張崇軍

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司， 山西 太原 030024）

引言

提升機在煤礦生產(chǎn)中擔負著整個礦井物料、人員以及相關(guān)設(shè)備的運輸任務(wù)，其提升效率和安全性對保證煤礦整體的運輸能力和安全生產(chǎn)具有重要的意義。針對礦井提升機的傳統(tǒng)設(shè)計主要是在靜態(tài)下完成，隨著煤礦生產(chǎn)能力的增加，對于提升速度和高度的增加，對礦井提升的動態(tài)性能提出了更高的要求[1]。基于靜態(tài)設(shè)計所得的傳統(tǒng)提升機，在某種程度上不能夠完全滿足實際生產(chǎn)的需求。本文將重點完成礦井提升機的動態(tài)設(shè)計，并對其性能進行仿真分析驗證。

1 礦井主井提升機的選型設(shè)計

基于主井提升機的設(shè)計流程，并結(jié)合礦井的實際情況和基本要求，完成提升系統(tǒng)關(guān)鍵部件的選型、配置。

1.1 工程概況

本文所設(shè)計提升機將應(yīng)用在年生產(chǎn)能力為260萬t，提升高度為707.165 m 的礦井。為便于煤炭運輸，在綜采工作面配置了破碎機，將采煤機截割落煤的直徑破碎至<350 mm。基于合理的設(shè)計流程，重點完成提升系統(tǒng)中容器、首尾繩、罐道繩、主電機和制動系統(tǒng)的選型。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求和提升機的相關(guān)安全監(jiān)測規(guī)范，完成主井提升機關(guān)鍵部件的選型設(shè)計，設(shè)計依據(jù)如下。

年運輸量為260 萬t，煤炭容重為2.475 t/m3，采用三班工作制度，每班工作8 h，每年工作時間為330 d，綜采工作面的裝載高度為17.095 m，提升系統(tǒng)在井上的卸載高度為19.57m。綜合考慮礦井的提升量和提升高度，減小后期提升系統(tǒng)的管理難度，本礦井采用多繩底卸式箕斗帶平衡錘提升方式[2]。

1.2 提升系統(tǒng)關(guān)鍵部件的選型設(shè)計

在上述設(shè)計依據(jù)的基礎(chǔ)上完成提升容器、鋼絲繩、制動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的選型設(shè)計。

1.2.1 提升機提升容器的選型設(shè)計

本礦井提升系統(tǒng)對應(yīng)的提升高度H 為707.165 m，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求，要求提升速度不得超過。而對于箕斗式提升系統(tǒng)而言，一般取提升速度為。因此，應(yīng)用于本工程提升系統(tǒng)的合理提升速度為=10.64 m/s[3]。

根據(jù)實際提升過程中的加速度值、裝卸休止時間和提升高度等參數(shù)，確定一次循環(huán)所需提升時間為245.44 s，可以得出在一次循環(huán)提升的質(zhì)量為36 t。結(jié)合計算得出的一次最少提升量，選擇型號為DJD2/3-17 型多繩底卸式箕斗，該型箕斗的主要參數(shù)如表1 所示。

表1 DJD2/3-17 型多繩底卸式箕斗關(guān)鍵參數(shù)

所配置平衡錘需結(jié)合箕斗的自重和箕斗有效載重的1/2 質(zhì)量綜合確定，則所配置平衡的質(zhì)量不小于29000+37000/2=47500 kg。因此，選用DJP3 型多繩平衡錘。

對于提升系統(tǒng)的罐道形式，可選用鋼絲繩罐道和方鋼罐道[4]。鋼絲繩罐道與方鋼罐道相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、對提升容器沖擊載荷小、使用壽命長以及運行穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，因此，本工程選用鋼絲繩罐道。

1.2.2 鋼絲繩的選型設(shè)計

本提升系統(tǒng)的鋼絲繩分為首繩鋼絲繩和尾繩鋼絲繩，鋼絲繩的選型的主要依據(jù)為其單位重量。結(jié)合《煤炭安全規(guī)程》中所規(guī)定的鋼絲繩安全系數(shù)不小于7，并參照鋼絲繩終端載荷、提升高度等綜合要求，通過計算得出首繩鋼絲繩的單位質(zhì)量不小于5.66 kg/m，尾繩鋼絲繩的單位質(zhì)量不小于13.34 kg/m。綜合該項參數(shù)完成鋼絲繩的選型設(shè)計，選型結(jié)果如表2 所示。

