主井單繩纏繞式提升系統的升級改造

李 陽

棗莊市留莊煤業有限公司，山東棗莊 277518

1 概述

主井提升系統擔負礦井原煤提升任務，其提升效率直接影響礦井的產量和效益，隨著礦井現代化建設不斷進步，采煤機械化程度提高，集中運輸量大幅增加，然而井下煤倉容量較小，時常出現因滿倉而延時生產的現象，且主井提升機每日負荷運行均近22 小時，已至提升極限，已成為制約礦井安全、穩定生產的主要因素。提升系統長期處于滿負荷運行，接近或超過設備最大承受能力，且使用年限長，磨損明顯，還有鋼絲繩為雙層纏繞，咬繩處磨損嚴重，鋼絲繩購置更換費用支出較大。因此，主井提升系統改造勢在必行。留莊煤礦主井提升系統改造前后現場技術參數對比情況如下。

改造前現場參數及工況：

提升機型號：2JK-2.5×1.2/20

提升機出廠日期：1989 年1 月

提升機安裝日期：1989 年10 月

最大靜張力[Fjm]=90kN

最大靜張力差[Fjc]=55kN

減速箱型號：XL-30/20

變速比i=1：20

電動機型號：JR157-8

額定電壓：Ue=6kV

額定功率：Pe=320kW

額定轉速：740r/min

電控系統：TKD-D2-328PCG 礦井提升電控系統

電控安裝日期：2002 年6 月

改造后現場參數及工況：

提升機型號：2JK-3×1.5/20E

提升機出廠日期：2011 年1 月

提升機安裝日期：2011 年11 月

最大靜張力[Fjm]=135kN

最大靜張力差[Fjc]=90kN

減速箱型號：ZZL900-06-00

變速比i=1：20

電動機型號：YB500-8

額定電壓：Ue=6kV

額定功率：Pe=500kW

額定轉速：741r/min

電控系統：TKD-NT-BP 全數字高壓變頻礦井提升電控系統

電控安裝日期：2011 年8 月

2 原提升系統存在的不足

留莊煤礦主井提升機安裝于1989 年10 月，歷年以來承擔煤礦生產提升任務，特別是1997 年核定生產能力65 萬噸以來，生產任務加重，主井提升機使用年限長，設備老舊，機械磨損明顯，電控系統老化，自動化程度低等成為制約礦井安全生產的絆腳石，具體表現在以下幾個方面：

1）裝卸載系統采用人工打點、簡易通訊，與提升機電控系統未構成足夠的信號安全閉鎖，且不能夠完成提升系統與裝卸載及其信號的自動化運行，造成提升循環時間較長，裝卸載能力效率低下；

2）提升系統設備老舊、滿負荷使用，造成提升機滾筒出現過開裂、變形、軸向竄動等機械故障，減速箱也出現過多次故障，提升機大部分主要部位都經過維修、更換，各部位磨損嚴重；

3）原采用2.5m×1.2m 滾筒，滾筒鋼絲繩纏繞為雙層纏繞，咬繩現象嚴重，在咬繩處鋼絲繩易產生斷絲，平均約4 個月～6個月需要更換兩根鋼絲繩，購置費用支出較大；

4）提升系統電控為PLC 可控硅20 級編碼起動電控系統，KDG150/720 低頻電源拖動，電控設備老舊，元器件老化嚴重，電控系統趨于淘汰，出現維護所需元器件不易購置，運行狀態不穩定，故障率高等情況。采用較落后的交流電機轉子串電阻調速控制，在減速和低頻拖動階段速度控制性能差，特別是在負載變動時，恒加減速控制經常會出現過放、過卷。頻繁的起動和制動工作過程使轉子串電阻調速產生相當大的能耗。另外，調速控制電路復雜，易受干擾，接觸器、電阻、電刷、可控硅等元器件易損壞，導致維護成本增加，能耗效率低下；

5）提升系統自動化程度低，操作人員耗費精力，提升循環時間較長，提升運輸每日工作時間長，造成提升系統長期滿荷運行，易出現因滿倉而延時生產現象。

3 改造方案

通過對提升系統的分析，設備購置與維護、及鋼絲繩更換費用的比較，結合對鄰近礦井運行情況的調研，可按以下思路對提升系統進行改造。

1）提升機部件老舊、磨損嚴重，且更換鋼絲繩纏繞方式為單繩纏繞，延長鋼絲繩使用壽命，絞車不再更換部件進行改造，直接將型號升級為2JK-3.0×1.5/20；

2）減少提升環節，減少提升循環時間，提高提升效率，升級信號系統，采用裝卸載自動化系統，并具備各種信號保護、安全閉鎖功能；

3）采用先進的高壓變頻調速系統，提高速度的可控性能，運行的穩定性，增加提升機運行的安全系數，能夠實現交流電機在各種負載情況下的平滑起動、調速、制動、停車等功能，消除機械及電氣沖擊，延長設備使用壽命，并且在減速制動運行時，將電動機再生能量反饋到電網中去，實現電動機運行能量的再生，達到節能運行的目的。采用TKD-NT-BP 電控系統，配合裝卸載自動化系統實現提升機的自動化運行，自動化程度高，操作簡單，降低操作人員勞動強度，提高提升系統的安全生產效率。

