大型煤矿副立井提升系统设计问题研究.pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第7期 2020年7月 Vo l.43 No .7 Jul. 2020 机电与自动化 大型煤矿副立井提升系统设计问题研究 魏洋 （中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安710054） 摘要通过对国内大型煤矿副立井提升系统的研究，采用定性定量、对比分析的方法，提 出了大型副立井提升系统选择和大型设备副立井运输方案。研究表明，副立井提升系统采用 双罐笼和交通罐系统，具有运行效率高、初期投资低、建设工期短、运营管理费低等优点； 大型煤矿采用立井开拓、辅助运输采用全无轨系统时，整体液压支架及大型设备在副立井的 运输，存在无轨承载车辆重、重心定位困难等问题，建议优先考虑“有轨无轨相结合”的 方式。 关键词提升系统设计；无轨运输；双罐笼；交通罐笼 中图分类号TD53 文献标识码A 文章编号2095-5979（ 2020）07-0087-04 Study on the design of hoisting system for auxiliary shaft in large mines Wei Yang China Coal Xian Design Engineering Corporat ion Lt d., Xi/an 710054, China Abstract Based o n the research o n the auxiliary shaft ho isting system o f large do mestic mines, with quantitative and co mparative analysis metho ds, the selectio n o f large auxiliary shaft ho isting system and the large-scale equipment auxiliary shaft transpo rtatio n scheme were pro po sed. Studies sho wed that the auxiliary vertical shaft ho isting system ado pted do uble cages and a transpo rtatio n tank system, which had the advantages o f high o perating efficiency, lo w initial investment, sho rt co nstructio n perio d, and lo w o peratio n and management co sts; when large co al mines ado pt vertical shaft develo pment and auxiliary transpo rtatio n ado pted a full trackless system, the o verall transpo rtatio n o f hydraulic suppo rts and large equipment in the auxiliary shaft had pro blems such as the weight o f the trackless vehicle and the difficulty in po sitio ning the center o f gravity. It was reco mmended to give prio rity to the “track and trackless co mbinatio n** metho d. Key wo rds lifting system design; trackless transpo rtatio n; do uble cages; traffic cages 1概 况 煤矿副立井主要担负全矿人员、肝石、材料设 备等的提升任务，副立井的可靠、高效运行影响矿 井安全和生产。副立井提升系统布置形式多样，选 取合理的提升系统和布置形式至关重要。随着采煤 技术的发展，在我国出现了一批以装备大型综采设 备为特点的高产高效矿井，使得大型液压支架在井 下广泛应用。出于节约运送时间和保证设备安装精 度考虑，整体下放液压支架成为优选方案，同时也 给副立井提升设计提出了一个新课题。 2副立井提升系统的选择 多绳摩擦提升机是副立井提升系统的主要设 备,主要有井塔式和井架式2种布置形式。