武林海 陳 青 武 桐

（晉中市煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西省晉中市，030600）

礦井提升設(shè)備是礦山的重要機(jī)電設(shè)備之一，它和通風(fēng)、排水、壓風(fēng)稱為煤礦的四大固定設(shè)備，是聯(lián)系礦井井下與地面的重要運(yùn)輸工具。礦井提升系統(tǒng)是整個(gè)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，一旦這個(gè)重要環(huán)節(jié)發(fā)生事故，整個(gè)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)就陷于癱瘓狀態(tài)。因此根據(jù)煤層的儲(chǔ)存條件、地形和水文地質(zhì)等因素正確合理地確定提升系統(tǒng)及提升設(shè)備，對(duì)礦井運(yùn)轉(zhuǎn)安全、可靠和高效率具有重要意義。在煤礦提升系統(tǒng)中輔助提升系統(tǒng)又是煤礦安全生產(chǎn)的補(bǔ)給線，輔助提升系統(tǒng)主要用于提升矸石、人員、材料和設(shè)備等的下放，輔助提升系統(tǒng)的提升能力、機(jī)械化程度及其安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)工藝、機(jī)械化程度及經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，輔助提升系統(tǒng)的提升工作在整個(gè)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中占有重要作用。因此，對(duì)輔助提升系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)研究，找出影響因素并實(shí)施技術(shù)改造，進(jìn)而提高輔助提升系統(tǒng)的可靠性，對(duì)礦井經(jīng)濟(jì)效益的提高意義重大。

1 原輔助提升系統(tǒng)的簡介及存在問題

1.1 原輔助提升系統(tǒng)簡介

靈石某礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60 萬t／a，斜井開拓，采用綜放采煤工藝，副斜井井筒長度為302m，傾角為24°，斜井單鉤串車提升，串車在井口運(yùn)行距離為9m，凈寬為3.6m，高為3.3m，凈斷面為10.45m2，輔助提升最大件質(zhì)量為6t，采用JTP-1.6×1.5型提升絞機(jī)，最大靜張力為45kN，電機(jī)功率132kW。副井輔助提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著人員運(yùn)送、進(jìn)風(fēng)及全部副井輔助提升任務(wù)兼安全出口。原設(shè)計(jì)提升機(jī)房位于副斜井的東側(cè)、副斜井提升中心65m，距井口前88m 處。天輪位于副斜井提升中心線35m 處。

一般情況下，副斜井輔助提升系統(tǒng)主要由提升機(jī)、提升容器、提升鋼絲繩、天輪 （固定）及其附屬設(shè)施組成。提升機(jī)滾筒中心、天輪與輔助提升井筒提升中心線 （軌道中心線）在一個(gè)軸線上布置，原提升系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 原提升系統(tǒng)布置圖

由于天輪布置位置及高度由井口車場(chǎng)形式、長度和提升容器數(shù)量確定，提升機(jī)滾筒位置由提升機(jī)滾筒至天輪之間鋼絲繩允許內(nèi)外偏角確定。因此一般天輪位置和高度可由式 （1）計(jì)算：

式中：Lt——井口距天輪距離，m；

Ld——串車在地面車場(chǎng)運(yùn)行距離，m；

Lc——提升串車長度，一般每節(jié)礦車 （1t）按2m 計(jì)算；

Ht——天輪高度，Ht=50tgβ，m；

β1——鋼絲繩在串車組停車點(diǎn)處的允許牽引角，通常β1≤9°～12°，一般取β1=9°；

β——鋼絲繩在串車組停車點(diǎn)處的實(shí)際牽引角，（°）。

由圖1及式 （1）可知，在提升系統(tǒng)中，天輪位置確定后，提升機(jī)滾筒中心至天輪水平距離由式（2）計(jì)算：

式中：Ls——天輪距滾筒中心水平距離，m；

B——提升滾筒寬度，m；

C——滾筒軸中心與井口車場(chǎng)高差，一般為0.6～0.7m，m；

Rg——滾筒半徑，m。

1.2 原輔助提升系統(tǒng)存在的問題

由于原輔助提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成較早，使用年限較長，原設(shè)計(jì)采用的產(chǎn)業(yè)政策、法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)用的政策有部分內(nèi)容不同。因此從生產(chǎn)實(shí)際、地理因素和設(shè)備需求等考察，主要存在以下問題。

（1）由于開采10＃和11＃煤層所需大型設(shè)備液壓支架的下放，輔助提升最重件為16.5t，為了滿足提升矸石、下放大件、人員運(yùn)送、設(shè)備和材料下放等的需要，原設(shè)計(jì)采用JTP-1.6×1.5型提升絞機(jī)，最大提升質(zhì)量為6t，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其需要。

