主立井提升系統(tǒng)能力改造方案研究及應(yīng)用

孫啟迪

（福興集團(tuán)有限公司，山東 棗莊 277300）

1 系統(tǒng)概況

福興煤礦主井提升選用2JK-3.5/20A 型單繩纏繞式提升機(jī)，提升高度為509.1 m，鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度529.6 m。采用JG-3 型鋼罐道單繩箕斗，箕斗自重3500 kg，載重3 t，本體高度4.808 m，全高6.5 m；提升機(jī)鋼絲繩選用32NAT 6V×34S+FC-1570 型；連接裝置采用XS-90 型楔形環(huán)連接；天輪直徑為3 m；電動(dòng)機(jī)為Z500-1A 型直流電動(dòng)機(jī)，額定功率為400 kW；電控裝置采用TKD/ZS-SL400KW/440 V 型直流調(diào)速裝置調(diào)速。

2 方案比較

將主井提升能力由39 萬t/a 提高到60 萬t 以上/年，有三種方案。一是提高絞車運(yùn)行速度；二是同時(shí)增加提升速度和箕斗單鉤提升量；三是增加單鉤提升重量。如若采用方案一，原單鉤理論提升時(shí)間100.29 s，需降低到65 s。經(jīng)核算其運(yùn)行速度大于13.5 m/s，不符合安全規(guī)程最大運(yùn)行速度規(guī)定，且提速后原提升裝置過卷過放和距離不足，電機(jī)、變壓器、減速機(jī)及電控系統(tǒng)改造成本偏大。若采用第二種方案，因速度增加，其電機(jī)、減速機(jī)、箕斗、電控均需改造，綜合評(píng)定成本較高。若采用第三種方案，原JG-3 型箕斗自重3.5 t，載重3 t，按照公式A=3600.b.t.PM/10000K1.K2.T 計(jì)算結(jié)果，選擇單鉤提升5 t 箕斗，年提升能力為65.5 萬t/a，僅更換電機(jī)、箕斗和增加部分電控柜，成本較方案二低，最為合理。

3 改造方案

3.1 箕斗改造

將原主井箕斗改大，保留原井筒鋼罐道不變。箕斗按現(xiàn)有井筒斷面設(shè)備布置尺寸定做，滿足現(xiàn)有空間要求，使改造后的箕斗斷面不變，只增箕斗高度，在過卷過放距離滿足的情況下，不會(huì)對(duì)現(xiàn)在的通風(fēng)、井筒設(shè)施等其他情況產(chǎn)生不利影響。

經(jīng)與箕斗廠家測(cè)定，最終確定箕斗加高1 m，滿足使用要求?；愤x用JGQ-5 型新型航空鋁合金材質(zhì)輕型箕斗，其主要參數(shù)為：本體加連接裝置、滾動(dòng)罐耳等共重3000 kg，載重Q=5 t，箕斗本體高度Hrp=6.5 m，箕斗全高Hr=8 m。提升容器中心距S=1.8 m。

3.2 過卷過放距離核算

按照《煤礦安全規(guī)程》第四百零七條計(jì)算，福興煤礦主井提升速度6.69 m/s，其按照插入法計(jì)算過卷過放距離為：S=6.5+[（8.25-6.5）/（8-6）]×（6.69-6）=7.1 m。更換箕斗后，箕斗底距下托罐裝置間距8.5 m，箕斗頂部連接裝置距上防撞梁9.2 m，均大于7.1 m。

3.3 井筒裝備

箕斗改造后，箕斗與卸載曲軌、煤倉(cāng)、定量斗相對(duì)位置不變。運(yùn)行罐道、緩沖裝置、托罐裝置、防撞梁以及箕斗與罐道間距均不變，最大程度地節(jié)約了改造成本。

3.4 定量斗改造

井底煤倉(cāng)采用上裝式，井下箕斗裝載硐室及井底煤倉(cāng)作相應(yīng)調(diào)整。原井下裝載硐室定量斗容量為6.85 m3，其載重：6.85/1.5=4.5 t。為確保其有效容量需對(duì)其改造增加有效容積，一側(cè)上部增寬0.5 m可得有效體積增加1.65 m3，增重約1.1 t。改造后定量斗容積為8.5 m3，載重5 t。

3.5 地面皮帶及振動(dòng)篩能力校核

改造后主井年提升能力：

A=3600×b×t×PM×K/(104×K1×K2×T)

=3600×330×18×5×1/(104×1.1×1.15×129)

=65.5(萬t/a)

（改造后，原提升速度不變，129 s 為原實(shí)測(cè)單鉤運(yùn)行時(shí)間）。

現(xiàn)有給煤機(jī)(145 萬t/a)、振動(dòng)篩(145 萬t/a)、地面皮帶機(jī)(145 萬t/a)其運(yùn)輸、處理原煤能力能夠滿足改造后需求。

3.6 鋼絲繩升級(jí)改造

由于鋼絲繩直徑不改變，滾筒現(xiàn)有容繩量和單層纏繞的條件不變，不改造滾筒、天輪直徑、滾筒及天輪襯墊弧度，成本控制最低。為安全起見，將原鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度增大為1670 MPa，其他不變，對(duì)其安全系數(shù)進(jìn)行校核：

提升高度Ht=460+49.1=509.1 m， 懸垂長(zhǎng)度Hc=Hj+Ht-Hx=529.6 m，繩端荷重Qd=Qz+Q=8000 kg。提升鋼絲繩選擇32NAT 6V×34S+FC 1670 型，主要技術(shù)參數(shù)：繩徑dk=32 mm，鋼絲繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量Pk=4.07 kg/m，鋼絲繩最大鋼絲直徑δmax=0.2 mm，鋼絲繩最小破斷拉力Qq=681 kN。

