高河矿主井提升系统能力提升技术研究

杨 兴

(山西潞安化工集团 能源事业部，山西 长治 046200)

当前，煤炭增产保供事关国家能源安全，是山西省煤炭企业的重大政治任务。各煤企将科学合理释放先进产能作为完成保供任务的重要举措之一。

高河矿是潞安化工集团下属的特大型现代化主力生产矿井，2016年被评为首批先进产能矿井。该矿井2021年原煤产量1 150万t/a，主提升系统作业天数350 d，日提升时间为21 h.当前提升机运行速度已达到系统设计最大值，如果使用原系统增加提升能力，就需要缩减设备维检时间。但缩减维检时间势必影响检修质效，进而威胁安全，而且缩减检修时间不能从根本上解决制约矿井生产能力提高的问题。目前，主立井提升系统已经成为高河矿产能释放的瓶颈，如何对立井提升系统进行技术改造、增大其提升能力，已成为亟待研究和解决的重大技术课题。

1 主井提升系统现状

高河矿采用立井(箕斗)提升方式，一个井筒内对称布置两套提升系统，装备两套能力相同的西马格提升机，电控系统采用交直交变频，实现双边提升。主立井提升系统的主要技术特征如表1所示。

表1 主立井提升系统技术特征

主井装载采用定量斗方式。装载硐室共布置两套装载设备，每套装载设备对应一套提升容器(箕斗)。当空箕斗到达井底装载位置时，传感器发出信号指令，“一对二”定量斗扇形闸门打开，此前装载分叉溜槽内的翻板闸门已经开通，煤经装载溜槽流入空箕斗。装载完毕后，发出装满信号。此时，井口重箕斗卸煤作业在同步进行。待装载完毕和卸载完毕信号均发出后，发出提升信号，井底重箕斗上提，同时“一对二”定量斗扇形闸门关闭，装载溜槽内的翻板闸门换向，开始下一次提升循环。另一套装载设备与此套装载设备交替运行，动作顺序相同。

井口采用固定卸载曲轨卸载方式，重箕斗在井口进入固定曲轨之前，以0.5 m/s的爬行速度运行，以减少运行中箕斗与固定曲轨间的冲击力。与箕斗扇形闸门相联的卸载滚轮进入曲轨后，闸门在箕斗提升过程中边卸煤边打开，至卸载口位置后，箕斗停住稳定卸载，原煤通过卸载溜槽卸入井口箕斗受煤仓内，经传感器检测箕斗卸空后，发出卸空信号。此时，井底装载系统向空箕斗装煤作业在同步进行。装载完毕和卸载完毕信号均发出后，发出提升信号，开始下一个提升作业循环。

2 分析制约主井提升能力的主要因素

主提升系统循环时间分为运行时间和休止时间。高河矿主提升系统采用经典五段图运行方式(图1)，即爬出段、加速段、匀速段、减速段、爬入段；停车休止时间指提升机停止运行时，箕斗装卸时段。提升机在井筒内最大运行速度为12 m/s.

图1 提升机运行五段图

为准确掌握提升机运行规律，我们列出了设计运行数据，并对提升机实际循环时间及各段运行距离进行了详细的统计及测量(表2)。

提升机一个循环运行时间包含提升机在井筒中的运行时间与到位后的装载时间。装载时间分为箕斗到位后开闸门时间、纯定量斗装煤时间、定量斗卸空后闸门关闭时间等3个时间段，而卸载时间与装载时间同步。由表2可知，一个循环的设计时间为87.83 s，1号提升机实际运行时间为88.9 s，2号提升机实际运行时间为91 s.

表2 提升机循环时间数据

我们将提升运行时间进行分解，列出加速度、主速度、停车等各运行区段的时间和距离(表3)，可以看到提升机运行状况随时间变化的规律。

表3 提升机五段图运行数据

通过对提升机运行数据分析，综合矿井生产实际，可以总结出主井提升机存在以下问题：

2.1 提升循环时间长

对照工艺控制设计，目前加减速度段、等速段已达到设计要求，但爬行距离比设计稍长，特别2号提升机，相比1号提升机仍有提升空间，爬行距离长造成爬行时间长，增加了提升循环时间。

2.2 单钩实际提升载荷偏低

不能精确装载是造成单钩实际提升载荷偏低的主要因素。主井装载采用定重、定时、定容方式控制装载，由于称重传感器及煤质粘度等原因造成提升容重误差，致使实际装载量小于提升容重，提升效率及提升能力下降5%～8%.单钩实际提升载荷1号提升机平均约24.1 t/斗、2号提升机平均约24.3 t/斗。

2.3 提升运行休止时间过长

提升运行休止时间包括装、卸载时间和信号联系等待时间，装卸时间23 s包括：定量斗闸门油缸缓慢开启时间8 s,闸门敞开全速装煤时间7 s，定量斗闸门油缸关闭时间8 s.卸煤由于受装卸载工艺的限制，以及装卸载控制性能和信号系统性能的限制，虽然达到设计的提升运行休止时间，但仍有改进空间。信号联系等待时间是因为提升自动模式下，由于异常情况导致箕斗不能按时装满，出现提升机装载超时，需要耗费一定时间人工联系切换为手动提升。

