摘 要：本文介绍了三元煤业主井提升系统现状，分析了现有主井提升系统存在问题，在对提升机及提升机房位置选取、最大提升速度确定、液压制动系统选择等方面进行分析和论证的基础上提出了改造方案，为老矿井提升系统扩能改造提供参考。

关键词：主井提升；系统改造；提升速度；制动系统；井架

中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0178-03

0 引言

三元煤业股份有限公司于20世纪80年代末设计，90年代初投产[1]，矿井核定生产能力为2.60Mt/a。主井井筒净直径5.0m，井筒内装备一对JQZ型9m3单绳立井提煤箕斗，箕斗斗箱断面为1830×1570（mm），箕斗本体高8.312m，箕斗额定容积9m3，自重5t。箕斗采用钢轨腰罐道，腰罐道间距为1680mm，采用固定曲轨上开式扇形闸门，异侧装卸载。主井井底装载方式为定量斗装载。主井提升机房内安装一台2JK-3.5/15.5E型单绳缠绕式提升机，配套YR1000-10型三相异步电动机，1000kW、6kV、590r/min，实际最大提升速度为7.16m/s。

1 主井提升系统存在问题

三元公司主井提升系统存在以下问题：

（1）为满足核定生产能力，主井提升系统每天运转时间至少22小时，检修时间短，设备连续运转时间长，安全不能得到有效保障。（2）原滚筒连接筋板和筒体出现裂缝15处，最大长度230mm，宽度1mm，采取打止裂孔、补焊等多种措施后未能解决问题。经厂家技术论证，2011年更换为加强型滚筒，运行两年后加强型滚筒再次出现11处裂缝，最大长度150mm，宽度0.5mm，滚筒存在崩裂危险。（3）井架高度不够。主井最大提升速度为7.16m/s，《煤矿安全规程》要求过卷过放距离应大于7.5m，实际距离为5.5m，不符合《煤矿安全规程》规定。（4）曾经发生过卷过放事故，致使井架偏斜，天轮中心线偏移，导致钢丝绳与天轮绳槽偏向磨损，严重影响了天轮和钢丝绳的使用寿命，钢丝绳更换周期缩短到4至6个月。

综合上述情况，为满足矿井生产需要，保障矿井安全生产，对主井现有提升系统进行改造是非常必要的。

2 主井提升系统改造方案

2.1 箕斗

主井井筒内原装备一对JQZ型9m3单绳立井提煤箕斗，装载质量9.2t，主井提升系统一次提升循环时间为75.5s，主井提升按每年330d、每天作业时间18h计算[2]年提升能力为2.369Mt/a，无法满足矿井年核定生产能力为2.60Mt的要求。本次改造需增大箕斗吨位，考虑矿井生产能力、井筒断面、井下装载定量斗中心距、最大提升速度等因素，最终确定箕斗吨位为12t，箕斗有效容积13.1m3，装载质量12t，箕斗本体高9.4m。改造后的主井井筒断面布置见图1。

2.2 提升机

针对选定的12t箕斗，可以采用单绳缠绕式提升机，也可以采用多绳摩擦式提升机。本矿井现有提升房及井下箕斗装载硐室均位于井筒的西侧。若选用单绳缠绕式提升机，根据单绳缠绕式提升机房与井筒相对位置关系，新建的单绳缠绕式提升房应位于井筒的西侧或东侧。在井筒西侧有现有提升机房，提升机房后面是副井井口房，若选择在副井井口房后面新建提升机房，不仅钢丝绳弦长很长（约70m），而且钢丝绳在出绳方向上也会与已有副井井口房发生干涉；而在主井井筒的东侧有选煤厂主厂房通往煤仓的装载点和皮带栈桥，没有场地；若选择在现有提升房的场址上在新建提升房，则矿井需要停产7-8个月，停产时间长，对于正在生产中的矿井来说这是不能接受的。

针对现场工业场地条件，在不改变井下装载方向的前提下，为尽量减少新建工程对现有生产系统的影响，尽量减少改造期间占用井筒的时间，设计在主井南侧新建一座提升机房。根据提升机房与井筒的相对位置关系及其他设计参数，选用JKMD-3.25×4PⅢ型落地式多绳摩擦式提升机，摩擦轮直径3.25m，最大静张力520kN，最大静张力差160kN，配套功率为1200kW的低速直连交流变频调速异步电动机。改造后的总平面布置见图2。

2.3 最大提升速度

影响立井提升系统提升能力的主要因素除了箕斗吨位外，还有提升速度[3]。本矿井主井提升系统改造后，提升高度为368.144m，根据提升高度计算允许最大提升速度为11.51m/s。对于提升系统改造来说，最大提升速度的选取还取决于箕斗位于装载位置时箕斗底部到井底是否有足够的距离。《煤矿安全规程》规定立井提升装置的过卷和过放距离取决于最大提升速度[4]，提升速度越大，过放距离越大，意味着箕斗位于裝载位置时箕斗底部到井底距离越大。本矿井核定生产能力为2.60Mt/a，按12t箕斗计算提升系统最小提升速度应为7.2m/s，最小过放距离应为7.55m。

