留庄煤矿主井提升系统改造方案

2015-11-03任安国

中国科技纵横 2015年20期

【摘要】近年来，我们单位针对煤矿主井提升设备系统方面存在的问题进行仔细分析及解决思路，以下主要介绍留庄煤矿主井提升系统技术改造的设计方案、提出改造方法并进行了实施，有效地保障了主井提升设备系统的安全运行。改造后的提升系统将为今后矿井安全生产任务的完成，提供提升方面有力的保证。同时，可供其他类似矿井主井提升系统的技术改造借鉴。

【关键词】煤矿主井改造方法提升机

1 系统概况

枣庄市留庄煤矿1989年建成投产，设计能力为年产30万吨。主井提升绞车为2JK-2.5×1.2/20型，Vm=4.79（m/s），配用电机JR157-8，320KW 6KV，提升容器为QJS-4型钢结构轻型箕斗，自重3.45吨，载重4吨。技术改造后核定生产能力65万吨。

2 存在问题及解决思路

随着矿井现代化建设，采煤机械化程度的提高，集中运输量大幅增加，再加上井下煤仓容量较小，时常出现因满仓而必须延时生产的现象。目前，主提升机满负荷运行均在22小时，已接近提升能力极限，成为制约我矿井安全、稳定生产的瓶颈。由于提升系统长期处于满负荷运行，接近或超过设备最大承受能力，且使用年限较长，磨损明显，2004年6月对减速机进行了更换，2005年12月又更换主轴装置。由于钢丝绳双层缠绕，咬绳严重，约6个月更换一次，购置费用支出较大。

通过对系统的分析、设备购置与维护，换绳费用等的比较，结合对临近相同矿井运行情况的调研，按以下思路对提升系统进行改造：改两层缠绕为一层缠绕，延长钢丝绳寿命；绞车不再更换部件，在原绞车基础前方重新建一绞车基础，直接由2JK-2.5×1.2/20型改为2JK-3.0×1.5/20。

3 改造方法

3.1 设计依据

（1）原始数据：根据矿井核定生产能力65万吨的情况，提升能力AN≥0.82Mt/a，年工作日br=330天，日提升t=18小时（按生产能力核定办法）。主提升不平衡系数1.1，主井井筒直径为4.0m。

（2）井口标高 +40m 装载标高 -307m（箕斗底面）

（3）井架高度 32m 卸载受煤口高度（16.3）m

（4）箕斗自重Qc=3400公斤（箕斗自重参考值），载重QZ≤4500公斤，一般载重4300公斤，钢轨罐道，采用定重装载方式。

（5）提升高度Ht=371m 最大悬挂高度Hc=392m

3.2 设计选型

3.2.1钢丝绳选择及验算

（1）绳端荷重：Qd=Qc+Qz=3400+4300=7700kg；

（2）钢丝绳单位重量：

Pk=Qd/（σB/9000gm-Hc）=7700/（1670×106/9000×9.8×6.5-392）=3.1kg/m；

式中：m—钢丝绳安全系数，《煤矿安全规程》规定专为升降物料时安全系数不得小于6.5；

σB—钢丝绳抗拉强度σB=1670MPa；

根据钢丝绳所需单位重量及井筒装备要求，结合副井钢丝绳，选用同型号钢丝绳：32-ZAA-6V×34+FC-1670-ZZ-615-416-GB/T8918钢丝绳，单位重量4.15Kg/m。

（3）提升钢丝绳安全系数验算：

m= Qq /（Qz + Qc + Pk Hc）g=723855/（4300+3400+4.15×392）g

=723855/91403=7.9>6.5 满足要求；

3.2.2提升机选择

（1）滚筒直径：Dg≥80d=80×32=2560mm

Dg≥1200δ=1200×2.2=2640mm

（2）实际提升最大静张力、最大静张力差：

实际提升最大静张力：Fmax=（Qd + Pk Hc）g=（7700 + 4.15 ×392）×9.8=91403N；

最大静张力差：Fc=（Qz + Pk Hc）g=（4300 + 4.15 ×392）×9.8=58083N；

（3）确定提升机：根据钢丝绳直径、滚筒直径、最大静张力及最大静张力差，尽量单层缠绕以延长钢丝绳使用年限，选用2JK-3/20E型单绳双滚筒缠绕式提升机。其主要技术数据如下：滚筒直径Dg=3米；滚筒宽度Bg=1.5米；减速器速（XL-30）比i=20；最大速度Vm=5.73 ；最大静张力Fmax =130；最大静张力差Fc=80 KN；总变位重量（不含电机、天轮）Gj=22588 Kgf。