2.4 提升机的检修情况影响

提升机设备检修维护受多方面因素制约，检修失误引起零星事故发生，影响提升时间。主要有以下5个方面：

1) 主井提升系统设备已连续运转10 a，部分设备出现老化，按照以往的检修方式不能满足设备正常使用，检修维护量增加。

2) 主井检修人员不足，目前检修组有人员16名，除去上日值班、本日值班及正常轮休人员，每日8名左右检修工，完成正规检修十分吃力，出现突发情况不能满足检修要求。

3) 受成本管理制约，常用消耗配件材料往往出现价低质差的情况，配件材料不耐用需要频繁更换，加重了设备检修的强度。

4) 主井装载站采用胶带秤及定量斗称重的方式进行称重，一旦主井煤仓涌下大量水煤，会对胶带秤造成严重损坏，使称重产生较大误差，降低每斗的装煤量，降低提升效率。

5) 煤质粘度(水煤及杂物)粘挂在定量斗内，使定量斗卸不净，需要人工信号联系卸载，延长了卸载时间，影响提升效率。

3 提高矿井主提升能力的主要技术途径及措施

提升能力的计算公式：

(1)

式中：A为提升能力；b为年工作日；t为日提升时间；Pm为一次提升煤量；k为装满系数；k1为提升不均匀系数，有缓冲仓取1.1；k2为提升能力富余系数，取1.1；T为一次提升循环时间。

通过分析上式可知：增加提升能力A可通过提高一次提升量Pm和缩短一次循环时间T来实现。所以，主井能力提升的措施主要有：

3.1 缩短一次提升循环时间

根据一次提升循环时间的计算公式：

T=t0+t1+t2+t3+t4+θ

(2)

式中：t0为初加速时间；t1为主加速时间；t2为等速运行时间；t3为减速时间；t4为爬行时间；θ为装卸载休止时间。

结合图1与表4来看，理论上公式(2)中任意一项减少均可缩短提升循环时间，主要有以下3方面的技术途径：

表4 提升机五段图运行示意

1) 一般而言，未能达到设计规定的提升运行加减速度和最大运行速度，可适当加大提升运行加减速度和最大运行速度来缩短运行时间，实现矿井提升系统优化目的。但高河矿t1(主加速时间)、t2(等速运行时间)、t3(减速时间)已达到加减速度和最大运行速度的设计值，只能通过挖掘t0(初加速时间)、t4(爬行时间)、θ(装卸载休止时间)提升设备的潜力。

2) 适当提高爬行速度和缩短爬行距离S0来缩短爬行时间t0，根据现场实际运行情况，在控制系统能确保控制准确和安全的前提下，爬行距离缩短到9 m，同时将爬行速度提高到2 m/s，并直接由2 m/s爬行速度减速停车，这样可大大缩短爬行时间。若采用缩短爬行时间来较大幅度提高提升能力，需通过修改电控系统程序以确保对速度和位置的准确控制和可靠的安全监视保护来实现。目前高河矿电控系统的能力具备，需西门子程序工程师现场调试就能够满足使用要求。

3) 缩短装卸载休止时间。正常情况下，定量斗闸门油缸缓慢开启时间8 s，定量斗闸门油缸关闭时间8 s，根据现场实际情况对装载站液压站改造，增大流量、压力参数，可以缩短6 s定量斗闸门油缸开闭时间。在卸载站加设液压站，采用液压动力卸载，拆除原有的卸载曲轨可以进一步缩短爬行距离，减少爬行时间。

优化电控系统尽可能采用自动运行方式节省信号联系等待时间，这样可大大缩短装卸载时间和等待时间。

以上数据需设计院校验计算来决定是否可提高相应的技术参数或进行技术改造来实现缩短运行时间，这需要增加一定的设备投资。

实现外力卸载，提升系统采用三段图运行，见图2.

图2 提升机运行三段图

t1为加速时间12 s；t2为等速运行时间25.99 s；t3为减速时间12 s；θ为装卸载休止时间20 s；S1为加速距离72 m ；S2为等速距离311.84 m；S3为减少距离72 m；a1、a2为加减速度1 m/s2,见表5.

表5 提升机三段图运行数据

按照速度图所示的提升循环时间69.99 s，提升定额载荷25 t，装满系数取0.97，按330 d、20 h计算，代入公式(1)，可得设计年提升能力为1 360万t/a.

3.2 提高单钩一次提升量Pm

此技术途径可从两方面考虑，一是提升系统已达到提升定额载荷或提升机最大张力差的要求，箕斗采用外动力御载等，可以在静张力不变的情况下提高一次提升量Pm，而不必进行钢丝绳安全系数验算，但需要验算最大静张力差和更换箕斗；二是未达到提升额定载荷或提升机最大张力差的要求，此时可直接增加提升载荷，但需要验算最大静张力和张力差。无论采用哪种方式均需对电动机容量及防滑条件进行验算。

4 结 语

对于立井提升矿井，主井提升系统往往是释放产能的瓶颈，所以主井提升系统的增效改进显得特别迫切和必要。

经过上文分析得知，通过改造提升容器装卸载方式、优化提升速度图来提升主井提煤效率，效果显著、操作性更强、可靠性更高。

需要注意的一点是,休止时间的减少，会增加电机运转时间。对于提升电机运行年久、温升较高的矿井，在改造前需要采用专业化干冰清洗工艺，对电机内外积尘、积碳进行清洗，降低电机运行温度。