多绳摩 擦提升机诞生之初，主要采用井塔式布置，后期随 着提升机技术的发展和建设单位对于工期优化的需 要，落地式布置越来越多。 （1）井塔式摩擦提升系统一般采用6根或4 根钢丝绳提升，设备集中，系统简单，便于维护、 责任编辑张彤 DOI 10.19286/ki.cci.2020.07.024 作者简介魏 洋（1981）,男，陕西西安人，高级工程师。 引用格式魏 洋.大型煤矿副立井提升系统设计问题研究[J].煤炭与化工，2020 , 43（7） 87-90. 87 2020年第7期煤炭与化工第43卷 检修和管理；在提升相同荷载时，井塔式提升机设 备尺寸和质量较小；钢丝绳设在井塔内，可提高钢 丝绳使用寿命，安装、更换钢丝绳较为有利，钢丝 绳防冻和防滑性能好；井塔结构的使用寿命长，约 为井架的2倍。井塔式的缺点是基础及结构形式复 杂，施工困难，施工工期长，设备起吊安装较困 难，需设吊装孔、电动超卷扬起重机和增加客货两 用电梯等。 （2）落地式布置具有井架基础简单，抗震性 能较好，尤其对于地震烈度大的地区更为适宜；施 工工期短，井筒装备施工、提升机房、井架等系统 环节的建设可与井巷工程建设同步进行，占用井口 时间短，对建井工期影响较小。落地式的缺点是系 统环节多，维护量大；井架由于暴漏，井架需要 3 5 a防腐一次；井架和提升机房占地面积大；钢 丝绳裸露在外，受气候影响大，冬天结冰后防滑性 能差；天轮每日的例行检査需爬井架，冬天天轮检 修困难；总体计算落地式布置（含提升机房和井 架）的初期投资和运营费较井塔式布置高。 综上所述，井塔式布置和井架式布置技术上均 是可行的，从运行效果上看，井塔式布置更有利于 提升机系统的安全可靠运行。近年来，由于井塔和 井筒装备”平行施工”等技术的发展应用，工期较 之前缩短达到3 4个月，井塔布置工期劣势已经 不太明显。因此，地质条件较好，地震烈度不大, 建设工期允许的条件下，应优先选择井塔式布置 方式。 3副立井提升容器的布置形式 3.1副立井提升系统的主要形式及特点 目前国内高产高效矿井井下辅助运输多采用无 轨胶轮车运输，煤炭工业矿井设计规范（GB 50215-2015）第最大件整体液压 支架重68.5 t/架，重型无轨胶轮平板车质量10 to 副立井井筒宜径10.5 m,提升高度509.3 mo 方案一设置一套特大罐笼平衡锤提升系统, 另一套为交通罐平衡锤提升系统，由于仅有1个 特大罐笼运输物料，按照”10.05 m/s,主加、减 速度00.6 m/s2计算,提升人员时_次提升循环时 间809.6 s,运送物料时一次提升循环时间449.2 so 最大班作业时间6.2 h,大于4.5 h,显然1套提升 系统难以满足副立井的提升需求，方案一技术上不 可行。方案二和方案三主要技术参数见表1,布置 方案分别如图1和图2所示。 方案二和方案三均可实现从地面经副立井到工 作地点的直达运输，2个方案特点如下。 方案二①采用2套提升系统，当主提升系统 发生故障或检修时，人员可通过交通罐提升系统升 井或下井，提升安全性、可靠性较好；②主提升系 统两个罐笼始终一上一下，提升灵活性高；③交通 罐笼用于升降零散人员，方便灵活，运行电耗小; 飆备投资小，建设工期短。 方案三①采用两套提升系统，均可提升人 员，当1套提升系统发生故障或检修时，人员可通 过另1套提升系统升井或下井，提升安全性、可靠 性较好；②存在2个罐笼同时在井口或井底的可能 性，提升灵活性差；③使用宽罐笼系统升降零散人 员，运行电耗大；备投资较方案二大，建设工 期较长。 综合考虑上述3个方案优缺点，方案二提升系 统具有运行效率高、初期投资低、建设工期短、运 营管理费用低等优点，认为在设计中建议优先考虑 方案二 88 魏洋大型煤矿副立井提升系统设计问题研究2020年第7期 表1副立井提升方案比较 Table 1 Co mpariso n o f vertical shaft lifting schemes 备注以上比较表中的设备价为参考报价。 