（2）原設(shè)計(jì)天輪位于副斜井提升中心線35m，由天輪位置計(jì)算公式中可知，在串車組、串車在地面車場(chǎng)運(yùn)行距離是一定的情況下，地面天輪的位置及高度主要取決于串車組停車點(diǎn)處的牽引角，由于正切函數(shù)為單調(diào)遞增函數(shù)，因此牽引角越大，天輪高度越高，鋼絲繩與天輪間摩擦力越大，提升機(jī)滾筒中心距井口距離越大；提升機(jī)滾筒距天輪 （固定）位置與提升鋼絲繩內(nèi)外偏角及提升滾筒寬度、直徑有直接關(guān)系。由于提升機(jī)離井口的距離限制、設(shè)備的損耗，因此天輪的位置及其高度已不能滿足現(xiàn)實(shí)需求。

（3）原設(shè)計(jì)提升機(jī)房位于副斜井的東側(cè)，根據(jù)式 （1）及式 （2）計(jì)算：一次提升3個(gè)1t的“U”礦車、井口運(yùn)行距離10 m、天輪高度4 m，Lt=41.3m，Ls=38.1 m；提升機(jī)滾筒中心距井口距離為L=Lt+Ls=79.4m，提升機(jī)房寬度為12 m，因此提升機(jī)房外墻距井口距離為87.4 m，煤礦井口前必須有近90m 的場(chǎng)地 （包括排水行人通道）才能滿足其需要，而原設(shè)計(jì)提升機(jī)房位于井口前88m 處，又根據(jù)實(shí)際勘察資料顯示，原設(shè)計(jì)副井絞車房位于山體滑坡地段，由此可見在距離及其位置上，已不能新建提升機(jī)房，因此根據(jù)實(shí)際需要及確保提升安全，原提升機(jī)房需進(jìn)行改造。

2 輔助提升系統(tǒng)技術(shù)改造方案

輔助提升系統(tǒng)改造的目的是為了滿足建設(shè)高產(chǎn)、高效礦井的需要及克服地理狀況、系統(tǒng)本身存在的諸多弊端，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)調(diào)查論證后發(fā)現(xiàn)該礦副斜井井口前42m距離可以利用，前方區(qū)域?qū)倩挛ｋU(xiǎn)地段；而礦井機(jī)修車間、消防材料庫等地面建筑位于井口西側(cè)，為了滿足副井井口房、地面平車場(chǎng)等輔助提升系統(tǒng)提升等工作量相對(duì)較小的需要，經(jīng)多方考察、實(shí)踐和論證后，對(duì)輔助提升系統(tǒng)作以下技術(shù)改造。

2.1 提升機(jī)的改造

由于開采10＃和11＃煤層所需大型設(shè)備液壓支架的下放，輔助提升最重件16.5t，為滿足提升矸石、下放大件、人員運(yùn)送、設(shè)備和材料等的需要，副井提升系統(tǒng)采用JK-2.5×2P 型單卷筒繞式提升機(jī)，最大靜張力90kN，電機(jī)功率355kW，制動(dòng)減速度為0.5 m／s2，提升機(jī)配制盤型閘、液壓站能實(shí)現(xiàn)二級(jí)制動(dòng)，因此所產(chǎn)生的安全制動(dòng)力滿足《煤礦安全規(guī)程》和 《煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)》的相關(guān)規(guī)定，也能滿足生產(chǎn)的需要。

2.2 天輪的改造

天輪采用TSG-2500／16型固定天輪，為滿足最大串車在井口車場(chǎng)運(yùn)行距離和鋼絲繩在串車組停車點(diǎn)處允許的牽引角的需要，減小牽引角和摩擦力，因此不設(shè)井架，將原設(shè)計(jì)天輪水平設(shè)置，由式（1）可知，Ht=0m，位于副斜井井筒提升中心線36m （即Lt=36m），由于該礦副斜井井口前42m可以利用，因此此段距離可滿足需要。天輪作為導(dǎo)向輪使用，導(dǎo)向輪一側(cè)切線與副斜井提升中心線平行且豎向重疊，導(dǎo)向輪安裝高度距井口車場(chǎng)水平0.5m；防止鋼絲繩松垮與地面接觸，減小磨損，因此在導(dǎo)向輪與井口方向距導(dǎo)向輪1.5 m 處設(shè)托繩滾。