表2 鋼絲繩選型結(jié)果

1.2.3 提升機的選型設(shè)計

根據(jù)礦井地面設(shè)施的布置情況，提升系統(tǒng)可分為塔式方案和落地式方案。其中，塔式方案配置提升機的型號為JKM-4×6，對應(yīng)摩擦輪的直徑為4 m，首繩鋼絲繩的數(shù)量為6 根。落地式方案配置提升機的型號為JKM-4.5×4，對應(yīng)摩擦輪的直徑為4.5 m，首繩鋼絲繩的數(shù)量為4 根。

綜合對比，塔式方案便于后期設(shè)備管理和維護。因此，本工程選用塔式方案，所配套提升機的關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。

表3 提升機選型結(jié)果及關(guān)鍵參數(shù)

2 提升機的仿真研究

基于ADAMS 軟件對所設(shè)計的提升機的性能進行仿真分析，結(jié)合設(shè)計的提升機各關(guān)鍵部件的參數(shù)包括提升容器、配重、罐道、主軸裝置和鋼絲繩等[5]，建立動力學(xué)模型。

設(shè)定仿真模型的驅(qū)動參數(shù)：提升機的最大提升速度為10.05 m/s，在減速和加速階段對應(yīng)的減速度和加速度分別為0.7 m/s2，在爬升階段的速度為0.5 m/s，系統(tǒng)在停車階段的減速度為0.125 m/s2，提升容器一次提升所需的時間為93.63 s。

在上述模型建立和仿真參數(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)上，分別對鋼絲繩的張力變化進行仿真分析。

鋼絲繩的張力分為箕斗側(cè)和平衡錘側(cè)的鋼絲繩張力變化，對應(yīng)的仿真結(jié)果如圖1 所示。

圖1 鋼絲繩張力變化曲線

如圖1 所示，在提升階段，箕斗側(cè)鋼絲繩的張力逐漸增大，而平衡錘側(cè)鋼絲繩的張力逐漸減小。在勻速運行階段，箕斗側(cè)鋼絲繩的張力波動情況大于平衡錘側(cè)鋼絲繩的波動情況，在其他運行階段，箕斗側(cè)鋼絲繩的張力波動情況小于平衡錘側(cè)鋼絲繩的波動情況?；穫?cè)鋼絲繩張力峰值在其減速停車階段，具體值為177 kN，平衡錘側(cè)鋼絲繩張力峰值出現(xiàn)在起始加速階段，具體值為172 kN。

3 結(jié)論

提升機為煤礦生產(chǎn)中主要運輸設(shè)備，承擔著煤炭、材料、矸石、人員以及相關(guān)設(shè)備的運輸任務(wù)。提升機運輸?shù)目煽啃灾苯記Q定煤礦生產(chǎn)的安全性。在實際生產(chǎn)中，隨著綜采工作面生產(chǎn)能力以及提升速度的增加，按照傳統(tǒng)靜態(tài)理念設(shè)計的提升機性能無法滿足其動態(tài)性能。本文基于《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求和實踐生產(chǎn)經(jīng)驗，完成了提升機的關(guān)鍵部件的選型設(shè)計，并對所設(shè)計提升機的鋼絲繩的張力變化進行仿真分析得出如下結(jié)論：

1）在勻速運行階段，箕斗側(cè)鋼絲繩的張力波動情況大于平衡錘側(cè)鋼絲繩的波動情況。

2）在提升運行階段，箕斗側(cè)鋼絲繩的張力逐漸增大，而平衡錘側(cè)鋼絲繩的張力逐漸減小。

3）根據(jù)仿真結(jié)果，所選型關(guān)鍵部件的設(shè)計值與張力值基本相同，說明本次設(shè)計提升可滿足其動態(tài)性能。