郭耀清

0 引言

麻家梁礦副井一號(hào)提升系統(tǒng)采用德國(guó)西馬格JKMD-5.7×4 多繩落地摩擦式提升機(jī)，罐籠自重54 t，設(shè)計(jì)最大有效提升負(fù)載能力為52 t（需拆除兩層罐籠門(mén)減重1.7 t）。因井下開(kāi)采的需要，麻家梁礦又增加了2 套型號(hào)為ZF15000/28/41 放頂煤新型液壓支架，這就造成了運(yùn)輸新支架提升系統(tǒng)超載的狀況。

1 原因及問(wèn)題

液壓支架運(yùn)輸方式為罐籠配合無(wú)軌膠輪車(chē)及卡特彼勒斗式支架運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，原支架重38 t (ZF13000/25/38），斗式支架運(yùn)輸車(chē)重12 t，負(fù)載總重50 t，罐籠自重53.6 t（實(shí)際運(yùn)行中，上層罐門(mén)0.85 t 不能拆除，另加裝罐頂燈箱重0.45 t)，負(fù)載加罐籠不超載。

運(yùn)輸新支架時(shí)，支架重43 t，斗式運(yùn)輸車(chē)12 t，負(fù)載總重55 t，罐籠自重53.6 t，負(fù)載加罐籠實(shí)際超重4.3 t。這種工況下，罐籠下放時(shí)安全制動(dòng)最小減速度為1.37 m/s2，不符合規(guī)程不小于1.5 m/s2的要求，首鋼絲繩的安全系數(shù)為7.77，也不符合規(guī)程不小于7.91 的要求，因此需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 解決方法和相關(guān)計(jì)算

通過(guò)分析論55 t 負(fù)載運(yùn)行時(shí)首繩的安全系數(shù)和下放時(shí)的安全制動(dòng)減速度不符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，而系統(tǒng)的其它性能及參數(shù)均符合設(shè)計(jì)和規(guī)程要求，采取增加制動(dòng)閘對(duì)數(shù)提高制動(dòng)安全系數(shù)和更換新型首繩方法進(jìn)行了改造。

2.1 相關(guān)計(jì)算

2.1.1 提升機(jī)防滑安全系數(shù)校驗(yàn)

等重尾繩提升系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），在載荷下放減速階段防滑安全系數(shù)最小，而靜防滑安全系數(shù)為常數(shù)，因此選取滿(mǎn)載罐籠在下到位時(shí)的工況對(duì)系統(tǒng)的靜、動(dòng)防滑安全系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

參數(shù)：罐籠重53.6 t（拆一層門(mén)，加燈箱重450 kg），平衡錘重77.6 t，提升距離537.7 m，載重55 t，L1=575 m，L2=34 m，L3=29 m，L4=572 m，L3-1=53.9 m，L4-2=44.5 m，L5-3=7.1 m，L6-4=7.2 m。

圖1 提升系統(tǒng)

2.1.1.1 靜防滑安全系數(shù)

計(jì)算時(shí)考慮提升機(jī)主繩輪上、下出繩段鋼絲繩部分質(zhì)量對(duì)主繩輪出繩靜張力的影響[1]。

式中：e——自然對(duì)數(shù)底2.731；

μ——繩與摩擦襯墊間摩擦系數(shù)0.25；

α——鋼絲繩與摩擦襯墊上的圍包角弧度：183.2°=3.196 rad；

Fxj——下繩側(cè)鋼絲繩靜張力Fxj=[55+53.6+（L1+L2-L3-1)質(zhì)量]×9.81=1 387.53 kN；

Fsj——上繩側(cè)鋼絲繩靜張力Fsj=[77.6+（L4+L3-L4-2)質(zhì)量]×9.81=1 098.52 kN；

2.1.1.2 動(dòng)防滑安全系數(shù)

在等重尾繩提升系統(tǒng)，重載下放減速段，忽略井筒提升阻力及天輪軸承阻力的條件下，F(xiàn)s、Fx除計(jì)入靜張力還應(yīng)計(jì)入制動(dòng)減速度時(shí)的慣性力[1]。同時(shí)考慮上、下出繩段鋼絲繩全部質(zhì)量，在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)張力對(duì)主繩輪出繩動(dòng)張力的減少和增強(qiáng)作用[2]。

其中：Fsj——上升側(cè)靜張力；

Fxj——下放側(cè)靜張力；

ms——上升側(cè)運(yùn)動(dòng)部分總質(zhì)量184.51 t[3]；

mx——下放側(cè)運(yùn)動(dòng)部分總質(zhì)量216.35 t[3]；

a——減速度0.5 m/s2。

由上可知：靜防滑系數(shù)σj=4.65≥1.75，動(dòng)防滑系數(shù)σd=2.53≥1.25，符合規(guī)定。

2.1.2 新繩安全系數(shù)校驗(yàn)

提升系統(tǒng)采用4 根德國(guó)達(dá)高型號(hào)為Ф62 mm 6*36WS+FC 的圓股首繩，抗拉強(qiáng)度1 770 N/mm2破斷力為2 754 kN，更換為同廠生產(chǎn)的型號(hào)為Ф62 mm 6*36WS+FC 的圓股鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度1 770 N/mm2破斷力2 896 kN。

