李 琳

（山西宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045000）

礦井提升設備是礦井生產(chǎn)中的重要設備，主要用途是沿井筒提升礦物和矸石、升降人員、設備、下放材料等。提升鋼絲繩的作用是懸吊提升容器并傳遞動力，是礦井提升設備的關鍵組成部分，對礦井提升的安全和經(jīng)濟運轉(zhuǎn)具有重要作用。摩擦式提升機提升鋼絲繩的使用期限一般不超過2 a，為了安全生產(chǎn)，到期必須更換新鋼絲繩。因此，鋼絲繩更換施工時間的長短、更換的工藝和方法，直接影響礦山生產(chǎn)安全和效率，所以需要一種快速、安全、高效的鋼絲繩更換設備和工藝。

1 概 況

山西煤炭運銷集團保安煤礦主立井箕斗提升系統(tǒng)，采用落地式JKMD-3.5×4（Ⅲ）型多繩摩擦式礦井提升機，井筒全深594 m（井口至井底裝載口），井筒直徑5 m，井架高度46 m。井筒裝備一對JDGY-12 多繩提煤箕斗，最大載重12 t，自重18.8 t（加配重），全高14.8 m，箕斗上下口高度6.9 m，最大提升速度9.71 m/s，提升方式為雙箕斗提升。主提升鋼絲繩為32ZAB6V×34+NF1670ZZ（SS）鋼絲繩4 根（左、右捻各2 根），直徑32 mm，單重4.15 kg/m，全長約800 m；尾繩為P8×4×9—147×24 mm—1470 扁尾繩2 根，全長約700 m。主導輪直徑3.5 m，天輪直徑3.5 m，鋼絲繩間距300 mm，鋼絲繩實際安全系數(shù)6.87。目前保安煤礦主提升鋼絲繩到期，需要更換，規(guī)格為4×800 m/根。

2 礦山立井提升鋼絲繩更換裝置應用

2.1 傳統(tǒng)更換鋼絲繩的方法及存在的問題

目前，傳統(tǒng)更換鋼絲繩采用的方法主要為使用穩(wěn)車換繩。換繩前在井口布置穩(wěn)車，將每根新鋼絲繩提前纏到穩(wěn)車滾筒上，在井口房錨固固定每臺穩(wěn)車。提升鋼絲繩更換期間，井上下懸吊支撐提升容器，井口同時切斷舊提升鋼絲繩，新提升鋼絲繩和井口舊提升鋼絲繩繩頭搭接，利用舊提升鋼絲繩牽引新提升鋼絲繩，同時穩(wěn)車下放新提升鋼絲繩，井下馬頭門兩側(cè)內(nèi)回收舊提升鋼絲繩，井下舊提升鋼絲繩人工回收至提前特制的平板車內(nèi)，再人工運輸上井。但這種工藝存在以下問題。

（1）施工時間長，換繩工期需要3～7 d，影響煤礦生產(chǎn)效率。

（2）人工投入多，工序復雜，井上下均存在作業(yè)，危險系數(shù)高，勞動強度大，機械化程度不高。

（3）設備臺數(shù)多，設備需要運輸、安裝、錨固、拆除，工序多，機械費用高。同時施工場地占用面積大，特別是在狹小空間作業(yè)的時候受到限制。

（4）多臺設備同時運行，同步性不好，多繩受力不一致，可能引起卡罐安全隱患。提升鋼絲繩容易發(fā)生互相纏繞。

（5）舊繩需要在井下人工回收，再運輸?shù)骄希瑱z修程序多，安全性低。

（6）停電檢修期間需要解決井上下通訊問題。

（7）設備費、人工費高，設備需要做基礎，經(jīng)濟投入高。

2.2 電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置

為了解決傳統(tǒng)換繩過程中存在的一些問題，保安煤礦此次主提升鋼絲繩換繩作業(yè)中，研究出一種快速、安全的電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置。這種裝置結(jié)構設計緊湊，所需施工場地小，不需要做基礎加固，操作簡便，拖動力大，施工工期短，礦井提升系統(tǒng)恢復快，能保障礦井安全生產(chǎn)，機械化程度高，人工投入少，設備節(jié)能降耗效果好。如圖1 所示，各結(jié)構參數(shù)見表1。

