特大型矿井提升机结构和布置方式的选择

中煤天津设计工程有限责任公司 天津 300120

葫芦素矿井主井井筒直径为 9.6 m，提升高度为655.78 m。井筒内“一”字布置了 4 个 50 t 提煤箕斗[1]，是国内外煤矿中所应用的最大吨位的箕斗。主井提升系统采用塔式提升，井塔内安装了 2 台摩擦式提升机，配 8 000 kW 交流同步电动机，单机拖动，传动方式采用交-直-交变频控制[2]，提升系统最大速度为提升机、电动机和电控设备均为瑞典 ABB 公司进口设备。该主井提升系统是国内最早在一个井筒内布置 4 个 50 t 箕斗、提升能力达到 13.0并成功运行的千万吨级立井提升系统。

1 提升机结构型式

大型提升机一般可分为电动机内装式和电动机直联悬挂式 2 种结构型式。

内装式提升机的主要特点是将电动机装在卷筒或摩擦轮内部，是工作机和驱动机融合在一起的机电一体机。它不仅彻底颠覆了传统提升机的结构，而且技术更先进，具有传统提升机无法比拟的优势。

相较于常规的直联悬挂式提升机，内装式提升机具有以下优点：

(1) 提升机尺寸较小，空间结构紧凑，可以有效地减小电动机的基础和提升机房的建筑面积[4]，从而减少土建费用，尤其是对塔式提升机来说效果更为显著；

(2) 提升设备的底座较小，与基础连接的部件少，设备安装时间短；

(3) 电动机转矩直接作用于摩擦轮的钢丝绳上，

由表 1 可知，内装式提升机与悬挂式提升机相比，井塔面积减少了 14.04%。内装式提升机无论是在结构上还是在设备布置方面，均具有较大的优势，条件允许时内装式提升机应是合理的选择。

2 提升机布置方式

多绳摩擦式提升机有井塔式和落地式 2 种布置方式，各自的优缺点已被业内人士熟知，不再赘述。葫芦素矿井主井提升系统安装了 2 套提升设备，提升机布置方式的选择如下所述。

2.1 井塔式布置

无需经过中间部件传递，传动效率高；

(4) 主轴装置两端对称，主轴承受力均匀；

(5) 主轴不传递扭矩，大大减小了主轴挠曲度；

(6) 这种结构中产生的力，如钢丝绳拉力和磁拉力都是对称传递的，大大提高了整个系统的刚度，轴和轴承的变形不会影响电动机的气隙；

(7) 电动机的温升不会使定子产生不对称的变形，因而电动机的气隙始终保持均匀；

(8) 设备基础的变化不会影响电动机的气隙；

(9) 采用标准的自调心轴承，使用寿命长，通用性强；

(10) 维护量小，电动机效率较高，运行费用较低。

内装式提升机不仅具有上述诸多优点，而且在设备布置方面也具有非常大的优势，可以节省大量的土建工程量。以葫芦素矿井主井井塔为例，悬挂式与内装式的井塔面积比较如表 1 所列。

葫芦素主井 2 台提升机均采用单电动机拖动。之所以采用单电动机拖动，是因为双电动机拖动会在 2台设备之间形成一条狭窄的通道，不仅不利于设备的安装、维护和检修，布置上不合理，而且经济上也不合理。每台提升机需要 2 台电动机和 2 套电控设备，设备造价增加，机房面积增加约 14 m2，土建投资增加。因此，对于井塔式提升机，条件允许时应采取单电动机拖动方式。

葫芦素主井塔式提升机井塔平面布置如图 1 所示。

2.2 落地式布置

葫芦素矿井主井安装 2 台提升机，可以采用同侧布置或异侧布置。同侧时布置在同侧同一个机房内，方便管理，占用工业广场面积小，但机房内起重机轨面高达 30 m，导致提升机房高度过大，施工难度大；异侧时布置在井筒两侧，虽然需要建 2 个提升机房，占用工业广场面积大，较同侧布置多 1 台起重机，但井架高度小、受力对称，初期投资较省。因此，落地式提升机应采取异侧布置方式，如图 2 所示。

综上所述，对于井塔式和落地式布置方式的选择，塔式布置方式不仅占地面积小，防滑性能好，后期维护工程量少，而且设备投资少，维护费用低。因此，工期允许时应优先选择塔式布置方式。

3 几点体会

(1) 内装式提升机与直联悬挂式提升机相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有较大的优越性，特别适用于大型提升机，尤其是当 1 个提升机房内安装 2 套大型提升机时，采用内装式提升机不失为技术先进、经济合理的选择。葫芦素矿井主井提升设备原设计采用内装式提升机，但最终因种种原因未能得到实施[5]。

(2) 提升系统钢丝绳和井筒的防冻问题不容忽视，尤其是在北方寒冷地区，这方面井塔式明显优于落地式布置。

(3) 针对井塔式布置占用井口时间长的问题，随着国内平行施工技术的发展，可有效缩短井塔施工占用井口的时间。井塔和井筒装备平行施工法就是在井塔建到一定高度后，安装临时设备，上面继续施工井塔，下面同时施工井筒装备。近年来，使用该方法获得成功的案例越来越多，内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿井和葫芦素矿井主、副井井塔就是采用这种方法施工的，说明井塔和井筒装备是可以平行施工的。

(4) 要满足主井提升系统的能力，或者提高箕斗的吨位，或者提高系统的提升速度[5]。箕斗的尺寸受井筒直径和箕斗结构的制约，过度增加箕斗的断面尺寸，不仅导致井筒直径加大，矿建投资增加，而且给凿井也带来困难；而小的箕斗断面又会使箕斗过于高细，结构不合理，甚至会影响系统的装卸载时间等，使得一个井筒内布置 4 个特大型箕斗的矛盾会更为突出。因此，在一定条件下，以提高提升速度来增加提升能力的效果更为显著。但提高速度又会给提升系统带来一些其他问题，如罐耳的磨损、对罐道的冲击等。此外，目前我国深井大吨位提升系统的罐道型式多为钢罐道，其安装质量也在很大程度上制约着提升速度的提高。因此，应在综合考虑上述各因素的前提下，合理确定超大型箕斗的断面和系统最大提升速度。

图2 落地式提升机的提升系统布置Fig.2 Layout of hoisting system of f loor hoist

4 结语

随着矿井开采深度的增加和特大型智能化矿井的建设，作为整个矿井“咽喉”的主井提升系统也越来越重要，而对于特大型提升系统来说，提升机的结构型式和布置方式决定着主井提升系统的经济性、先进性和安全性。因此，正确选择提升机的结构型式和布置方式尤为重要。