礦山立井提升鋼絲繩更換裝置的研究與應(yīng)用

李 琳

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

礦井提升設(shè)備是礦井生產(chǎn)中的重要設(shè)備，主要用途是沿井筒提升礦物和矸石、升降人員、設(shè)備、下放材料等。提升鋼絲繩的作用是懸吊提升容器并傳遞動(dòng)力，是礦井提升設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，對(duì)礦井提升的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用。摩擦式提升機(jī)提升鋼絲繩的使用期限一般不超過(guò)2 a，為了安全生產(chǎn)，到期必須更換新鋼絲繩。因此，鋼絲繩更換施工時(shí)間的長(zhǎng)短、更換的工藝和方法，直接影響礦山生產(chǎn)安全和效率，所以需要一種快速、安全、高效的鋼絲繩更換設(shè)備和工藝。

1 概 況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)保安煤礦主立井箕斗提升系統(tǒng)，采用落地式JKMD-3.5×4（Ⅲ）型多繩摩擦式礦井提升機(jī)，井筒全深594 m（井口至井底裝載口），井筒直徑5 m，井架高度46 m。井筒裝備一對(duì)JDGY-12 多繩提煤箕斗，最大載重12 t，自重18.8 t（加配重），全高14.8 m，箕斗上下口高度6.9 m，最大提升速度9.71 m/s，提升方式為雙箕斗提升。主提升鋼絲繩為32ZAB6V×34+NF1670ZZ（SS）鋼絲繩4 根（左、右捻各2 根），直徑32 mm，單重4.15 kg/m，全長(zhǎng)約800 m；尾繩為P8×4×9—147×24 mm—1470 扁尾繩2 根，全長(zhǎng)約700 m。主導(dǎo)輪直徑3.5 m，天輪直徑3.5 m，鋼絲繩間距300 mm，鋼絲繩實(shí)際安全系數(shù)6.87。目前保安煤礦主提升鋼絲繩到期，需要更換，規(guī)格為4×800 m/根。

2 礦山立井提升鋼絲繩更換裝置應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)更換鋼絲繩的方法及存在的問(wèn)題

目前，傳統(tǒng)更換鋼絲繩采用的方法主要為使用穩(wěn)車換繩。換繩前在井口布置穩(wěn)車，將每根新鋼絲繩提前纏到穩(wěn)車滾筒上，在井口房錨固固定每臺(tái)穩(wěn)車。提升鋼絲繩更換期間，井上下懸吊支撐提升容器，井口同時(shí)切斷舊提升鋼絲繩，新提升鋼絲繩和井口舊提升鋼絲繩繩頭搭接，利用舊提升鋼絲繩牽引新提升鋼絲繩，同時(shí)穩(wěn)車下放新提升鋼絲繩，井下馬頭門兩側(cè)內(nèi)回收舊提升鋼絲繩，井下舊提升鋼絲繩人工回收至提前特制的平板車內(nèi)，再人工運(yùn)輸上井。但這種工藝存在以下問(wèn)題。

（1）施工時(shí)間長(zhǎng)，換繩工期需要3～7 d，影響煤礦生產(chǎn)效率。

（2）人工投入多，工序復(fù)雜，井上下均存在作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高。

（3）設(shè)備臺(tái)數(shù)多，設(shè)備需要運(yùn)輸、安裝、錨固、拆除，工序多，機(jī)械費(fèi)用高。同時(shí)施工場(chǎng)地占用面積大，特別是在狹小空間作業(yè)的時(shí)候受到限制。

（4）多臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，同步性不好，多繩受力不一致，可能引起卡罐安全隱患。提升鋼絲繩容易發(fā)生互相纏繞。

（5）舊繩需要在井下人工回收，再運(yùn)輸?shù)骄?，檢修程序多，安全性低。

（6）停電檢修期間需要解決井上下通訊問(wèn)題。

（7）設(shè)備費(fèi)、人工費(fèi)高，設(shè)備需要做基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)投入高。

