主立井提升系统能力改造方案研究及应用

孙启迪

（福兴集团有限公司，山东 枣庄 277300）

1 系统概况

福兴煤矿主井提升选用2JK-3.5/20A 型单绳缠绕式提升机，提升高度为509.1 m，钢丝绳悬垂长度529.6 m。采用JG-3 型钢罐道单绳箕斗，箕斗自重3500 kg，载重3 t，本体高度4.808 m，全高6.5 m；提升机钢丝绳选用32NAT 6V×34S+FC-1570 型；连接装置采用XS-90 型楔形环连接；天轮直径为3 m；电动机为Z500-1A 型直流电动机，额定功率为400 kW；电控装置采用TKD/ZS-SL400KW/440 V 型直流调速装置调速。

2 方案比较

将主井提升能力由39 万t/a 提高到60 万t 以上/年，有三种方案。一是提高绞车运行速度；二是同时增加提升速度和箕斗单钩提升量；三是增加单钩提升重量。如若采用方案一，原单钩理论提升时间100.29 s，需降低到65 s。经核算其运行速度大于13.5 m/s，不符合安全规程最大运行速度规定，且提速后原提升装置过卷过放和距离不足，电机、变压器、减速机及电控系统改造成本偏大。若采用第二种方案，因速度增加，其电机、减速机、箕斗、电控均需改造，综合评定成本较高。若采用第三种方案，原JG-3 型箕斗自重3.5 t，载重3 t，按照公式A=3600.b.t.PM/10000K1.K2.T 计算结果，选择单钩提升5 t 箕斗，年提升能力为65.5 万t/a，仅更换电机、箕斗和增加部分电控柜，成本较方案二低，最为合理。

3 改造方案

3.1 箕斗改造

将原主井箕斗改大，保留原井筒钢罐道不变。箕斗按现有井筒断面设备布置尺寸定做，满足现有空间要求，使改造后的箕斗断面不变，只增箕斗高度，在过卷过放距离满足的情况下，不会对现在的通风、井筒设施等其他情况产生不利影响。

经与箕斗厂家测定，最终确定箕斗加高1 m，满足使用要求。箕斗选用JGQ-5 型新型航空铝合金材质轻型箕斗，其主要参数为：本体加连接装置、滚动罐耳等共重3000 kg，载重Q=5 t，箕斗本体高度Hrp=6.5 m，箕斗全高Hr=8 m。提升容器中心距S=1.8 m。

3.2 过卷过放距离核算

按照《煤矿安全规程》第四百零七条计算，福兴煤矿主井提升速度6.69 m/s，其按照插入法计算过卷过放距离为：S=6.5+[（8.25-6.5）/（8-6）]×（6.69-6）=7.1 m。更换箕斗后，箕斗底距下托罐装置间距8.5 m，箕斗顶部连接装置距上防撞梁9.2 m，均大于7.1 m。

3.3 井筒装备

箕斗改造后，箕斗与卸载曲轨、煤仓、定量斗相对位置不变。运行罐道、缓冲装置、托罐装置、防撞梁以及箕斗与罐道间距均不变，最大程度地节约了改造成本。

3.4 定量斗改造

井底煤仓采用上装式，井下箕斗装载硐室及井底煤仓作相应调整。原井下装载硐室定量斗容量为6.85 m³，其载重：6.85/1.5=4.5 t。为确保其有效容量需对其改造增加有效容积，一侧上部增宽0.5 m可得有效体积增加1.65 m³，增重约1.1 t。改造后定量斗容积为8.5 m³，载重5 t。

3.5 地面皮带及振动筛能力校核

改造后主井年提升能力：

A=3600×b×t×PM×K/(104×K1×K2×T)

=3600×330×18×5×1/(104×1.1×1.15×129)

=65.5(万t/a)

（改造后，原提升速度不变，129 s 为原实测单钩运行时间）。

现有给煤机(145 万t/a)、振动筛(145 万t/a)、地面皮带机(145 万t/a)其运输、处理原煤能力能够满足改造后需求。

3.6 钢丝绳升级改造

由于钢丝绳直径不改变，滚筒现有容绳量和单层缠绕的条件不变，不改造滚筒、天轮直径、滚筒及天轮衬垫弧度，成本控制最低。为安全起见，将原钢丝绳公称抗拉强度增大为1670 MPa，其他不变，对其安全系数进行校核：

