动滑轮在立井提升中的应用

谭爱兵

（晋城煤炭规划设计院，山西 晋城 048000）

山西泽州宝昌煤业有限公司矿区面积为3.564 7 km2，设计生产能力300 kt/a。采用立井开拓，共布置有主立井、副立井和回风立井三个井筒。主立井直径5.0 m，装备2JK-2×1型双滚筒提升机和双钩箕斗提升，担负矿井的煤炭提升；副立井直径4.0 m，装备JTP-1.6×1.2型单滚筒绞车和1t标准罐笼及梯子间，担负矿井的辅助提升任务和人员上下任务，兼作为矿井的一个安全出口；回风立井直径4.0 m，装备梯子间，作为矿井的另一个安全出口。目前该矿井筒和井底部分硐室均已形成，正在开拓大巷。为了提高煤矿生产的安全性，减轻工人的劳动强度，加快煤矿发展，该矿决定应用综合机械化采煤方法，采煤方法改变后，该矿大型设备不可拆最大件为630 kVA移动变电站，最大件外形尺寸：3 365×110×1 497 mm，重量为4 292 kg。因副立井的辅助提升系统最大提升重量不能满足最大件的升降要求，因此对提升系统进行改造势在必行。

1 提升系统的改造

1.1 提升机基本参数

提升机型号：2JK-2×1

卷筒个数：2

卷筒直径：2 000 mm，宽度：1 000 mm

最大静张力：60 kN，最大静张力差：40 kN

减速器型号：ZHLR-120-31.5，减速比：31.5

机器旋转变位质量：10 020 kg（不含电机）

电机型号：YR355M2-8，电压等级：660 V，功率：160 kW

最大速度：2.43 m/s

1.2 提升钢丝绳基本参数

钢丝绳型号为24NAT6×19W＋FC-1770-Z-336-212。钢丝绳直径24 mm，钢丝直径1.6 mm，最小破断力336 kN，重量212 kg/100 m。

1.3 天轮基本参数

天轮型号：TSG2000/13.5，天轮直径2000mm，绳槽半径13.5mm，适用钢丝绳直径范围23 mm～24.5 mm。变位质量307 kg，总质量910 kg。

1.4 提升方式

由于最大件重量4 292 kg，最大件的提升容器罐笼自重2 000 kg。提升总重量超过已有的提升机的最大静张力60 kN，用常用的钢丝绳直接连接罐笼的提升方式必须更换提升机，为节约投资，设计在钢丝绳和罐笼连接处设动滑轮，罐笼和提升钢丝绳连接方式见图1。

图1 提升系统

1.5 最大静张力验算

主立井垂深98 m，井架高22 m，钢丝绳垂悬长度120 m。下最大件时摘除2个箕斗，更换为一个非标罐笼，罐笼底面外形尺寸3 850×1 500 mm，能满足最大件装载，罐笼罐道使用箕斗提升的最外面4个钢丝绳罐道。分离提升机的主动滚筒和从动滚筒，提升钢丝绳一端绕过从动滚筒用绳卡固定，提升时分离提升机的主动滚筒和从动滚筒即可，另一端缠绕在提升机的主动滚筒（见图）。升降最大件时，主动滚筒转动，直径2 000 mm的动滑轮用TSG2000/13.5固定天轮代替，提升总重量为罐笼自重（2 000 kg）、最大件重量（4 292 kg）、动滑轮（910 kg）和提升钢丝绳重量（2.12×240＝508.8 kg）之和（7710.8 kg），最大静张力 Fj＝75.64 kN，由罐笼和提升钢丝绳连接方式图可知，绞车提升钢丝绳实际受力为最大静张力的0.5倍，所以有：

Fj实＝0.5Fj＝37.82 kN＜40 kN，满足要求。

1.6 内外偏角验算

已有的井架高度为Hj=22 m，滚筒中心至井架天轮中心的水平距离 Ls＝40 m，所以，钢丝绳实际弦长44 294 mm，所以有：

1.7 下出绳角验算

1.8 滚筒上缠绕的钢丝绳层数验算

1.9 钢丝绳安全系数验算

1.10 电机功率验算

2 安全性

（1）提升机的供电及控制。绞车的供电为双回路，双回路引自地面10 kV变电所660 V不同母线段，一用一备。

绞车电控设备选用JDK系列电控设备。可以满足绞车的起动、加速、等速、减速、停车与换向运行状态的控制,其控制为PLC控制变频调速。后备保护选用KHT120型煤矿地面提升机综合后备保护装置,该设备满足《煤矿安全规程》的各项规定，对提升机运行状态进行监测报警，为提升机安全运行提供了保障。该装置利用数字集成电路的优点，设置有精粗针指示的数字深度、运行速度的显示、提升次数的显示、以及提升机运行的非正常状态监测、报警、清零等功能。

（2）信号系统。提升信号选用KXT型提升机信号装置。有急停信号报警功能、闭锁扩展功能、有直通电话、有声光兼备，数字显示，信号记忆功能、有对系统的自动监视报警功能等。提升信号与提升机控制系统有闭锁关系。井口安全门必须在提升信号系统内设置闭锁装置，安全门未关闭，发不出开车信号；井口和井底设置摇台，必须在提升信号系统内设置闭锁装置，摇台未抬起，发不出开车信号。

（3）主立井提升机必须装设下列保护装置：①防止过卷装置；②防止过速装置；③过负荷和欠电压保护装置；④深度指示器失效保护装置；⑤闸间隙保护装置；⑥松绳保护装置；⑦满仓保护装置；⑧减速功能保护装置。

（4）防止过卷装置、防止过速装置、限速装置和减速功能保护装置应设置为相互独立的双线形式。

（5）提升装置使用中的钢丝绳做定期检验和定期检查，不符合《煤矿安全规程》时必须更换钢丝绳。

（6）只有1套传动装置的双滚筒提升机，应每个滚筒各自有其控制机构的弹簧闸。

（7）提升绞车的常用闸和保险闸制动时，所产生的力矩与实际提升最大静荷重旋转力矩之比K值不小于3。

（8）由提升方式可知，利用动滑轮提升方式与常用的提升方式多了一个动滑轮环节，而动滑轮可以用固定天轮代替，其安全性是经过实践证明的。

（9）通过天轮和动滑轮的钢丝绳必须低于天轮边缘，其高差不得小于钢丝绳直径的1.5倍。

3 经济性

本次利用动滑轮下最大件新增投资有TSG2000/13.5天轮一个、φ24钢丝绳500 m和非标罐笼一套（提升机及电控和井架利用主立井已有的设备）。

如常用提升方式下最大件，矿方咨询厂家可以提供630 kVA移动变电站立式下井，新增投资有JK-2.5提升机一套、TSG2500/17天轮一个、φ30钢丝绳320 m和非标罐笼一套，此外，还要重新做配套井架和建配套的提升机房。

两种提升方式投资详见下表1。

表1 经济性对比

由表1可以看出，利用动滑轮提升，不仅缩短了矿井建设周期，而且节约投资202.6万元。

4 结论

长期以来，立井提升升降较大设备的问题一致制约着矿井的发展，利用动滑轮不仅解决了立井升降较大设备的难题，而且节约投资，不过因为利用动滑轮，提升速度也降低了一半。因此，利用动滑轮只能适用于矿井小量的最大件提升，而提升量较大时则不适用。

[1]于励民，仵自连.矿山固定设备选型使用手册（上册）[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[2]周迺荣，严万生.矿山固定机械手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.

[3]程居山.矿山机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.