2.2 電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置

為了解決傳統(tǒng)換繩過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，保安煤礦此次主提升鋼絲繩換繩作業(yè)中，研究出一種快速、安全的電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置。這種裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，所需施工場(chǎng)地小，不需要做基礎(chǔ)加固，操作簡(jiǎn)便，拖動(dòng)力大，施工工期短，礦井提升系統(tǒng)恢復(fù)快，能保障礦井安全生產(chǎn)，機(jī)械化程度高，人工投入少，設(shè)備節(jié)能降耗效果好。如圖1 所示，各結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

圖1 電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

該換繩裝置分傳動(dòng)部分、電控部分、液壓部分、機(jī)架四大部分，傳動(dòng)部分由上底盤、下底盤、摩擦襯塊等組成，電氣部分采用了變頻器控制，液壓部分由前后油缸、液壓鎖、泵等組成。

（1）傳動(dòng)部分。由上底盤、下底盤、履帶、摩擦襯塊組成。采用2 臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下兩條履帶運(yùn)行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)更換提升鋼絲繩。

（2）電控部分。由Y180M-4-B5 電機(jī)、XJB 240 減速機(jī)、120KVA 變頻器、手動(dòng)操作控制器等組成。開動(dòng)電機(jī)，履帶前進(jìn)和后退達(dá)到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。該裝置為變頻V9-H 電機(jī)調(diào)速，帶剎車單元制動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)24 h更換一套提升系統(tǒng)鋼絲繩。

（3）液壓部分。由2 個(gè)前進(jìn)油缸、2 個(gè)后退油缸、4 個(gè)手動(dòng)三位四通換向閥、油泵等組成。液壓夾緊系統(tǒng)采用4 臺(tái)雙作用油缸，油缸進(jìn)回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個(gè)手動(dòng)換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動(dòng)，液壓油經(jīng)油路到達(dá)手動(dòng)換向閥，準(zhǔn)確控制油缸的推出和回縮。達(dá)到計(jì)算確定工作油壓后，手動(dòng)換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置。確保在整個(gè)換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（4）機(jī)架部分。機(jī)架是由底板、前伸傳動(dòng)架、立架組成的焊接結(jié)構(gòu)件，為無(wú)螺栓連接的快速拆裝支架，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、外觀整齊等優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)裝置重量輕、成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置電氣原理如圖2 所示。

圖2 電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置電氣原理Fig.2 Electrical principle of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

2.3 參數(shù)驗(yàn)算

（1）拖動(dòng)力的計(jì)算。

電機(jī)功率P=18.5 kW，拖動(dòng)速度V=0.33 m/s，電機(jī)額定力則總拖動(dòng)力為56 061 N×4=224 242 N，減速器拖動(dòng)力矩56 061 N×0.37=20 742 N·m。所選減速器型號(hào)為XJB240，額定輸出扭矩24 000 N·m，滿足要求。

（2）夾緊油缸的計(jì)算。

油缸直徑12.5 cm，工作壓力160 kg/cm2，油缸面積3.14×6.252=122.65 cm2，則壓力為122.65×160×9.81=192 521 N，4 個(gè)油缸為770 085 N。

（3）摩擦襯塊的計(jì)算。

摩擦力F=μN(yùn)=0.26×192 521=50 055 N，則4個(gè)摩擦襯塊摩擦力為200 221 N。

2.4 工作原理

（1）采用2 臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下兩條履帶運(yùn)行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)更換提升鋼絲繩。

（2）液壓夾緊系統(tǒng)采用4 臺(tái)雙作用油缸，油缸進(jìn)回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個(gè)手動(dòng)換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動(dòng)，液壓油經(jīng)油路到達(dá)手動(dòng)換向閥，準(zhǔn)確控制油缸的推出和回縮。達(dá)到計(jì)算確定工作油壓后，手動(dòng)換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置，確保在整個(gè)換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（3）開動(dòng)電機(jī)，履帶前進(jìn)和后退達(dá)到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。換繩裝置為變頻V9-H 電機(jī)調(diào)速，帶剎車單元制動(dòng)，安全可靠。

2.5 鋼絲繩更換裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）提升機(jī)鋼絲繩更換時(shí)間縮短。以往直徑較大、井深的提升鋼絲繩更換時(shí)間3～7 d，現(xiàn)在最快只需要20 h，保證了礦井生產(chǎn)安全和效率，減小井下其它檢修工程的壓力。

