留莊煤礦主井提升系統改造方案

【摘 要】近年來，我們單位針對煤礦主井提升設備系統方面存在的問題進行仔細分析及解決思路，以下主要介紹留莊煤礦主井提升系統技術改造的設計方案、提出改造方法并進行了實施，有效地保障了主井提升設備系統的安全運行。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。同時，可供其他類似礦井主井提升系統的技術改造借鑒。

【關鍵詞】煤礦主井 改造方法 提升機

1 系統概況

棗莊市留莊煤礦1989年建成投產，設計能力為年產30萬噸。主井提升絞車為2JK-2.5×1.2/20型，Vm=4.79（m/s），配用電機JR157-8，320KW 6KV，提升容器為QJS-4型鋼結構輕型箕斗，自重3.45噸，載重4噸。技術改造后核定生產能力65萬噸。

2 存在問題及解決思路

隨著礦井現代化建設，采煤機械化程度的提高，集中運輸量大幅增加，再加上井下煤倉容量較小，時常出現因滿倉而必須延時生產的現象。目前，主提升機滿負荷運行均在22小時，已接近提升能力極限，成為制約我礦井安全、穩定生產的瓶頸。由于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，且使用年限較長，磨損明顯，2004年6月對減速機進行了更換，2005年12月又更換主軸裝置。由于鋼絲繩雙層纏繞，咬繩嚴重，約6個月更換一次，購置費用支出較大。

通過對系統的分析、設備購置與維護，換繩費用等的比較，結合對臨近相同礦井運行情況的調研，按以下思路對提升系統進行改造：改兩層纏繞為一層纏繞，延長鋼絲繩壽命；絞車不再更換部件，在原絞車基礎前方重新建一絞車基礎，直接由2JK-2.5×1.2/20型改為2JK-3.0×1.5/20。

3 改造方法

3.1 設計依據

（1）原始數據：根據礦井核定生產能力65萬噸的情況，提升能力AN≥0.82Mt/a，年工作日br=330天，日提升t=18小時（按生產能力核定辦法）。主提升不平衡系數1.1，主井井筒直徑為4.0m。

（2）井口標高 +40m 裝載標高 -307m（箕斗底面）

（3）井架高度 32m 卸載受煤口高度（16.3）m

（4）箕斗自重Qc=3400公斤（箕斗自重參考值），載重QZ≤4500公斤，一般載重4300公斤，鋼軌罐道，采用定重裝載方式。

（5）提升高度Ht=371m 最大懸掛高度Hc=392m

3.2 設計選型

3.2.1鋼絲繩選擇及驗算

（1）繩端荷重：Qd=Qc+Qz=3400+4300=7700kg；

（2）鋼絲繩單位重量：

Pk=Qd/（σB/9000gm-Hc）=7700/（1670×106/9000×9.8×6.5-392）=3.1kg/m；

式中：m—鋼絲繩安全系數，《煤礦安全規程》規定專為升降物料時安全系數不得小于6.5；

σB—鋼絲繩抗拉強度σB=1670MPa；

根據鋼絲繩所需單位重量及井筒裝備要求，結合副井鋼絲繩，選用同型號鋼絲繩：32-ZAA-6V×34+FC-1670-ZZ-615-416-GB/T8918鋼絲繩，單位重量4.15Kg/m。

（3）提升鋼絲繩安全系數驗算：

m= Qq /（Qz + Qc + Pk Hc）g=723855/（4300+3400+4.15×392）g

=723855/91403=7.9>6.5 滿足要求；

3.2.2提升機選擇

（1）滾筒直徑：Dg≥80d=80×32=2560mm

Dg≥1200δ=1200×2.2=2640mm

（2）實際提升最大靜張力、最大靜張力差：

實際提升最大靜張力：Fmax=（Qd + Pk Hc）g=（7700 + 4.15 ×392）×9.8=91403N；

最大靜張力差：Fc=（Qz + Pk Hc）g=（4300 + 4.15 ×392）×9.8=58083N；

（3）確定提升機：根據鋼絲繩直徑、滾筒直徑、最大靜張力及最大靜張力差，盡量單層纏繞以延長鋼絲繩使用年限，選用2JK-3/20E型單繩雙滾筒纏繞式提升機。其主要技術數據如下：滾筒直徑Dg=3米；滾筒寬度Bg=1.5米；減速器速（XL-30）比i=20；最大速度Vm=5.73 ；最大靜張力Fmax =130；最大靜張力差Fc=80 KN；總變位重量（不含電機、天輪）Gj=22588 Kgf。