方案方案二方案三 主要技术特征 2套提升系统2套提升系统 井筒直径/m10.5 10.5 提升系统特大罐笼大罐笼交通罐平衡锤特大罐笼平衡锤大罐笼平衡锤 提升高度/m490.6484.5490.6490.6 提升机JKM-6x6（l 台）JKM-2x2I（l 台）JKM-6x6（l 台）JKM-4x6（l 台） 电动机 功率5 000 kW,电压 3 000V,转速 32r/min 功率220 kW，电压 380 V,转速 980 r/min 功率5 000 kW,电压 3 000V,转速 32 r/min 功率1 000 kW,电压 3 000 V,转速 38 r/min 提升速度/（m*s 1）10.059.2610.059.63 提升 能力 最大班工人下井时间/min 6.6/6.6/ 最大班作业时间/h 3.08/3.083.91 起重设备 1台电动超卷扬起重机，125t/32t1台电动超卷扬起重机，125 “321 机房及电控间尺寸（长x宽）27 m X 23 m28 m X 24 m 投资 设备（含电控）/万元 4 8577 365 土建工程/万元 5 8285 864 小计/万元 10 68513 229 图1方案二 Fig. 1 Scheme 2 井筒中心线 4副立井大型设备运输方式 4.1副立井大型设备运输主要方式及特点 大型矿井井下辅助运输采用全无轨系统时，井 下材料、人员等小型设备均采用防爆无轨胶轮车直 接进出罐笼运输，唯有整体液压支架等大型设备运 输时，方案略有不同，主要有采用无轨平板车承载 支架运输和有轨平板车承载支架运输这2种方案， 下面根据矿井实例对2种方案进行分析。 4.1.1无轨平板车承载支架运输 对黄玉川、红庆梁等采用无轨平板车承载支架 运输的矿井进行调研，发现主要有以下特点①液 压支架等大型设备，采用无动力胶轮拖车，它与多 功能叉车配套，平板车车体前部为胶轮、后部为平 面支墩，运行时动力车通过快速连接器支墩抬起, 井上下再进行换装；②无轨胶轮平板车自重较大, 重量为有轨平板车的23倍，影响提升容器尺寸 及重量，易导致提升设备选型升级、运行年电耗增 高；③由于液压支架的重量过大，若罐笼偏载会影 响正常提升，甚至发生事故，为此必须保证支架进 入罐笼后，车、架、罐三者组合后的重心位于大罐 笼的几何中心线上，经调研现场反应，虽然支架进 罐之前调姿已完成，并按标定位置就位，但重心确 定仍然困难，费时费力；④无轨胶轮车进入罐笼动 力车多采用多功能车，该车体积和重量大，司机操 89 2020年第7期煤炭与化工第43卷 作性和视线较差。 4.1.2有轨平板车承载支架运输 对纳林河二号矿、胡家河矿井等采用有轨平板 车承载支架运输的矿井进行调研，发现主要有以下 特点①采用有轨平板车运输，车体较轻，阻力较 小，动力车采用蓄电池机车或普通叉车均可；②有 轨平板车沿轨道运行，方向容易控制，进入罐笼后 重心确定方便、定位准确；③与无轨胶轮平板车运 输相比，仅在罐笼、井口和井底车场增设暗轨，建 设投资基本不变，亦不影响其它无轨胶轮车的正常 运行。 4.2副立井大型设备运输方式选择分析 副立井提升系统设计时，综合考虑以上诸多因 素，认为采用有轨、无轨相结合的方式更为适宜。 在特大罐笼内、井口和井底车场增设轨道，轨道均 采用暗轨形式，特大罐轨面与容器底板平齐，井口 房和井底轨面与地面平齐，不影响无轨胶轮车的通 行，液压支架等大型设备采用有轨运输，材料和小 型设备采用无轨运输。提升设备及容器按照无轨平 板车承载支架选型，预留大型设备全无轨运输的灵 活性。矿井生产时，下井设备和材料的运输具体原 则如下。 （1） 普通材料、小型设备运输。目前国内无 轨胶轮材料车多采用WC5E型（载重5t）和 WC8E型（载重8t）。因此材料及小型设备可采用 WC5E型无轨胶轮材料车或者WC8E型无轨胶轮材 料车装载，宜接驶入特大罐笼或大罐笼内，下放井 底直接运抵使用地点，中间无换装环节，实现连 续、高效直达运输。 （2） 大型设备运输。大型设备上、下井时利 用有轨平板车运输，调车作业由蓄电池电机车完 成，不需要设置操车设备。整体液压支架等大型设 备井上由支架搬运车运至井口房后换装至有轨平板 车上，由蓄电池机车或普通叉车送入特大罐笼，井 下由蓄电池电机车牵出罐笼后运至井底换装站，换 装至支架搬运车上，运至工作地点，升井则与上述 工艺相反。 5结论 （1）在副立井提升系统的选择上，地质条件 较好，地震烈度不大，建设工期允许的条件下，应 优先选择井塔式多绳摩擦提升系统布置方式。 （2 ）通过对副立井提升时常用的3种布置形 式研究可以得出，双罐笼提升系统运输能力约为单 罐笼平衡锤系统的2倍；同等运输能力下，双罐 笼运输系统较两套单罐笼平衡锤系统具有初期投 资低、建设工期短、运营管理费用低等优势。故副 立井提升系统设计时，可优先考虑采用双罐笼提升 系统。需要说明的是，随着井深的增加，副立井一 次提升循环时间增长，采用双罐笼系统优势将更加 明显。 （3）大型矿井副立井提升系统设计时，可以 根据实际情况，采用有轨、无轨相结合的方式。 参考文献 [1 ] 王秋里.特大型煤矿千米深井副立井提升系统研究[J ].矿山 机械，2019, 47（7） 25 - 29. 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