（2）所有操作均在井口進(jìn)行，地面施工條件比井下相對(duì)較好，安全有保證；同時(shí)解決了傳統(tǒng)檢修停電期間井上下通訊問(wèn)題。

（3）檢修程序減少。不需要每根新鋼絲繩提前纏繞在穩(wěn)車滾筒，不需投入穩(wěn)車設(shè)備，機(jī)械使用費(fèi)用減少，施工占用場(chǎng)地小。舊提升鋼絲繩回收直接纏繞上輥，取消井下人工回收舊鋼絲繩到平板車再運(yùn)輸至井上的環(huán)節(jié)，人工投入減少。

（4）該裝置采用變頻調(diào)速，提升鋼絲繩牽引速度可控，可與提升機(jī)同步協(xié)調(diào)，加強(qiáng)換繩安全。

（5）該裝置電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶高分子摩擦襯塊牽引提升鋼絲繩，液壓系統(tǒng)壓緊上下履帶提供足夠的摩擦力，液壓系統(tǒng)加裝液壓鎖，保證安全；電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸帶剎車單元，保證不溜車，安全可靠。

（6）該裝置適用范圍廣，可適用于煤礦、金屬礦等各種摩擦式提升機(jī)鋼絲繩的更換，可更換鋼絲繩的直徑區(qū)間大，通過(guò)改變摩擦襯塊，可更換直徑32～54 mm 鋼絲繩。

（7）該裝置體積小，移動(dòng)方便，需要的操作空間小，不需要做基礎(chǔ)加固，操作簡(jiǎn)便，拖動(dòng)力大，安全性能好，機(jī)械化程度高，人工成本低。

3 鋼絲繩更換程序

先更換主提升鋼絲繩，更換主提升鋼絲繩時(shí)分2 次，1 次更換2 根，之后再更換上天輪，最后更換下天輪。此換繩方法，先用換繩機(jī)收2 根舊鋼絲繩，再用換繩機(jī)放2 根新鋼絲繩。將箕斗停在井口搭設(shè)操作平臺(tái)，操作平臺(tái)搭設(shè)在提升繩連接裝置兩側(cè)，不影響提升裝置，換繩期間箕斗不出井口。

（1）舊繩回收。鋼絲繩更換裝置在井口固定后，斷開井口處提升容器上方其中2 根提升鋼絲繩，斷開處繩頭引入鋼絲繩更換裝置夾緊，開動(dòng)鋼絲繩更換裝置牽引2 根提升鋼絲繩，直至井底提升容器上提至井口，舊繩回收完畢。

（2）引進(jìn)新繩。2 根新提升鋼絲繩穿過(guò)鋼絲繩更換裝置，新提升鋼絲繩繩頭利用提升容器剩余的舊提升鋼絲繩卡固，開動(dòng)提升機(jī)，舊提升鋼絲繩帶新提升鋼絲繩繩頭通過(guò)提升機(jī)滾筒到達(dá)井口，新提升鋼絲繩與井口提升容器連接固定。開動(dòng)鋼絲繩更換裝置及提升機(jī)下放提升容器到井底，另一側(cè)提升容器到井口。在井口新提升鋼絲繩與提升容器連接固定。2 根提升鋼絲繩更換完畢。

（3）按照上述程序更換其余提升鋼絲繩。

4 應(yīng)用效果

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)保安煤礦主立井摩擦式提升機(jī)箕斗鋼絲繩更換工程中，采用了電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置，停產(chǎn)檢修時(shí)間比傳統(tǒng)換繩方法縮短了4 d，節(jié)約人工約330 工日，節(jié)約資金144 萬(wàn)元，不僅增加了經(jīng)濟(jì)效益，而且施工安全性好，可靠性高。

5 結(jié)語(yǔ)

電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置不僅可以用于更換煤礦多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩，也可適用于其它各類礦山施工中鋼絲繩的更換，尤其在深立井、大直徑的換繩施工中具有很大優(yōu)勢(shì)。此次電液驅(qū)動(dòng)式煤礦立井提升機(jī)鋼絲繩更換裝置的實(shí)踐成功，為各類鋼絲繩的更換提供了工程經(jīng)驗(yàn)借鑒，具有一定的實(shí)用價(jià)值。