3.2.3選擇天輪

根據鋼絲繩直徑和《煤礦安全規程》要求，考慮到井架改造的方便，將天輪做成TSG2650/19型非標天輪，變位重量Gt≈780 Kgf 。

3.2.4電動機的選擇

電動機軸功率：N=KQVmx×ρ/102η=1.15×4300×5.8×1.4/102×0.93=423.3KW

式中：K—提升阻力系數，對于箕斗提升K=1.15；

ρ?—動力系數，當采用自然通風方式電動機時ρ=1.2≈1.4；

η—減速器的傳動效率，采用滾動軸承時，取0.93。

Vmx—提升機選定的最大速度，

選配電動機YR4504-8 6KV 450KW 735rpm 最大轉矩與額定轉矩之比λm=1.8，效率ηc=0.934，回轉力矩GD2=34kgm2（優選同功率變頻電動機6KV）。

3.3 提升系統幾何參數

（1）提升鋼絲繩中心至滾筒中心距離（由原來的37米改為31.25米）：Ls=31250mm

（2）提升弦長：Lx=[（Ls- Dt/2）2+（ HJ- C）2] -2

=[（31.25- 2.65/2）2+（32.02- 0.75）2] -2

=43.282m；

3.4 提升系統動力學計算

（1）系統變位質量：

∑m=∑G/g=（Gj+2Gt+Gs+Gc+Gd）/g=42476/9.81=4330kg

提升機：Gj=22588kgf；天輪：2Gt=2×780=1560kgf；鋼絲繩：Gs=2[4.15×（392+43.804+10+3×3.14×3.05）]=3939kgf；繩端重：Gc=2Qz+Qc=2×3400+4300=11100kgf；電動機：Gd=i2×（GD2）/Dg2= 302×34/3.052=3289kgf

（2）各階段張力計算如下：初加速F0=（K×Qz+PkHt）g+∑m×a0=（1.15×4300+4.15×371）×9.81+4330×0.35=65130 N；初加速終了F01=F01-2Pk×h0×g=64902N主加速開始F1=F01+∑m×（a1-a0）= 66418N；主加速終了F10=F1-2Pk×h1×g=64527N；等速開始F2=F10-∑m×a1=61496N；等速終了F20=F2-2Pk×h2×g=

35621N；減速開始F3=F20-∑m×a3=32590N；減速終了F30=F3-2Pk×h3×g=30601N；爬行開始F4=F30+∑m×a3=33632N；爬行終了F40=F4-2Pk×h4×g=33428N；制動停車F5≈F50=（K×Qz-Pk×Ht）g-∑ma5=31241N。其中K—礦井提升的阻力系數，箕斗提升取1.15；Qz—一次提升量，4300公斤。

（3）等效力計算：

Fd=（∑F2t/Td）-2=（1.89246×1011/66.545）-2=53.33KN

式中：Td—等效時間，Td=1/2（t0+t1+t3+t4+t5）+t2+θ/3=66.545

∑F2t=1/2（F02+F012）t0+1/2（F12+F102）t1+1/3（F22+F2F20+F202）t2

+1/2（F32+F302）t3+1/2（F42+F402）t4+1/2（F52+F502）tZ

=1/2（651302+649022×4+1/2（664182+645272） ×6.39

+1/3（614962+61496×35621+356212） ×54.14+1/2（325902+306012） ×7.67

+1/2（336322+334282） ×5+1/2（312412+312412） ×1

=1.89246×1011N

（4）電動機等效功率計算：

Pd=FdVmK/η=53.33×5.87×1.15/0.85=423.5KW<450KW

所選電動機合適。

（5）校核電動機過負荷系數：

λm=Fmax/Fe=66.418/68.419=0.97<λe=0.75×1.8=1.35滿足。

式中：Fe—電動機額定力 Fe=Pcηc/Vm=430×0.934/5.87=68.419KN

Fmax —最大靜張力， Fmax=F1=66.418KN

為利用現有供電設施，并結合當前煤炭自動化、節能降耗的發展要求，絞車電控可采用高壓變頻自動控制系統。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。

作者簡介：任安國（1970—），男，山東棗莊人，本科，棗莊市留莊煤業有限公司，自動化控制。