矿山立井提升钢丝绳更换装置的研究与应用

李 琳

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045000）

矿井提升设备是矿井生产中的重要设备，主要用途是沿井筒提升矿物和矸石、升降人员、设备、下放材料等。提升钢丝绳的作用是悬吊提升容器并传递动力，是矿井提升设备的关键组成部分，对矿井提升的安全和经济运转具有重要作用。摩擦式提升机提升钢丝绳的使用期限一般不超过2 a，为了安全生产，到期必须更换新钢丝绳。因此，钢丝绳更换施工时间的长短、更换的工艺和方法，直接影响矿山生产安全和效率，所以需要一种快速、安全、高效的钢丝绳更换设备和工艺。

1 概 况

山西煤炭运销集团保安煤矿主立井箕斗提升系统，采用落地式JKMD-3.5×4（Ⅲ）型多绳摩擦式矿井提升机，井筒全深594 m（井口至井底装载口），井筒直径5 m，井架高度46 m。井筒装备一对JDGY-12 多绳提煤箕斗，最大载重12 t，自重18.8 t（加配重），全高14.8 m，箕斗上下口高度6.9 m，最大提升速度9.71 m/s，提升方式为双箕斗提升。主提升钢丝绳为32ZAB6V×34+NF1670ZZ（SS）钢丝绳4 根（左、右捻各2 根），直径32 mm，单重4.15 kg/m，全长约800 m；尾绳为P8×4×9—147×24 mm—1470 扁尾绳2 根，全长约700 m。主导轮直径3.5 m，天轮直径3.5 m，钢丝绳间距300 mm，钢丝绳实际安全系数6.87。目前保安煤矿主提升钢丝绳到期，需要更换，规格为4×800 m/根。

2 矿山立井提升钢丝绳更换装置应用

2.1 传统更换钢丝绳的方法及存在的问题

目前，传统更换钢丝绳采用的方法主要为使用稳车换绳。换绳前在井口布置稳车，将每根新钢丝绳提前缠到稳车滚筒上，在井口房锚固固定每台稳车。提升钢丝绳更换期间，井上下悬吊支撑提升容器，井口同时切断旧提升钢丝绳，新提升钢丝绳和井口旧提升钢丝绳绳头搭接，利用旧提升钢丝绳牵引新提升钢丝绳，同时稳车下放新提升钢丝绳，井下马头门两侧内回收旧提升钢丝绳，井下旧提升钢丝绳人工回收至提前特制的平板车内，再人工运输上井。但这种工艺存在以下问题。

（1）施工时间长，换绳工期需要3～7 d，影响煤矿生产效率。

（2）人工投入多，工序复杂，井上下均存在作业，危险系数高，劳动强度大，机械化程度不高。

（3）设备台数多，设备需要运输、安装、锚固、拆除，工序多，机械费用高。同时施工场地占用面积大，特别是在狭小空间作业的时候受到限制。

（4）多台设备同时运行，同步性不好，多绳受力不一致，可能引起卡罐安全隐患。提升钢丝绳容易发生互相缠绕。

（5）旧绳需要在井下人工回收，再运输到井上，检修程序多，安全性低。

（6）停电检修期间需要解决井上下通讯问题。

（7）设备费、人工费高，设备需要做基础，经济投入高。

2.2 电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置

为了解决传统换绳过程中存在的一些问题，保安煤矿此次主提升钢丝绳换绳作业中，研究出一种快速、安全的电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置。这种装置结构设计紧凑，所需施工场地小，不需要做基础加固，操作简便，拖动力大，施工工期短，矿井提升系统恢复快，能保障矿井安全生产，机械化程度高，人工投入少，设备节能降耗效果好。如图1 所示，各结构参数见表1。

表1 电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置技术参数Table 1 Technical parameters of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

图1 电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置结构Fig.1 Structure of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

该换绳装置分传动部分、电控部分、液压部分、机架四大部分，传动部分由上底盘、下底盘、摩擦衬块等组成，电气部分采用了变频器控制，液压部分由前后油缸、液压锁、泵等组成。

（1）传动部分。由上底盘、下底盘、履带、摩擦衬块组成。采用2 台电机驱动上下两条履带运行，液压油缸夹紧上、下履带，履带上固定有高分子摩擦衬块，上、下两组衬块夹紧钢丝绳后，上、下履带电机驱动履带运转，实现连续更换提升钢丝绳。

（2）电控部分。由Y180M-4-B5 电机、XJB 240 减速机、120KVA 变频器、手动操作控制器等组成。开动电机，履带前进和后退达到收放钢丝绳的目的，完成提升钢丝绳的更换工作。该装置为变频V9-H 电机调速，带刹车单元制动，可实现24 h更换一套提升系统钢丝绳。

（3）液压部分。由2 个前进油缸、2 个后退油缸、4 个手动三位四通换向阀、油泵等组成。液压夹紧系统采用4 台双作用油缸，油缸进回油口加装液压锁，控制油缸泄压。4 个手动换向阀控制油缸的夹紧和松开。液压站启动，液压油经油路到达手动换向阀，准确控制油缸的推出和回缩。达到计算确定工作油压后，手动换向阀停在停止位置，固定液压油缸伸出位置。确保在整个换绳阶段，油压保持恒定，防止松绳。

（4）机架部分。机架是由底板、前伸传动架、立架组成的焊接结构件，为无螺栓连接的快速拆装支架，具有结构紧凑、占据空间小、外观整齐等优点，整个装置重量轻、成本低，经济效益显著。