表1 電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置技術參數(shù)Table 1 Technical parameters of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

圖1 電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置結(jié)構Fig.1 Structure of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

該換繩裝置分傳動部分、電控部分、液壓部分、機架四大部分，傳動部分由上底盤、下底盤、摩擦襯塊等組成，電氣部分采用了變頻器控制，液壓部分由前后油缸、液壓鎖、泵等組成。

（1）傳動部分。由上底盤、下底盤、履帶、摩擦襯塊組成。采用2 臺電機驅(qū)動上下兩條履帶運行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機驅(qū)動履帶運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)連續(xù)更換提升鋼絲繩。

（2）電控部分。由Y180M-4-B5 電機、XJB 240 減速機、120KVA 變頻器、手動操作控制器等組成。開動電機，履帶前進和后退達到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。該裝置為變頻V9-H 電機調(diào)速，帶剎車單元制動，可實現(xiàn)24 h更換一套提升系統(tǒng)鋼絲繩。

（3）液壓部分。由2 個前進油缸、2 個后退油缸、4 個手動三位四通換向閥、油泵等組成。液壓夾緊系統(tǒng)采用4 臺雙作用油缸，油缸進回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個手動換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動，液壓油經(jīng)油路到達手動換向閥，準確控制油缸的推出和回縮。達到計算確定工作油壓后，手動換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置。確保在整個換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（4）機架部分。機架是由底板、前伸傳動架、立架組成的焊接結(jié)構件，為無螺栓連接的快速拆裝支架，具有結(jié)構緊湊、占據(jù)空間小、外觀整齊等優(yōu)點，整個裝置重量輕、成本低，經(jīng)濟效益顯著。

電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置電氣原理如圖2 所示。

圖2 電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置電氣原理Fig.2 Electrical principle of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

2.3 參數(shù)驗算

（1）拖動力的計算。

電機功率P=18.5 kW，拖動速度V=0.33 m/s，電機額定力則總拖動力為56 061 N×4=224 242 N，減速器拖動力矩56 061 N×0.37=20 742 N·m。所選減速器型號為XJB240，額定輸出扭矩24 000 N·m，滿足要求。

（2）夾緊油缸的計算。

油缸直徑12.5 cm，工作壓力160 kg/cm2，油缸面積3.14×6.252=122.65 cm2，則壓力為122.65×160×9.81=192 521 N，4 個油缸為770 085 N。

（3）摩擦襯塊的計算。

摩擦力F=μN=0.26×192 521=50 055 N，則4個摩擦襯塊摩擦力為200 221 N。

2.4 工作原理

（1）采用2 臺電機驅(qū)動上下兩條履帶運行，液壓油缸夾緊上、下履帶，履帶上固定有高分子摩擦襯塊，上、下兩組襯塊夾緊鋼絲繩后，上、下履帶電機驅(qū)動履帶運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)連續(xù)更換提升鋼絲繩。

（2）液壓夾緊系統(tǒng)采用4 臺雙作用油缸，油缸進回油口加裝液壓鎖，控制油缸泄壓。4 個手動換向閥控制油缸的夾緊和松開。液壓站啟動，液壓油經(jīng)油路到達手動換向閥，準確控制油缸的推出和回縮。達到計算確定工作油壓后，手動換向閥停在停止位置，固定液壓油缸伸出位置，確保在整個換繩階段，油壓保持恒定，防止松繩。

（3）開動電機，履帶前進和后退達到收放鋼絲繩的目的，完成提升鋼絲繩的更換工作。換繩裝置為變頻V9-H 電機調(diào)速，帶剎車單元制動，安全可靠。

2.5 鋼絲繩更換裝置的優(yōu)點

（1）提升機鋼絲繩更換時間縮短。以往直徑較大、井深的提升鋼絲繩更換時間3～7 d，現(xiàn)在最快只需要20 h，保證了礦井生產(chǎn)安全和效率，減小井下其它檢修工程的壓力。

