáng)的提升機(jī)，具體的操作流程如下：①拆除礦井中的提升機(jī)房和其內(nèi)置鋼井架，在勘察礦井實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，對井筒、內(nèi)套架展開重新設(shè)計(jì)，對提升系統(tǒng)展開科學(xué)的優(yōu)化改造；②為滿足礦井提升系統(tǒng)的工作需求，保障在日常生產(chǎn)中煤炭能夠借助提升系統(tǒng)高效地運(yùn)送到地面，工作人員提升了井架支撐平臺的高度，將其設(shè)計(jì)成高于井架2.5 m 的高度，從而保證礦井能夠在短時間內(nèi)完成提升機(jī)改造工作，減少成本支出和對礦井實(shí)際生產(chǎn)的影響；③由于原先的井塔屋面采取網(wǎng)架承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在穿鋼絲繩的過程中，易造成受力面與鋼絲繩摩擦，對鋼絲繩使用壽命造成不利影響，因此，工作人員拆除了原先的井塔屋面，以鋼板、鋼大梁代替。

3.2 對提升機(jī)的優(yōu)化改造

該礦井建造初期采用的主井提升機(jī)為型號JKM-2.25×4 的井塔式多繩摩擦提升機(jī)，目前已經(jīng)無法完成煤礦生產(chǎn)中的提升任務(wù)，將其更換為型號JKMD-3.5×4 的落地式多繩摩擦機(jī)，參數(shù)如下：天輪直徑3500 mm，主導(dǎo)輪直徑3500 mm，天輪變位重量6300 kg，主提升繩數(shù)4，提升機(jī)變位重量18 000 kg，繩間距300 mm，提升機(jī)系統(tǒng)圍包角182.4°，最大凈張力590 kN，最大凈張力差180 kN，襯墊摩擦因數(shù)0.25，提升機(jī)制動力265 kN，提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量102.65 t。

同時，工作人員還在主井中新建了提升機(jī)房，在提升機(jī)設(shè)置完畢后，及時展開對新系統(tǒng)的更換與應(yīng)用，減少了提升機(jī)優(yōu)化工作對礦井正常生產(chǎn)帶來的影響。

3.3 對箕斗的優(yōu)化改造

該礦井提升系統(tǒng)中配置有一對箕斗，提升量為6 t，截斷面為2.2 m×1.1 m，中線之間的距離為2 m，在實(shí)際工作中，該礦井主要采用曲軌技術(shù)卸載箕斗運(yùn)輸?shù)脑?。礦井箕斗的提升容量較為有限，若只提升提升機(jī)運(yùn)輸能力，還尚無法完成對原煤的大量運(yùn)送，必須換用大容量的箕斗。根據(jù)型號為JKMD-3.5×4 的主井提升機(jī)的防滑要求，箕斗的重量不得大于16 t，且因?yàn)榫仓睆綗o法改變，為提升箕斗的容量，應(yīng)著重提升箕斗的高度。

在優(yōu)化改造工作中，工作人員提升箕斗的高度為11 m，增加箕斗的提升量到達(dá)10 t，已經(jīng)能夠較好地完成當(dāng)前煤礦日常生產(chǎn)中原煤提升的任務(wù)。

3.4 對定量斗的優(yōu)化改造

在建造初期，井下煤倉中設(shè)置了2 臺給煤機(jī)，每臺給煤機(jī)下方設(shè)置了2 部定量斗，每部定量斗的容量為6 t。由前文所述提升機(jī)、箕斗的改造過程可知，在提升能力與箕斗運(yùn)輸容量雙重增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，若不改變定量斗容量，會造成提升機(jī)與箕斗無法充分發(fā)揮其效用。為適應(yīng)改造后全新的礦井提升系統(tǒng)，應(yīng)在原先裝載硐室的基礎(chǔ)上展開擴(kuò)建設(shè)計(jì)，延伸井筒深度，將定量斗容量由6 t 改為10 t，以符合工作需求。但在實(shí)際的擴(kuò)建工作中，若更換建造定量斗和硐室，煤礦井正常的生產(chǎn)運(yùn)輸必須停滯，為煤礦井的正常工作帶來不利影響。因此，最終選擇取消定量斗，直接應(yīng)用定重式給煤機(jī)。

定重式給煤機(jī)尺寸小，無需額外擴(kuò)建硐室，同時也增加了井下煤倉中可用的空間，提升了箕斗裝載的高度，無需額外開展井筒延伸工作，降低了改造人員的施工難度，也減少了煤礦井的成本支出，還確保了煤礦井工作的正常進(jìn)行。工作人員還在箕斗裝載點(diǎn)處設(shè)置了傳感器，一旦箕斗到達(dá)給煤機(jī)上方，傳感器就會發(fā)出信號，讓給煤機(jī)在信號的驅(qū)使作用下自動展開裝載作業(yè)，在裝載完畢后，傳感器再次發(fā)出信號，給煤機(jī)停止運(yùn)行。這就大大提升了礦井的自動化與機(jī)械化程度。

3.5 對電控系統(tǒng)的優(yōu)化改造

在煤礦主井的提升系統(tǒng)中，為確保井下的生產(chǎn)能力，提升對煤炭資源的利用率，提升對井下提升機(jī)控制的精確度，工作人員將變頻提速技術(shù)應(yīng)用到了主井提升系統(tǒng)中。在運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，變頻器的應(yīng)用不僅降低了閘瓦在工作中發(fā)生磨損的概率，有效避免了鋼絲繩打滑的問題，還實(shí)現(xiàn)了對整個提升系統(tǒng)的電牽引與控制。應(yīng)用變頻器還可以對提升系統(tǒng)使用過程中的電壓與頻率展開控制，穩(wěn)定電機(jī)的啟動電流，降低提升系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，延長了電機(jī)的使用壽命。

4 煤礦主井優(yōu)化改造結(jié)果分析

在上述優(yōu)化改造工作結(jié)束后，該煤礦主井提升系統(tǒng)的提升能力得到了很大程度的提高，由原先的0.9 Mt/a 提升至1.2 Mt/a，且節(jié)能效果明顯，1 t 煤的耗電量減少了0.4 kW·h。若按照1.2 Mt/a 的生產(chǎn)力計(jì)算，該煤礦井應(yīng)用這套主井提升技術(shù)，每年可減少用電47.8 kW·h，為煤礦井的成本控制、節(jié)能減排都做出了貢獻(xiàn)，提升了該礦的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

經(jīng)過優(yōu)化改造的主井提升系統(tǒng)自動化程度、機(jī)械化程度明顯提升，在后期投入運(yùn)行中的維修量小，減輕了維修人員的工作負(fù)擔(dān)，也消除了原先煤礦井中的部分安全隱患，降低了故障的發(fā)生率，提升了煤礦主井提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。

5 結(jié)語

煤礦主井提升系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，不僅關(guān)系到煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)系到煤礦開采人員的人身安全，關(guān)系到煤礦企業(yè)的社會效益。相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合煤礦井的實(shí)際情況，借助先進(jìn)的專業(yè)理論，及時改進(jìn)煤礦井提升系統(tǒng)中存在的問題，加強(qiáng)提升系統(tǒng)的自動化、機(jī)械化程度，保證提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與高效性，促進(jìn)煤礦企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。