2.3 提升機(jī)房的改造

由于天輪占據(jù)斜井井口前36 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探，副斜井口對(duì)面37m 處有山體的存在，且存在山體滑坡現(xiàn)象，經(jīng)礦方多次治理，雖滑坡現(xiàn)象得到一定控制，但在該處新建絞車房仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)，為了保證礦井輔助提升的安全性，提升機(jī)房不能設(shè)置在井口正前方。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考證，礦井機(jī)修車間、消防材料庫等地面建筑位于井口西側(cè)，為了減小輔助提升系統(tǒng)提升工作量，提升機(jī)房放置西側(cè)，由于地理因素影響，于天輪35m 處較為合理。為了減小摩擦，提升機(jī)出繩方向與副斜井提升方向成110°夾角，提升機(jī)鋼絲繩出繩仰角為0°，改造后提升系統(tǒng)見圖2。

圖2 改造后提升系統(tǒng)布置圖

由圖2可以看出，提升系統(tǒng)改造的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)為天輪的安裝位置及安裝方式。因此從天輪的受力情況分析，改造前、后天輪受力相同，而受力方向不同。

改造前，天輪所受合力F3方向垂直于地面，由天輪架承受；改造后，天輪水平設(shè)置，天輪所受合力F3′為水平方向，且與提升方向水平拉力F1′成55°角，改造前、后天輪受力見圖3、圖4。

由圖3和圖4可以看出，輔助提升系統(tǒng)中天輪技術(shù)改造的關(guān)鍵是：

（1）導(dǎo)向輪 （天輪）受力F3′方向必須設(shè)置強(qiáng)度大于F3′的豎向支撐體。原設(shè)計(jì)天輪豎直放置，四腳支架垂直地面高4 m 處，而改造后天輪水平放置，支架設(shè)置在天輪周圍，并距地面高0.5 m；為防止鋼絲繩松垮從導(dǎo)向輪繩槽脫落，在導(dǎo)向輪鋼絲繩范圍內(nèi)設(shè)置防脫滾。

（2）導(dǎo)向輪 （天輪）轉(zhuǎn)動(dòng)軸下方設(shè)置支撐導(dǎo)向輪（天輪）的水平支撐體，以防止拉力作用，天輪松動(dòng)。

（3）由于提升機(jī)鋼絲繩出繩仰角為0°，如果鋼絲繩松垮，導(dǎo)致鋼絲繩拖地受到磨損、增大摩擦力及鋼絲繩偏轉(zhuǎn)方向，因此在提升機(jī)房至導(dǎo)向輪設(shè)托繩架，并在托繩架設(shè)置托繩滾及壓繩輪。

3 改造后的運(yùn)行效果

輔助提升系統(tǒng)改造后，經(jīng)運(yùn)行1 年后效果分析，平均每班提升矸石4次，原設(shè)計(jì)為3次；下放材料設(shè)備19次，原設(shè)計(jì)為13次；火工品及其他運(yùn)輸9次，原設(shè)計(jì)為7次，提升效率明顯增加，完全滿足60萬t／a生產(chǎn)能力的需求。每班運(yùn)行時(shí)間由原來的4.13h調(diào)高到現(xiàn)在的4.75h，符合輔助提升系統(tǒng)的要求，因此提升機(jī)的改造，大大提高了副井的提升能力。由于天輪安裝位置、方向及牽引角的改變，使得垂直支架的受力減小，摩擦力減小。運(yùn)行1年來，鋼絲繩無受損情況的出現(xiàn)，因此實(shí)現(xiàn)了副井提升系統(tǒng)的安全、可靠、高效運(yùn)行。

4 結(jié)語

通過對(duì)靈石某礦副井提升系統(tǒng)技術(shù)改造，逐步消除了輔助提升系統(tǒng)改造前所存在的問題，輔助改造的效果非常顯著。

（1）提升機(jī)的改造，安全制動(dòng)力滿足 《煤礦安全規(guī)程》第432條的規(guī)定，所選提升機(jī)滿足要求。

（2）天輪安裝方式及位置的改造，使得減小了導(dǎo)向輪支架的受力及鋼絲繩對(duì)天輪的摩擦力，因此大大提高了生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效率。

（3）受地形的影響，因此對(duì)提升機(jī)房的改造，不僅能保護(hù)提升裝置，而且大大提高了提升系統(tǒng)的安全性、可靠性。

因此，對(duì)靈石某礦輔助提升系統(tǒng)的優(yōu)化改造，簡化了輔助提升系統(tǒng)的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，提高了運(yùn)輸能力，減少了設(shè)備的占用，提高了煤礦安全保障的能力，實(shí)現(xiàn)了輔助提升系統(tǒng)的自動(dòng)化、連續(xù)化、高速化的運(yùn)輸，取得了比較可觀的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。通過此次改造，輔助提升系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計(jì)合理、安全可靠，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，措施到位、工藝合理，大大提高了生產(chǎn)效率，提高了副井提升能力，同時(shí)為相似礦井提供了重要的借鑒價(jià)值和指導(dǎo)意義，具有很好的應(yīng)用推廣前景。

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