同忻矿三盘区副立井提升设备选型探讨

董亮亮

0 引言

同忻煤矿是国家发改委2006 年核准的全国10 个千万吨级矿井之一，也是山西省和同煤集团“十一五”期间的重点工程之一，2008 年4 月获取了山西省煤炭工业局批准的开工报告，2010 年建成并投产。矿井现开采一盘区，接替盘区为二盘区、三盘区。三盘区采用平硐-立井混合开拓方式，设计生产能力为10 Mt/a。三盘区大件设备运输利用胶轮车经平硐运至井下工作面，人员、小型设备和物料的运输通过新建副立井运至工作面。副立井井筒直径8 m，井深548.5 m，工作制度为年工作日330 d，日净提升时间为16 h。目前需要为副立井选择一款经济、合理的提升机来满足三盘区安全、高效生产的要求。

1 使用环境

新建副立井井筒位置在同忻二盘区与三盘区交接处，距两个盘区距离较近，可有效减少井下人员和材料等的运输距离。副立井井口标高+1 399 m，井底标高+850.5 m；最高环境温度+38.2 ℃，最低环境温度-32.4 ℃；装卸载点2 个；罐道类型为固定式钢罐道，最大提升重量9 t (胶轮车6 t，物料3 t)。

2 提升方式及容器的确定

2.1 提升方式

目前我国生产的提升机按钢丝绳在卷筒上连接形式主要分为单绳缠绕式和多绳摩擦式提升机，按钢丝绳数分为单绳和多绳。多绳摩擦式提升机按布置形式可分为落地式和井塔式。考虑井塔式布置较落地式布置施工周期长至少1 年以上以及井筒实际深度较深等原因，本设计最终确定选择落地式多绳摩擦提升机。

2.2 提升容器

根据同忻矿三盘区井下人员和采掘设备配置，井筒装备有两个非标单层多绳罐笼，罐笼标称自质量16 000 kg，允许乘50 人，一个水平异侧进出车。运输车采用WCQ-3 型防爆胶轮车，自质量Qc=6 000 kg，载矸（设备）质量3 000 kg（见第15 页图1）。

3 选择钢丝绳及安全系数校验

3.1 各种情况下钢丝绳绳端荷重

(1)宽罐空、窄罐空时钢丝绳绳端荷重：QK=157 kN。

(2)两罐均提人时钢丝绳绳端荷重：QR=196 kN。

(3)罐笼提设备或矸石（3 t）时钢丝绳绳端荷重：QG=245 kN。

主钢丝绳根据提升荷载，依照《煤矿安全规程》的相关规定和实际提升情况选择。考虑各种提升状况，确定主钢丝绳为4 根，型号为34ZBB6V×37S+FC1570ZZ，最小钢丝破断拉力总和842.73 kN，单位长度质量4.73 kg/m。设计考虑安装、更换检修方便及提升运行中更安全，选用扁尾绳2 根，抗拉强度1 370 MPa，型号为155×26-ZAB-PD8×4×9-1370，单位长度质量4.73 kg/m。

图1 提升系统

3.2 主、尾绳单位长度质量差

式中：n1——钢丝绳数量；

Pk——主绳钢丝绳单位长度质量；

Qk——2 根尾绳单位长度质量总和。

3.3 安全系数

3.3.1 升降人员

《煤矿安全规程》[1]规定多绳摩擦提升钢丝绳安全系数最低值 [mr]=9.2-0.005Ht=8.9，实际值m=。其中Qs为最小钢丝破断拉力总和；Qdrk为宽罐提人时绳端荷重；Hc为钢丝绳的悬垂长度；g 为重力加速度，g=9.81 m/s2；Ht为井筒深度。

3.3.2 升降物料（按升降1个矸石或料石车）

《煤矿安全规程》规定多绳摩擦提升钢丝绳安全系数最低值 [mg]=8.2-0.005Hc=7.9，实际值m=。

3.3.3 升降小型设备

升降小型设备时，设备自质量3 000 kg，多功能无轨胶轮车自质量6 000 kg，共9 000 kg；另一侧罐笼内空，送运设备时应慢速运行，确保提升安全。《煤矿安全规程》规定多绳摩擦提升钢丝绳安全系数最低值 [ mg]=8.2 -0.005Hc=7.9，实际值 m=。尾绳除承担本身质量外，无其他负荷，强度不再验算。根据以上计算，所选钢丝绳满足要求。

