淺議礦井提升系統

張 瑩

(河南煤化集團 鶴煤公司設計處，河南 鶴壁 458030)

礦井提升機作為井上井下的唯一輸送通道，是礦山的咽喉設備，其運行性能的好壞不僅直接影響到礦山的生產效率，而且影響到礦山的生產安全，同時它也是礦山機電自動、智能化發展水平的顯著標志，是數字化礦山建設的重要組成部分。

礦井提升機在礦井中擔負著升降人員、提升礦物、運送材料以及升降設備、工具等任務，它是溝通礦井地面與井下的運輸設備，是礦井的重要設備之一。

礦井提升設備的分類:

按用途分:可分為主井提升設備和副井提升設備。主井提升設備主要用于提升有益礦物(如提升煤炭或礦物)，副井提升設備用于輔助提升(如提升矸石，升降人員、設備，下放材料等。

按提升容器分:可分為箕斗提升設備和罐籠提升設備。提升容器的種類，按用途和結構可分為:箕斗、罐籠、礦車、吊桶等。

按井筒傾角分:可分為立井提升設備和斜井提升設備。

根據礦井提升機工作原理和結構的不同，可分為如下類型:纏繞式、摩擦式。

單繩纏繞式提升機是較早出現的一種，它工作可靠，結構簡單，但僅適用于淺井及中等深度的礦井，且終端載荷不能太大。對于深井且終端載荷較大時，提升鋼絲繩和提升機卷筒的直徑很大，從而造成體積龐大，重力猛增，使得提升鋼絲繩和提升機在制造、運輸和使用上都有諸多不便，因此在一定程度上限值了單繩纏繞式提升機在深井條件下的使用。

摩擦提升機在一定程度上解決了單繩纏繞式提升機在深井條件下所出現的問題。但是，摩擦提升一般均采用尾繩平衡，以減小兩端張力差，提高運行的可靠性。因此，在容器與提升鋼絲繩連接處的鋼絲繩斷面上，靜力將隨容器的位置變化而變化。礦井越深，靜應力的波動值越大。

工作原理:纏繞式提升機將兩根提升鋼絲繩的一端以相反地方向分別纏繞并固定在提升機的兩個卷筒上;另一端繞過井架上的天輪分別與兩個提升容器連接。這樣，通過電動機改變卷筒的轉動方向，可以提升鋼絲繩分別在兩個卷筒上的纏繞和放松，以達到提升或下放容器，完成提升任務的目的。

類型:按卷筒的數目，分為雙卷筒和單卷筒。

雙卷筒提升機:它的兩個卷筒在與軸的連接方式上有所不同:其中一個卷筒通過楔鍵或熱裝與主軸固接在一起，稱為固定卷筒;另一個卷筒滑裝在主軸上，通過離合器與主軸連接，稱之為游動卷筒。

國產單繩纏繞式提升機有JT和JK兩個系列:JT系列提升機卷筒直徑為800-1600mm，主要用于井下運輸提升工作;JK系列提升機卷筒直徑為2-5米，主要用于地面井口提升工作。選擇提升機鋼絲繩直徑的主要原則是:使鋼絲繩在卷筒上纏繞時彎曲應力不要過大，以保證提升鋼絲繩具有一定的承載力和使用壽命。

礦井提升機是礦井提升設備中的動力部分，系統包括提升機部分，潤滑系統、機械傳動系統、觀測與操控系統、拖動控制和自我保護系統以及制動系統等。其中:工作結構:主軸裝置和主軸承;制動系統:制動器和液壓傳動系統;機械制動系統:減速器和聯軸器;潤滑系統:潤滑油站及管路;觀測和操控系統:操作臺、深度指示器、測速發電機;拖動、控制和自動保護系統:電動機、減速機、變頻器、各種保護等。

礦井提升設備的選擇:這個關系到礦山的基本建設投資、生產能力、生產效率及噸煤成本都有直接的影響。對于年產量大于60萬噸的大中型礦井，由于提升煤炭和輔助提升任務較大，一般均設主井、副井兩套提升設備。主井均采用箕斗提升，副井采用罐籠提升矸石、升降人員和下放材料設備等輔助提升。對于年產量30萬噸的小型礦井，可采用一套提升設備，使其完成全部主、副井提升任務是最經濟的。

鶴壁市大河澗許溝煤礦位于淇濱區龐村鎮徐家溝村，生產能力為30萬t/a。主井井筒直徑φ4.2m，裝備一對3噸立井單繩箕斗及一臺2JK-2.5×1.2/20型雙筒單繩纏繞式提升機，擔負井下提升設備全礦井的原煤提升任務。副井井筒直徑φ3.8m裝備一對0.75噸礦車單繩單層罐籠及一臺2JTP-1.6型雙筒單繩纏繞式提升機，完成全礦井的升降人員、下放材料、提矸及下放設備等任務。