4 改造施工方案

提升系統是采煤機械化、現代化時代高產量的制約瓶頸，但改造提升系統勢必又要影響礦井的生產任務的順利完成。生產礦井的改造，應盡量減少對生產的影響時間。提升系統作為礦井的主要固定設備，其安裝過程至少需要2 個月～3 個月的時間，如果要進行升級改造，就要影響生產時間，降低礦井制造的生產效益。怎么樣能夠做到既能盡可能少影響或者不影響生產任務，又能完成升級改造，成為首要解決的問題。

留莊煤礦此次主井提升系統改造規模較大，除了未改動井筒裝備，升級改造了主井提升機、電控系統、信號系統等。根據現場空間，合理安排土建、機電施工順序，盡可能采用并行施工，減少停產改造時間。在舊提升機基礎前方預制新基礎，安裝滾筒、減速箱、電機等主體設備，這樣施工，在新提升機未完成安裝前，原提升機仍然可以運行，執行提升生產任務。為了不影響生產安排，盡量利用煤礦停產檢修時間，安排安裝中不可規避的影響生產的安裝任務。如電控系統的升級改造、提升機房頂的拆除和安裝、新提升機的試運行、最終的上繩投入使用等，盡量安排在每年或每月的停產檢修時間。

施工過程大體如下：

1）在方案確定前，需要進行提升能力核算，特別是需要明確改動后天輪到滾筒上的鋼絲繩的最大內、外偏角都不得超過1°30′。單繩纏繞時，內偏角應保證不咬繩；

2）根據現場空間實際狀況，新提升機布置在原提升機前方。在原提升機房墻體外，進行提升機基礎施工。新提升機房與原提升機房改造統一考慮，施工前，拆除原提升機房頂并支護加固，保證原提升機能夠正常提升；

3）新提升機房基礎施工完畢，新提升機進行初步安裝后，施工墻體及敷設玻璃鋼瓦房頂等；然后做好隔離，再對新提升機進行精確安裝、調試。同時進行電控系統改造；

4）新提升機安裝完畢投入運行后，拆除舊提升機并吊運出機房，恢復提升機房基建。

5 改造后運行效果和經濟效益分析

本改造方案較好的解決了原系統存在的不足，大大提高了主井提升系統的安全性能和自動化水平，大大降低了提升系統的維護、維修成本，提高了提升系統的運行效率，為礦井的安全生產提升奠定了堅實的基礎，掃平了礦井提高生產產量的瓶頸問題。

留莊煤礦主井提升系統安裝使用后，運行安全可靠，維護簡單，實現了主井提升系統的全自動化控制，使用效果明顯。概況起來，該系統改造具備以下優點：

1）改兩層纏繞為一層纏繞，延長鋼絲繩使用壽命，由原來4 個月～6 個月更換兩根鋼絲繩成為每年更換2 根鋼絲繩，節約使用鋼絲繩3 根/年，節約購置費用約10 萬元/年；

2）電控系統由交流繞線電機轉子串電阻調速升級為高壓變頻調速，在減速制動運行時，電動機再生能量反饋主電網中，減少電能因調速電阻引起的損耗，大大提高了電能的利用效率。提高了主井提升機運行速度的可控性能，提高了提升機的自動化水平，操作、維護更加簡單，安全性能更加可靠；

3）滾筒半徑變大，提升機運行速度由4.7m/s 提升到5.8m/s，且裝卸載和提升機電控自動化程度提高，每勾提升時間由150s 減少至120s。采用全自動提升時，可以排除各種人為因素。每小時提升勾數可增加4～6 勾，每小時提升最多提升噸位增加30 噸。提高提升效率，降低設備負載運行時間；

4）提升設備及電控系統更新改造，選型合理，適合礦井運行，設備維修故障少，維護成本大大降低；

5）此次主井提升系統改造為以后更換大容量箕斗，增加主井提升量留下了足夠的冗余設計空間。

綜上所述，此次提升系統全面升級改造，保障了礦井的安全穩定生產，降低了提升設備維護、維修成本。采用新型變頻技術，做到節能降耗。采用舊提升機生產同時安裝新提升機的辦法，減少改造對生產時間的影響。改造后的提升系統將為今后礦井安全生產任務的完成，提供提升方面有力的保證。

[1]于勵民，仵自連主編.礦山固定設備選型使用手冊[M].北京市：煤炭工業出版社，2007，10.

[2]于修，陳維健，李功熹主編.礦山大型固定設備技術測試.江蘇徐州：中國礦業大學出版社，1995，4.

[3]王志甫主編.礦山固定機械與運輸設備.江蘇徐州：中國礦業大學出版社，2006，8.