3.2.3选择天轮

根据钢丝绳直径和《煤矿安全规程》要求，考虑到井架改造的方便，将天轮做成TSG2650/19型非标天轮，变位重量Gt≈780 Kgf 。

3.2.4电动机的选择

电动机轴功率：N=KQVmx×ρ/102η=1.15×4300×5.8×1.4/102×0.93=423.3KW

式中：K—提升阻力系数，对于箕斗提升K=1.15；

ρ?—动力系数，当采用自然通风方式电动机时ρ=1.2≈1.4；

η—减速器的传动效率，采用滚动轴承时，取0.93。

Vmx—提升机选定的最大速度，

选配电动机YR4504-8 6KV 450KW 735rpm 最大转矩与额定转矩之比λm=1.8，效率ηc=0.934，回转力矩GD2=34kgm2（优选同功率变频电动机6KV）。

3.3 提升系统几何参数

（1）提升钢丝绳中心至滚筒中心距离（由原来的37米改为31.25米）：Ls=31250mm

（2）提升弦长：Lx=[（Ls- Dt/2）2+（ HJ- C）2] -2

=[（31.25- 2.65/2）2+（32.02- 0.75）2] -2

=43.282m；

3.4 提升系统动力学计算

（1）系统变位质量：

∑m=∑G/g=（Gj+2Gt+Gs+Gc+Gd）/g=42476/9.81=4330kg

提升机：Gj=22588kgf；天轮：2Gt=2×780=1560kgf；钢丝绳：Gs=2[4.15×（392+43.804+10+3×3.14×3.05）]=3939kgf；绳端重：Gc=2Qz+Qc=2×3400+4300=11100kgf；电动机：Gd=i2×（GD2）/Dg2= 302×34/3.052=3289kgf

（2）各阶段张力计算如下：初加速F0=（K×Qz+PkHt）g+∑m×a0=（1.15×4300+4.15×371）×9.81+4330×0.35=65130 N；初加速终了F01=F01-2Pk×h0×g=64902N主加速开始F1=F01+∑m×（a1-a0）= 66418N；主加速终了F10=F1-2Pk×h1×g=64527N；等速开始F2=F10-∑m×a1=61496N；等速终了F20=F2-2Pk×h2×g=

35621N；减速开始F3=F20-∑m×a3=32590N；减速终了F30=F3-2Pk×h3×g=30601N；爬行开始F4=F30+∑m×a3=33632N；爬行终了F40=F4-2Pk×h4×g=33428N；制动停车F5≈F50=（K×Qz-Pk×Ht）g-∑ma5=31241N。其中K—矿井提升的阻力系数，箕斗提升取1.15；Qz—一次提升量，4300公斤。

（3）等效力计算：

Fd=（∑F2t/Td）-2=（1.89246×1011/66.545）-2=53.33KN

式中：Td—等效时间，Td=1/2（t0+t1+t3+t4+t5）+t2+θ/3=66.545

∑F2t=1/2（F02+F012）t0+1/2（F12+F102）t1+1/3（F22+F2F20+F202）t2

+1/2（F32+F302）t3+1/2（F42+F402）t4+1/2（F52+F502）tZ

=1/2（651302+649022×4+1/2（664182+645272） ×6.39

+1/3（614962+61496×35621+356212） ×54.14+1/2（325902+306012） ×7.67

+1/2（336322+334282） ×5+1/2（312412+312412） ×1

=1.89246×1011N

（4）电动机等效功率计算：

Pd=FdVmK/η=53.33×5.87×1.15/0.85=423.5KW<450KW

所选电动机合适。