井下提升設備:(1)主暗斜井裝備2JK-2/20型雙筒單繩纏繞式提升機一臺，滾筒直徑φ2.0m，斜長500m，配備一對3噸單繩斜井箕斗，擔負井下原煤提升任務。(2)副暗斜井提升容器為2輛0.75T礦車雙鉤串車提升，斜長500m，提升機為2JK-1.6/20型雙筒單繩纏繞式提升機一臺，承擔井下-150水平掘進工作面物料運輸任務。(3)12采區軌道下山提升機為JT1200/1030型單筒纏繞提升機一臺，提升容器采用0.75T單鉤串車提升，擔負12241工作面材料運輸任務。

一 計算條件

1.工作制度:年工作日330天，日工作16小時。

2.井筒深度:200m。

3.罐籠:一側窄罐:GLG1/6/1/2，自重 QC=3947kg(含防墜器重量)，載人數:23;全高Hr=5450mm(估算);另一側寬罐:GLG1/6/1/2K，自重QC=4583kg(含防墜器重量)，載人數:38;全高Hr=5500mm(估算);窄罐側加636kg配重。

4.礦車:MG1.1-6A，自重 QZ=610kg。

5.最大件為綜采支架ZF2800/16/24，最大件重為7.3噸。

6.最大班下井人數:320人。

7.矸石年產量:4.8 萬噸/年。

8.矸石容重:1.7t/m3。

二 提升速度

初選速度Vm=5.3m/s

一次提升時間(進出礦車):

材料車、平板車:Tg＇=115.33s(θ =60s)

進出人員:Tg＇=108.33s(θ =53s)

三 鋼絲繩選擇

1.鋼絲繩終端荷重:

提矸時:

Qd=QC+QZ+QK=4583+610×2+1.1×1000×1.7×2=9543kg;

提最大件時:

Qd=QC+QZ+QK=4583+1057+7300=12940kg;

提人時:

Qd=QC+q=4583+38×70=7243kg;(按70kg/人計算)

井架高度:

Hj=Hr+Hg+0.75Rt=5500+6500+0.75 × 1750=13312.5mm

取Hj=15m。

鋼絲繩懸垂長度:HC=200+15=215(m)

2.選擇鋼絲繩:

鋼絲繩單位長度重量:

提物時(以提最大件計算):

提人時:

選用:38ZAB6V×34+FC-1770-ZZ其技術數據為:

鋼絲繩直徑d=38mm;每米長重量PK=5.73kg/m;

破斷力總和 QS=920 ×1.177=1082.84KN;

鋼絲繩的靜力安全系數:

提最大件時:

提人時:

滿足要求。

四 提升機的選擇

滾筒直徑:Dg≥80d=80×38=3040mm;

鋼絲繩作用在滾筒上的最大靜張力及最大靜張力差;

最大靜張力:Fj=Qd+PKHC=12940+5.73×215=14171.95kg;

最大靜張力差:

FC=Q+PKHC=7300+1057+5.73 ×215=9588.95kg

選用 2JK-3.5/20 型礦井提升機，Fj=17000kg，FC=11500kg，Dg=3.5m，B=1.7m，I=20，V=5.3m/s。

鋼絲繩在滾筒上的纏繞寬度:

即鋼絲繩在滾筒上作單層纏繞，符合《煤礦安全規程》第419條規定。

五 提升系統

天輪直徑:取Dt=Dg=3.5m選TLG3500/23.5型豎井天輪;

井架高度:Hj=15m。

按鋼絲繩外偏角計算弦長:

計算滾筒中心至提升容器中心的距離:

取b=35m

鋼絲繩實際弦長:

鋼絲繩偏角:

外偏角:

α1=1°12＇

內偏角:

均滿足規程要求。

鋼絲繩的仰角:

下繩仰角:

又，依據《煤礦安全規程》第397條要求，經插值法計算該提升系統所需過卷、過放距離為Hj=Hg=5888mm，取Hj=Hg=6500mm。

提升電動機預選:

寬罐升降最大件時，窄罐裝二車矸石為配重，同時升降最大件時低速運行。以升降矸石計算電動機功率:

選用電動機 Y5008-10，N=560kw，nd=590rpm

礦井提升運輸是采煤生產過程中的重要環節，礦井提升機作為礦山的大型固定設計之一，是聯系井下與地面的主要運輸工具。由于礦井提升設備服務年限長、投資大、電耗多，所以為了降低礦石成本，提高生產的安全可靠性，必須經濟合理的設計和使用礦井提升設備。