电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置电气原理如图2 所示。

图2 电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置电气原理Fig.2 Electrical principle of wire rope replacement device for electro-hydraulic driven coal mine shaft hoist

2.3 参数验算

（1）拖动力的计算。

电机功率P=18.5 kW，拖动速度V=0.33 m/s，电机额定力则总拖动力为56 061 N×4=224 242 N，减速器拖动力矩56 061 N×0.37=20 742 N·m。所选减速器型号为XJB240，额定输出扭矩24 000 N·m，满足要求。

（2）夹紧油缸的计算。

油缸直径12.5 cm，工作压力160 kg/cm2，油缸面积3.14×6.252=122.65 cm2，则压力为122.65×160×9.81=192 521 N，4 个油缸为770 085 N。

（3）摩擦衬块的计算。

摩擦力F=μN=0.26×192 521=50 055 N，则4个摩擦衬块摩擦力为200 221 N。

2.4 工作原理

（1）采用2 台电机驱动上下两条履带运行，液压油缸夹紧上、下履带，履带上固定有高分子摩擦衬块，上、下两组衬块夹紧钢丝绳后，上、下履带电机驱动履带运转，实现连续更换提升钢丝绳。

（2）液压夹紧系统采用4 台双作用油缸，油缸进回油口加装液压锁，控制油缸泄压。4 个手动换向阀控制油缸的夹紧和松开。液压站启动，液压油经油路到达手动换向阀，准确控制油缸的推出和回缩。达到计算确定工作油压后，手动换向阀停在停止位置，固定液压油缸伸出位置，确保在整个换绳阶段，油压保持恒定，防止松绳。

（3）开动电机，履带前进和后退达到收放钢丝绳的目的，完成提升钢丝绳的更换工作。换绳装置为变频V9-H 电机调速，带刹车单元制动，安全可靠。

2.5 钢丝绳更换装置的优点

（1）提升机钢丝绳更换时间缩短。以往直径较大、井深的提升钢丝绳更换时间3～7 d，现在最快只需要20 h，保证了矿井生产安全和效率，减小井下其它检修工程的压力。

（2）所有操作均在井口进行，地面施工条件比井下相对较好，安全有保证；同时解决了传统检修停电期间井上下通讯问题。

（3）检修程序减少。不需要每根新钢丝绳提前缠绕在稳车滚筒，不需投入稳车设备，机械使用费用减少，施工占用场地小。旧提升钢丝绳回收直接缠绕上辊，取消井下人工回收旧钢丝绳到平板车再运输至井上的环节，人工投入减少。

（4）该装置采用变频调速，提升钢丝绳牵引速度可控，可与提升机同步协调，加强换绳安全。

（5）该装置电机驱动履带高分子摩擦衬块牵引提升钢丝绳，液压系统压紧上下履带提供足够的摩擦力，液压系统加装液压锁，保证安全；电机驱动轴带刹车单元，保证不溜车，安全可靠。

（6）该装置适用范围广，可适用于煤矿、金属矿等各种摩擦式提升机钢丝绳的更换，可更换钢丝绳的直径区间大，通过改变摩擦衬块，可更换直径32～54 mm 钢丝绳。

（7）该装置体积小，移动方便，需要的操作空间小，不需要做基础加固，操作简便，拖动力大，安全性能好，机械化程度高，人工成本低。

3 钢丝绳更换程序

先更换主提升钢丝绳，更换主提升钢丝绳时分2 次，1 次更换2 根，之后再更换上天轮，最后更换下天轮。此换绳方法，先用换绳机收2 根旧钢丝绳，再用换绳机放2 根新钢丝绳。将箕斗停在井口搭设操作平台，操作平台搭设在提升绳连接装置两侧，不影响提升装置，换绳期间箕斗不出井口。

（1）旧绳回收。钢丝绳更换装置在井口固定后，断开井口处提升容器上方其中2 根提升钢丝绳，断开处绳头引入钢丝绳更换装置夹紧，开动钢丝绳更换装置牵引2 根提升钢丝绳，直至井底提升容器上提至井口，旧绳回收完毕。

（2）引进新绳。2 根新提升钢丝绳穿过钢丝绳更换装置，新提升钢丝绳绳头利用提升容器剩余的旧提升钢丝绳卡固，开动提升机，旧提升钢丝绳带新提升钢丝绳绳头通过提升机滚筒到达井口，新提升钢丝绳与井口提升容器连接固定。开动钢丝绳更换装置及提升机下放提升容器到井底，另一侧提升容器到井口。在井口新提升钢丝绳与提升容器连接固定。2 根提升钢丝绳更换完毕。

（3）按照上述程序更换其余提升钢丝绳。

4 应用效果

山西煤炭运销集团保安煤矿主立井摩擦式提升机箕斗钢丝绳更换工程中，采用了电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置，停产检修时间比传统换绳方法缩短了4 d，节约人工约330 工日，节约资金144 万元，不仅增加了经济效益，而且施工安全性好，可靠性高。

5 结语

电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置不仅可以用于更换煤矿多绳摩擦式提升机钢丝绳，也可适用于其它各类矿山施工中钢丝绳的更换，尤其在深立井、大直径的换绳施工中具有很大优势。此次电液驱动式煤矿立井提升机钢丝绳更换装置的实践成功，为各类钢丝绳的更换提供了工程经验借鉴，具有一定的实用价值。