55 t 重載時(shí)鋼絲繩安全系數(shù)：

式中：M——安全系數(shù)；

Qd——單根首繩中所有鋼絲破斷力2 896 kN；

Fjm——單根首繩實(shí)際所受的最大靜張力；

Q——罐籠載荷最大支架43 t，斗式拖車(chē)12 t；

Qz——罐籠設(shè)計(jì)自重54 t，拆掉下層罐籠門(mén)0.85 t，同時(shí)罐頂加燈和箱增重0.45 t，實(shí)際罐籠重53.6 t；

p——首繩每米重量14.8 kg/m;

q——尾繩每米重量19.5 kg/m；

H0——罐籠卸載位置至天輪中心線(xiàn)位置575 m；

Hw——在卸載位置時(shí)，罐籠尾繩垂懸高34 m；

n——首繩根數(shù)4；

n1——尾繩根數(shù)3；

代入式中可得M=8.17，安全系數(shù)8.17≥7.91 符合規(guī)程要求。

2.1.3 電機(jī)功率的估算

提升系統(tǒng)采用直連式交直交變頻同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率3 600 kW，定子額定電壓3 300 V，額定電流701.3 A，超載4.3 t 對(duì)提升驅(qū)動(dòng)功率需求增加8.2%。選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)已經(jīng)留有5%～10%的富裕，再加上電動(dòng)機(jī)自身設(shè)計(jì)時(shí)也留有150%～200%過(guò)載能力，故提升驅(qū)動(dòng)功率是富裕的。

2.2 改造內(nèi)容

2.2.1 制動(dòng)閘改造

提升制動(dòng)系統(tǒng)為液壓盤(pán)式制動(dòng)，制動(dòng)器型號(hào)為ST3-D，制動(dòng)閘型號(hào)為BE100，原設(shè)計(jì)是4 個(gè)閘座共12 對(duì)制動(dòng)閘，每個(gè)閘座帶有3 對(duì)制動(dòng)閘。利用每天的檢修時(shí)間，將滾筒出繩側(cè)的2 個(gè)閘座更換為可裝4對(duì)閘的閘座，每個(gè)閘座各再增加1 對(duì)新制動(dòng)閘，改造成為帶有14 對(duì)制動(dòng)閘的制動(dòng)系統(tǒng)。

2.2.2 更換鋼絲繩

在保證交通罐運(yùn)行的前提下，利用4 天的時(shí)間將大罐系統(tǒng)的4 根首繩更換為抗拉強(qiáng)度1 770 N/mm2破斷力2 896 kN 型號(hào)為Ф62 mm 6*36WS+F 的圓股鋼絲繩。

3 性能測(cè)試結(jié)果

3.1 最大不平衡載荷的靜態(tài)制動(dòng)安全系數(shù)試驗(yàn)

改造后對(duì)14 對(duì)閘進(jìn)行靜態(tài)制動(dòng)拉力試驗(yàn)，測(cè)得每1 對(duì)閘的制動(dòng)力為70 kN，制動(dòng)閘全部制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力為：14×70 kN=980 kN，滾筒兩側(cè)最大不平衡載荷為289.01 kN，最大不平衡載荷的靜態(tài)安全系數(shù)為980/289.01=3.39 符合《煤礦安全規(guī)程》不小于3.0 的要求。

3.2 盤(pán)形閘的空動(dòng)時(shí)間測(cè)試

對(duì)盤(pán)形閘貼閘時(shí)間測(cè)試得，28 個(gè)閘的空動(dòng)時(shí)間最小為0.19 s，最大為0.23 s，符合《煤礦安全規(guī)程》不超過(guò)0.3 s 要求。

3.3 全載全速試驗(yàn)

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全載全速(55 t、9.97 m/s)急停試驗(yàn)，測(cè)得在重載下放制動(dòng)最小減速度為1.58 m/s2，達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》≥1.5m/s2的要求。

提升機(jī)的其它各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目全部達(dá)到AQ 檢驗(yàn)規(guī)范要求。

電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、功率以及溫升均在正常值范圍內(nèi)。

4 應(yīng)用效果

提升系統(tǒng)改造后運(yùn)行了1 年時(shí)間，分別完成了兩個(gè)新工作面設(shè)備穩(wěn)裝和2 個(gè)舊工作面設(shè)備的拆除工作，共運(yùn)輸支架562 個(gè)（下放ZF15000/28/41 型支架270 個(gè)，ZF13000/25/38 支架出井292 個(gè)），系統(tǒng)一直運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)山西煤礦設(shè)備安全技術(shù)檢測(cè)中心對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了年檢，檢測(cè)項(xiàng)目全部符合要求。此項(xiàng)目的改造，節(jié)省了時(shí)間、節(jié)約了費(fèi)用，在基本不影響生產(chǎn)的情況下解決了運(yùn)輸大型重型液壓支架的實(shí)際問(wèn)題，提高了提升機(jī)的提升能力，保障了提升系統(tǒng)原有效能的發(fā)揮，保障了礦井安全平穩(wěn)、高效運(yùn)行的生產(chǎn)。

[1]GB50215-2005，煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[3]曾濤.關(guān)于礦井摩擦式提升機(jī)滑動(dòng)極限減速度公式的討論[J].煤炭工程，2009，（7）：10～12 .