鋼絲繩安全系數(shù)校驗(yàn)：

鋼絲繩允許最小安全系數(shù)m=6.5，所選鋼絲繩滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。

3.7 偰形環(huán)連接升級(jí)改造

箕斗與提升鋼絲繩之間楔形連接裝置原采用XS-90 型，為安全起見，現(xiàn)升級(jí)采用XS-110 型偰形環(huán)連接，允許終端載荷110 kN。提升機(jī)鋼絲繩的端荷重 Qd=Qz+Q=50+30=80 kN＜110 kN，XS-110XS 型偰形環(huán)連接滿足要求。

3.8 提升機(jī)校驗(yàn)計(jì)算

主井提升原用2JK-3.5/20A 型單繩纏繞式提升機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 提升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

3.8.1 提升機(jī)最大靜張力

3.8.2 提升機(jī)最大靜張力差

3.8.3 滾筒直徑校驗(yàn)

80d=2560 mm ＜Dg=3500 mm，鋼絲繩在滾筒上纏繞層數(shù)為單層纏繞，鋼絲繩直徑不變，所選提升機(jī)滿足要求。

3.8.4 天輪直徑校驗(yàn)

天輪直徑校驗(yàn)：80d=2560 mm ＜Dt=3000 mm，1200δmax=2400 mm＜3000 mm，天輪直徑校驗(yàn)符合要求。

3.8.5 選擇電動(dòng)機(jī)

式中：K 為礦井提升的阻力系數(shù)，箕斗提升可取1.15；ρ 為動(dòng)力系數(shù)，箕斗提升可取1.2～1.3；Vm為提升機(jī)選定的最大速度，m/s；η 為減速器的傳動(dòng)效率，采用滾動(dòng)軸承時(shí)取0.92。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算，現(xiàn)有Z500-1A 400 型直流電動(dòng)機(jī)已不能滿足要求，須更換。選用Z500-3A（730 kW，880 V）直流電動(dòng)機(jī)，其中心高與原電機(jī)一致，基礎(chǔ)不必變動(dòng)。

3.8.6 減速機(jī)校核

現(xiàn)有減速器型號(hào)為ZZL-1000，減速比為20，減速機(jī)最大輸出力矩380 kN.m。減速機(jī)最大允許提升負(fù)荷：380/1.75=217.1 kN=21.7 t，最大靜張力差為115 kN，提升機(jī)靜力矩為201.25 kN.m，提升機(jī)最大靜力距為322 kN.m。按鋼絲繩、箕斗、載重之和為120 kN 核算：其滾筒靜載荷為120×1.75=210 kN.m＜322 kN.m。原減速機(jī)不必改造，滿足改造后需求。

3.9 整流變壓器升級(jí)

根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率，計(jì)算變壓器容量：

式中：β 為過載系數(shù)，取1.35；cosφ 為功率因數(shù)，取0.8。

為減少投資，選用兩臺(tái)680 kVA 的變壓器，需另增加一臺(tái)680 kVA，采用星形接法整流變壓器，串聯(lián)原有的680 kVA 三角形接法整流變壓器，兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作。

3.10 絞車電控升級(jí)改造

因絞車主電機(jī)由原來的400 kW、440 V 改造為730 kW、880 V，其電控部分也隨之變動(dòng)如下：

（1）將原有6 脈動(dòng)方式改造為串聯(lián)12 脈動(dòng)調(diào)速方式，其具備6 脈動(dòng)半速全載運(yùn)行功能，同原有6 脈動(dòng)方式相比，提高了安全系數(shù)。

（2）新增一套高壓柜、整流變壓器、J7 整流柜及6/12 脈動(dòng)切換柜，與原有系統(tǒng)構(gòu)成12 脈動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。

（3）原系統(tǒng)6 脈動(dòng)勵(lì)磁整流及電樞調(diào)節(jié)柜需更換為12 脈動(dòng)勵(lì)磁整流及電樞調(diào)節(jié)柜。12 脈動(dòng)勵(lì)磁整流及電樞調(diào)節(jié)柜中將配置2 套西門子最新型的6RA80 直流調(diào)速裝置。

（4）原有PLC 控制系統(tǒng)程序、上位機(jī)程序重新調(diào)試、修改以適應(yīng)新的730 kW 電機(jī)12 脈動(dòng)方式的運(yùn)行工況。

（5）部分元器件如操作臺(tái)儀表、操作按鈕、外部線路等需更改以適應(yīng)新的730 kW 電機(jī)12 脈動(dòng)方式的運(yùn)行工況。其余部分如快開、電抗器、編碼器、井筒開關(guān)等元件均保留原有設(shè)備。

3.11 制動(dòng)裝置校核

現(xiàn)有盤形閘制動(dòng)力矩：

（檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù))更換后鋼絲繩對(duì)滾筒的最大靜 力 距：Mj=Fc×D/2=70 124×3.5/2=122 717，Mz/Mj=3.67＞3，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 改造方案效果分析

福興煤礦主井提升能力改造施工僅用48 h 完成，并一次性試運(yùn)轉(zhuǎn)成功。改造方案僅更換箕斗、更換電機(jī)、增加部分電控柜，最大限度地減少改造工程量、節(jié)約改造成本。改造前，對(duì)影響提升安全的各個(gè)方面進(jìn)行了重新校核，改造后達(dá)到了預(yù)定的提升能力，確保了系統(tǒng)安全可靠。