（2）所有操作均在井口進行，地面施工條件比井下相對較好，安全有保證；同時解決了傳統(tǒng)檢修停電期間井上下通訊問題。

（3）檢修程序減少。不需要每根新鋼絲繩提前纏繞在穩(wěn)車滾筒，不需投入穩(wěn)車設備，機械使用費用減少，施工占用場地小。舊提升鋼絲繩回收直接纏繞上輥，取消井下人工回收舊鋼絲繩到平板車再運輸至井上的環(huán)節(jié)，人工投入減少。

（4）該裝置采用變頻調(diào)速，提升鋼絲繩牽引速度可控，可與提升機同步協(xié)調(diào)，加強換繩安全。

（5）該裝置電機驅(qū)動履帶高分子摩擦襯塊牽引提升鋼絲繩，液壓系統(tǒng)壓緊上下履帶提供足夠的摩擦力，液壓系統(tǒng)加裝液壓鎖，保證安全；電機驅(qū)動軸帶剎車單元，保證不溜車，安全可靠。

（6）該裝置適用范圍廣，可適用于煤礦、金屬礦等各種摩擦式提升機鋼絲繩的更換，可更換鋼絲繩的直徑區(qū)間大，通過改變摩擦襯塊，可更換直徑32～54 mm 鋼絲繩。

（7）該裝置體積小，移動方便，需要的操作空間小，不需要做基礎加固，操作簡便，拖動力大，安全性能好，機械化程度高，人工成本低。

3 鋼絲繩更換程序

先更換主提升鋼絲繩，更換主提升鋼絲繩時分2 次，1 次更換2 根，之后再更換上天輪，最后更換下天輪。此換繩方法，先用換繩機收2 根舊鋼絲繩，再用換繩機放2 根新鋼絲繩。將箕斗停在井口搭設操作平臺，操作平臺搭設在提升繩連接裝置兩側(cè)，不影響提升裝置，換繩期間箕斗不出井口。

（1）舊繩回收。鋼絲繩更換裝置在井口固定后，斷開井口處提升容器上方其中2 根提升鋼絲繩，斷開處繩頭引入鋼絲繩更換裝置夾緊，開動鋼絲繩更換裝置牽引2 根提升鋼絲繩，直至井底提升容器上提至井口，舊繩回收完畢。

（2）引進新繩。2 根新提升鋼絲繩穿過鋼絲繩更換裝置，新提升鋼絲繩繩頭利用提升容器剩余的舊提升鋼絲繩卡固，開動提升機，舊提升鋼絲繩帶新提升鋼絲繩繩頭通過提升機滾筒到達井口，新提升鋼絲繩與井口提升容器連接固定。開動鋼絲繩更換裝置及提升機下放提升容器到井底，另一側(cè)提升容器到井口。在井口新提升鋼絲繩與提升容器連接固定。2 根提升鋼絲繩更換完畢。

（3）按照上述程序更換其余提升鋼絲繩。

4 應用效果

山西煤炭運銷集團保安煤礦主立井摩擦式提升機箕斗鋼絲繩更換工程中，采用了電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置，停產(chǎn)檢修時間比傳統(tǒng)換繩方法縮短了4 d，節(jié)約人工約330 工日，節(jié)約資金144 萬元，不僅增加了經(jīng)濟效益，而且施工安全性好，可靠性高。

5 結(jié)語

電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置不僅可以用于更換煤礦多繩摩擦式提升機鋼絲繩，也可適用于其它各類礦山施工中鋼絲繩的更換，尤其在深立井、大直徑的換繩施工中具有很大優(yōu)勢。此次電液驅(qū)動式煤礦立井提升機鋼絲繩更換裝置的實踐成功，為各類鋼絲繩的更換提供了工程經(jīng)驗借鑒，具有一定的實用價值。