在立井提升系统设计时，常规布置方式是在提升容器过卷距离终点设置防撞梁，在距离防撞梁顶面2m左右的距离再设置尾绳保护装置，尾绳保护装置下面是尾绳环。根据此种布置方式，按最小提升速度7.2m/s、最小过放距离7.55m计算，主井提升系统改造后箕斗位于装载位置时箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距离至少需要15m，而实际距离只有12.6m，最小需将井筒直线段向下延深2.4m，然后再重新施工井底清撒硐室漏斗才能满足设计要求。本矿井主井井筒已经使用近30年，若向下延深井筒不仅施工难度大、工期长、投资高，而且存在很大的风险性，成为了制约提升系统改造的瓶颈。

为解决该问题，使提升系统改造能够顺利进行，设计采用防撞梁与尾绳保护装置联合布置方式来缩短提升系统下面尾绳的距离。这种布置方式具体为：利用防撞梁层作为尾绳保护平台，将尾绳保护装置固定梁设置在两根防撞梁之间，再在尾绳保护装置固定梁上设置分绳木，并保证分绳木顶面与防撞梁顶面平齐，使防撞木高于分绳木，保证提升系统发生过卷过放事故时箕斗底部撞到防撞梁上而不会撞到尾绳保护装置的分绳木上。

通过采取上述措施，最终确定提升系统的最大提升速度为7.5m/s，过放距离为7.816m，尾绳环长度为4.3m。改造后的提升系统（井底段）见图3。

2.4 液压制动系统

摩擦式提升机使用的液压制动系统主要有恒力矩制动液压站和恒减速制动液压站。国内新建大中型矿井多采用恒减速制动液压站。

恒减速制动液压站分为带二级制动功能的恒减速-恒力矩液压站和多通道恒减速-恒减速液压站。对于恒减速-恒力矩液压站，当恒减速功能失效时，自动转为恒力矩制动，为保证提升安全，其防滑验算只能按恒力矩安全制动方式核定，可能使提升容器增加很多配重，从而导致提升设备升级，不能体现恒减速制动系统的优势；多通道恒减速-恒减速液压站采用了多回路冗余工作的原则，其中一条回路失效后仍可保证提升系统恒减速安全制动功能，这对于防止滑绳事故，提高整个提升系统的可靠性和安全性是十分有利的。

对于本矿井来说，若采用恒减速-恒力矩液压站，为满足恒力矩安全制动方式下提升系统的防滑需要，箕斗需增加13t配重，首绳需选用直径为34mm、单重为4.82kg/m的钢丝绳，尾绳需选用单重为9.6kg/m的扁尾绳；若采用多通道恒减速-恒减速液压站，为满足提升系统的防滑需要，箕斗只需要增加9t配重，首绳只需选用直径为32mm、单重为4.27kg/m的钢丝绳，尾绳只需选用单重为8.4kg/m的扁尾绳。对比两种液压站，采用恒减速-恒力矩液压站不仅箕斗配重增加，提升系统首尾绳直径、单重增加，而且由于首绳破断力的增大，直接导致井架受力增加，从保证提升系统的安全可靠性及减小后期运行费用考虑，主井提升系统采用多通道恒减速-恒减速液压站。

2.5 箕斗装载方式

目前，煤矿立井箕斗井底装载方式主要有定量输送机方式（包括定量带式输送机方式和定量板式输送机方式）和定量斗方式。

对于本矿井来说，定量带式输送机装载方式，虽说可以有效降低装载高度，增大箕斗底部到井底清撒硐室漏斗口的距离，但现有井底煤仓到井底装载位置的距离小，无法满足定量带式输送机布置要求，需要重新施工井底煤仓及部分巷道，改造工程量大，施工周期长，投资高。另外，定量带式输送机装载时间长，增加了提升系统的一次提升循环时间，不利于提高礦井提升能力，经综合分析比较，本次改造仍然采用定量斗装载方式，将现有9t定量斗更换为12t定量斗。

2.6 井架电梯

采用落地式布置型式的多绳摩擦提升系统，天轮每日的例行检查都需要爬几十米高的井架[5]，不仅工人的劳动强度大，而且也存在一定的安全隐患，为解决该问题，设计在井架上增加了一部直通上、下天轮平台的电梯，为上下井架提供了方便。

3 结语

三元主井提升系统改造工程投入运行一年多来，系统运行稳定可靠，各项性能指标达到了设计预期目标，满足了矿井生产需要。三元主井提升系统改造工程的成功应用，为一些老矿井的提升系统扩能改造提供了一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 孔祥惠，王学勤，郝慧学.南寨煤矿主立井电控系统的技术改造[J].矿山机械，2011，39（10）：144-145.

[2] 煤炭工业矿井设计规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[3] 韩猛，赵书忠.葫芦素特大型矿井主立井提升系统设计[J].煤矿机械，2019，40（03）：13-15.

[4] 国家煤矿安全监察局 煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016.

[5] 李玉瑾.多绳摩擦提升系统动力学研究与工程设计[M].北京：煤炭工业出版社，2008.