霍爾辛赫礦井煤炭提升能力改造

汪進雅

(天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京100013)

1 概況

霍爾辛赫礦井是山煤集團旗下的國有大型礦井，設計生產能力3.0Mt/a。隨著山西省煤炭產能釋放及適應山煤集團的發展戰略要求，霍爾辛赫煤業有限公司在現有系統基礎上進行改造，將礦井的煤炭提升能力增大到5.0Mt/a。

礦井主井現有JKMD－4×4(Ⅲ) －(XHZ) 型多繩落地摩擦輪提升機1臺，采用交流變頻調速同步電動機拖動，功率3800kW，轉速57.3r/min，供電電壓3150V。基本設計參數見表1所示。

表1 主井提升系統基本設計參數

原設計考慮礦井的實際情況，主井提煤箕斗選用曲軌卸載，提升采用6段速度圖，提升最大速度Vmax=10.15m/s，一次提升純運行時間為74.95s，休止時間取45s，一次循環提升持續時間為119.95s，主井提升系統實際提升能力3.60Mt/a。表示現有提升各段速度、加速度、行程及時間的提升速度圖見圖1。

圖1 現有主井提升速度

對改造性質的主井提升系統而言，為使提升能力滿足5.0 Mt/a要求，應優先考慮改動工程量少和投資省的優化方式，而盡量避免采用更換大型箕斗、提升機、井上下裝卸載系統等大的改造方式。設計考慮從提高提升系統效率出發，對影響循環提升時間的提升速度、卸載方式等方面進行優化，通過分析、比較和計算，最終確定將主井提升速度圖由原來的6段改為3段，箕斗的卸載方式由曲軌卸載改為液壓驅動的外動力卸載，并對現有系統的提升鋼絲繩、提升機、電動機等進行了校核，實現了簡單的改造方式、低廉的投資成本、提升能力最大化的改造目標。改造后，主井提升系統一次提升純運行時間可縮短16.88s，一個提升循環持續時間縮短36.88s，提升能力可達到5.83Mt/a，提升能力富裕系數1.17，達到了改造的能力要求。

2 主井提升速度改造方案

2.1 提升鋼絲繩驗算

現有主井提升系統裝備1對25t箕斗，箕斗載重Q=25500kg，自重Qz=41000kg;提升系統鋼絲繩圍包角為 182°30'，則繩端荷重 Qd=Q+Qz=25500+41000=66500kg，提升鋼絲繩的最小安全系數m要求如下:

式中，Hc為鋼絲繩懸垂高度，562.5m。

經計算，主鋼絲繩所需的每米重量為:

式中，n為首繩數量，n=4;σb為抗拉強度，1670MPa。

煤礦現有主提升鋼絲繩為44 ZBB 34×7+FC－1770－1594－805型鋼絲繩，其主要規格為:鋼絲繩直徑d=44mm;鋼絲最大直徑δmax=2.6mm;鋼絲繩單重 p=8.07kg/m;極限抗拉強度 σB=1770MPa;全部鋼絲破斷拉力總和Qs=1594kN;鋼絲繩的實際安全系數m=7.68＞6.92。因此，現有提升鋼絲繩滿足要求。

2.2 提升機驗算

主井提升系統要求的提升機參數計算如下:

(1)摩擦輪直徑D

D≥90d=3960(mm)，同時 D≥1200δmax=3120(mm)。

(2)重載側鋼絲繩最大靜張力Fj

(3)鋼絲繩最大靜張力差Fc

式中，nk為尾繩數量，nk=2;qk為尾繩重量，16.456kg/m;Ht為提升高度，504.88m。

現有提升機為JKMD－4×4(Ⅲ)E(XHZ) 型落地式多繩摩擦輪提升機1臺，其主要規格為:摩擦輪直徑4m，最大靜張力850kN，最大靜張力差270kN，天輪直徑4m。

因此，現有提升機的摩擦輪、最大靜張力和最大靜張力差均滿足要求。

2.3 提升運動學計算

改造后提煤箕斗為外動力卸載，提升采用3段速度圖，提升最大速度Vmax=12m/s，一次提升純運行時間為T0=58.07s，一次提升持續時間為T=83.07s，提升能力5.83Mt/a，提升能力富裕系數1.17。表示改造后提升各段速度、加速度、行程及時間的主井提升速度圖詳見圖2。

圖2 改造后主井提升速度

2.4 電動機驗算

現有電機為交直交變頻供電的同步電動機1臺，其主要規格為:功率3800kW;電壓3.3kV;轉速57.3r/min;強力通風冷卻，過載倍數λe=2。

(1)電動機功率驗算 改造后，等效時間Td=83.07s，等效力Fd=254.7kN，電動機的等效功率Nd=3431kW，小于現有電機額定功率3800kW，因此，現有電動機功率滿足要求。

(2)電動機過負荷能力驗算 電動機額定力Fe=310kN，電動機實際過載倍數 λ=1.39＜1.7(設計規范要求)，因此，現有電動機的過負荷能力滿足要求。

3 卸載裝置改造方案

為實現3段速度提升，將箕斗的卸載方式由曲軌卸載改為液壓驅動的外動力卸載。

箕斗閘門為上開式扇形閘門，對開啟箕斗閘門的滾輪和滾輪軸進行相應改造，增設直軌、導輪、滑道和液壓缸，共設3組開啟閘門液壓缸。外動力裝置見圖3。液壓推桿縮回時扇形閘門開啟、液壓推桿推出時扇形閘門關閉，主井提升機的運行、箕斗的下放與裝載系統維持原有聯鎖關系。

圖3 外動力裝置

改造后箕斗的休止時間為25s，其中液壓缸動作拉開閘門時間5s，卸載后關閉閘門時間3s，箕斗純卸載時間為17s。

4 實際運行效果

主井提升系統于2012年7月1日至10日改造完畢，迄今已穩定運行3個多月，提升機、卸載裝置等各設備運轉正常，各項指標均達到改造要求，取得了良好的經濟效益。經現場實際測算，改造后平均提升能力達到1200t/h，完全滿足提升能力5.0Mt/a的改造要求。

5 結束語

霍爾辛赫礦井的主井提升系統能力提升改造，在現有提升系統的基礎上，通過提高提升速度、改變卸載方式、調整提升速度圖，進而減少提升循環時間，成功實現了提高提升能力的改造目標。此種改造方式簡單，投資成本低廉，對生產影響小，改造后運行效果理想，為類似條件的改造項目提供了借鑒作用。