【摘 要】近年來，我們單位針對煤礦主井提升設(shè)備系統(tǒng)方面存在的問題進(jìn)行仔細(xì)分析及解決思路，以下主要介紹留莊煤礦主井提升系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計(jì)方案、提出改造方法并進(jìn)行了實(shí)施，有效地保障了主井提升設(shè)備系統(tǒng)的安全運(yùn)行。改造后的提升系統(tǒng)將為今后礦井安全生產(chǎn)任務(wù)的完成，提供提升方面有力的保證。同時(shí)，可供其他類似礦井主井提升系統(tǒng)的技術(shù)改造借鑒。

【關(guān)鍵詞】煤礦主井 改造方法 提升機(jī)

1 系統(tǒng)概況

棗莊市留莊煤礦1989年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)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(jī)JR157-8，320KW 6KV，提升容器為QJS-4型鋼結(jié)構(gòu)輕型箕斗，自重3.45噸，載重4噸。技術(shù)改造后核定生產(chǎn)能力65萬噸。

2 存在問題及解決思路

隨著礦井現(xiàn)代化建設(shè)，采煤機(jī)械化程度的提高，集中運(yùn)輸量大幅增加，再加上井下煤倉容量較小，時(shí)常出現(xiàn)因滿倉而必須延時(shí)生產(chǎn)的現(xiàn)象。目前，主提升機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行均在22小時(shí)，已接近提升能力極限，成為制約我礦井安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的瓶頸。由于提升系統(tǒng)長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，接近或超過設(shè)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(jī)進(jìn)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(yán)重，約6個(gè)月更換一次，購置費(fèi)用支出較大。

通過對系統(tǒng)的分析、設(shè)備購置與維護(hù)，換繩費(fèi)用等的比較，結(jié)合對臨近相同礦井運(yùn)行情況的調(diào)研，按以下思路對提升系統(tǒng)進(jìn)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(chǔ)前方重新建一絞車基礎(chǔ)，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(shè)計(jì)依據(jù)

（1）原始數(shù)據(jù)：根據(jù)礦井核定生產(chǎn)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(shí)（按生產(chǎn)能力核定辦法）。主提升不平衡系數(shù)1.1，主井井筒直徑為4.0m。

（2）井口標(biāo)高 +40m 裝載標(biāo)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(shè)計(jì)選型

3.2.1鋼絲繩選擇及驗(yàn)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(shù)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定專為升降物料時(shí)安全系數(shù)不得小于6.5；

σB—鋼絲繩抗拉強(qiáng)度σB=1670MPa；

根據(jù)鋼絲繩所需單位重量及井筒裝備要求，結(jié)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(shù)驗(yàn)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(jī)選擇

（1）滾筒直徑：Dg≥80d=80×32=2560mm

Dg≥1200δ=1200×2.2=2640mm

（2）實(shí)際提升最大靜張力、最大靜張力差：

實(shí)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(jī)：根據(jù)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(jī)。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)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(jī)、天輪）Gj=22588 Kgf。

3.2.3選擇天輪

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

3.2.4電動機(jī)的選擇

電動機(jī)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(shù)，對于箕斗提升K=1.15；

ρ?—?jiǎng)恿ο禂?shù)，當(dāng)采用自然通風(fēng)方式電動機(jī)時(shí)ρ=1.2≈1.4；

η—減速器的傳動效率，采用滾動軸承時(shí)，取0.93。

Vmx—提升機(jī)選定的最大速度，

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

3.3 提升系統(tǒng)幾何參數(shù)

（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(tǒng)動力學(xué)計(jì)算

（1）系統(tǒng)變位質(zhì)量：

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

提升機(jī)：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(jī)：Gd=i2×（GD2）/Dg2= 302×34/3.052=3289kgf

（2）各階段張力計(jì)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(shù)，箕斗提升取1.15；Qz—一次提升量，4300公斤。

（3）等效力計(jì)算：

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

式中：Td—等效時(shí)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(jī)等效功率計(jì)算：

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

所選電動機(jī)合適。

（5）校核電動機(jī)過負(fù)荷系數(shù)：

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

式中：Fe—電動機(jī)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(xiàn)有供電設(shè)施，并結(jié)合當(dāng)前煤炭自動化、節(jié)能降耗的發(fā)展要求，絞車電控可采用高壓變頻自動控制系統(tǒng)。改造后的提升系統(tǒng)將為今后礦井安全生產(chǎn)任務(wù)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(yè)有限公司，自動化控制。