4 提升设备选择及校验

4.1 提升设备预选

主导轮及导向轮直径Dg=100d=100×34=3 400 mm（d 为钢丝绳直径），据此选用JKMD-3.5×4（I）型落地式多绳摩擦轮矿井提升机1 台。摩擦轮直径3 500 mm；允许最大静张力525 kN，允许最大静张力差140 kN；最大提升速度7.85 m/s，加减速度均为0.6 m/s2；提升机变位质量为20 600 kg，传动比11.5，要求衬垫摩擦系数μ≥0.25（或配K25 摩擦衬垫，确保0.25 摩擦系数），提升机液压站采用ABB公司产品。

4.2 提升机校验

最大静张力校验（按升降3 000 kg 设备）。

钢丝绳实际最大静拉力（取提人、提矸、提大件时的最大值校核）Fjmax=353.87 kN＜[Fj]=525 kN；

钢丝绳实际最大拉力差（取提人、提矸、提大件时的最大值校核）Fcmax=88.29 kN＜[Fc]=140 kN；

摩擦轮直径Dg=3 500 mm＞90d=3 060 mm；

天轮直径Dt=3 500 mm＞90d=3 060 mm；

钢丝绳作用在摩擦衬垫上的压强P=1.48 MPa＜2 MPa。

经上述校验可知，所选提升机满足要求。

5 电动机的选择

5.1 预选电动机

电动机按正常提升(提人、提矸、提大件)时的最大静拉力差进行预选。电动机功率除考虑20%矿井阻力系数(K)、15%动负荷影响系数外，另计入96.01%高原降效系数 (P)。当提升速度 (Vm)为7.85 m/s 时计算功率为Ns=KFmaxVmP/102ηj=919 kW，因此提升机主电动机选用YR21 000-12/1730 型电动机1 台，额定功率1 000 kW。

5.2 提升电动机校验

5.2.1 等效功率计算

提人时的等效力

式中：t ——物料提升一次的循环时间；

Td——提升系统等效时间。

从表 1 可以看出：第一主成分在 X1、X2、X6、X10与X11上具有较大的载荷，说明第一主成分在一定程度上代表着经济生活水平；第二主成分在X3、X4上具有较大的载荷，说明第二主成分在一定程度上代表着海洋渔业水平；第三主成分在X7、X8、X9上具有较大的载荷，说明第三主成分在一定程度上代表着居民收入水平。

提矸或小型设备时的等效力

求出最大等效力（取提人、提矸、提大件时的最大值校核）Fdmax=114 kN。

提矸或小型设备时，要求最大提升速度不超过6.5 m/s。

式中：Kgy——高原修正系数；

ηj——传动效率，ηj取0.92。

5.2.2 电动机功率富余系数

5.2.3 电动机过载能力

各种提升方式下最大力Fmax=165.814 2 kN；

电动机额定出力Fe=× 台数=112.590 9 kN；

5.2.4 电动机扭矩校验

提升系统最大静力矩Mj=Fcmax×Dg/2=154.5 kN·m，电动机输出扭矩Md=9 550×Pe×i×η×台数/n=204.94 kN·m，Md＞Mj。

经以上计算，所选电动机功率满足要求。

6 制动系统要求

安全制动系统采用恒减速制动，各种载荷不论上提或下放，安全制动速度均为1.5 m/s2。当恒减速制动失效后，系统无条件转入二级恒力矩制动，二级制动的一级制动减速度应满足：下放重载不得小于1.5 m/s2，提升重载时不得超过5 m/s2，且不得超过钢丝绳滑动极限减速度，衬垫与制动盘摩擦系数大于0.35。

7 提升系统防滑验算

7.1 围抱角

围抱角α=183°22′47″=3.2 弧度。

7.2 滑动极限减速度

本设计要求衬垫摩擦系数为0.25，根据目前国内产品和进口产品技术参数，衬垫摩擦系数完全能够满足0.25 的要求，设计取μ=0.25，此时eμα=2.225 865。

根据《煤矿安全规程》要求，经计算提升系统制动力取值范围为238 kN～264 kN，取制动力Ft=250 kN。制动力矩倍数K=Ft/Fcmax=2.83 倍＜3 倍，一级制动力矩无法满足《煤矿安全规程》要求，因此采用恒减速或二级制动，其中一级制动力矩倍数K1=2.83，二级制动力矩倍数K2≥3。主立井提升系统防滑计算见表1。

表1 主立井提升系统防滑计算

8 结语

对所选落地式多绳摩擦提升机钢丝绳、防滑安全系数等参数的计算和校验证明，本次所选JKMD-3.5×4（I）型落地式多绳摩擦轮矿井提升机具有安全可靠、提升能力强等特点，能够满足同忻矿三盘区安全高效生产要求，并为集团公司其他矿井中副立井提升设备选型提供了有利的借鉴。

［1］路琳.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011：206-242.