提升高度Ht=460+49.1=509.1 m， 悬垂长度Hc=Hj+Ht-Hx=529.6 m，绳端荷重Qd=Qz+Q=8000 kg。提升钢丝绳选择32NAT 6V×34S+FC 1670 型，主要技术参数：绳径dk=32 mm，钢丝绳单位长度质量Pk=4.07 kg/m，钢丝绳最大钢丝直径δmax=0.2 mm，钢丝绳最小破断拉力Qq=681 kN。

钢丝绳安全系数校验：

钢丝绳允许最小安全系数m=6.5，所选钢丝绳满足《煤矿安全规程》要求。

3.7 偰形环连接升级改造

箕斗与提升钢丝绳之间楔形连接装置原采用XS-90 型，为安全起见，现升级采用XS-110 型偰形环连接，允许终端载荷110 kN。提升机钢丝绳的端荷重 Qd=Qz+Q=50+30=80 kN＜110 kN，XS-110XS 型偰形环连接满足要求。

3.8 提升机校验计算

主井提升原用2JK-3.5/20A 型单绳缠绕式提升机，其主要技术参数见表1。

表1 提升机主要技术参数表

3.8.1 提升机最大静张力

3.8.2 提升机最大静张力差

3.8.3 滚筒直径校验

80d=2560 mm ＜Dg=3500 mm，钢丝绳在滚筒上缠绕层数为单层缠绕，钢丝绳直径不变，所选提升机满足要求。

3.8.4 天轮直径校验

天轮直径校验：80d=2560 mm ＜Dt=3000 mm，1200δmax=2400 mm＜3000 mm，天轮直径校验符合要求。

3.8.5 选择电动机

式中：K 为矿井提升的阻力系数，箕斗提升可取1.15；ρ 为动力系数，箕斗提升可取1.2～1.3；Vm为提升机选定的最大速度，m/s；η 为减速器的传动效率，采用滚动轴承时取0.92。

根据电动机功率计算，现有Z500-1A 400 型直流电动机已不能满足要求，须更换。选用Z500-3A（730 kW，880 V）直流电动机，其中心高与原电机一致，基础不必变动。

3.8.6 减速机校核

现有减速器型号为ZZL-1000，减速比为20，减速机最大输出力矩380 kN.m。减速机最大允许提升负荷：380/1.75=217.1 kN=21.7 t，最大静张力差为115 kN，提升机静力矩为201.25 kN.m，提升机最大静力距为322 kN.m。按钢丝绳、箕斗、载重之和为120 kN 核算：其滚筒静载荷为120×1.75=210 kN.m＜322 kN.m。原减速机不必改造，满足改造后需求。

3.9 整流变压器升级

根据电动机功率，计算变压器容量：

式中：β 为过载系数，取1.35；cosφ 为功率因数，取0.8。

为减少投资，选用两台680 kVA 的变压器，需另增加一台680 kVA，采用星形接法整流变压器，串联原有的680 kVA 三角形接法整流变压器，两台变压器同时工作。

3.10 绞车电控升级改造

因绞车主电机由原来的400 kW、440 V 改造为730 kW、880 V，其电控部分也随之变动如下：

（1）将原有6 脉动方式改造为串联12 脉动调速方式，其具备6 脉动半速全载运行功能，同原有6 脉动方式相比，提高了安全系数。

（2）新增一套高压柜、整流变压器、J7 整流柜及6/12 脉动切换柜，与原有系统构成12 脉动传动系统。

（3）原系统6 脉动励磁整流及电枢调节柜需更换为12 脉动励磁整流及电枢调节柜。12 脉动励磁整流及电枢调节柜中将配置2 套西门子最新型的6RA80 直流调速装置。

（4）原有PLC 控制系统程序、上位机程序重新调试、修改以适应新的730 kW 电机12 脉动方式的运行工况。

（5）部分元器件如操作台仪表、操作按钮、外部线路等需更改以适应新的730 kW 电机12 脉动方式的运行工况。其余部分如快开、电抗器、编码器、井筒开关等元件均保留原有设备。

3.11 制动装置校核

现有盘形闸制动力矩：

（检测报告数据)更换后钢丝绳对滚筒的最大静 力 距：Mj=Fc×D/2=70 124×3.5/2=122 717，Mz/Mj=3.67＞3，符合标准要求。

4 改造方案效果分析

福兴煤矿主井提升能力改造施工仅用48 h 完成，并一次性试运转成功。改造方案仅更换箕斗、更换电机、增加部分电控柜，最大限度地减少改造工程量、节约改造成本。改造前，对影响提升安全的各个方面进行了重新校核，改造后达到了预定的提升能力，确保了系统安全可靠。