2020年第12期孙启迪：主立井提升系统能力改造方案研究及应用137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)伯努利方程实验
摘要福兴煤矿主井原提升容器为JG・3型箕斗，提升能力为39万t/a。为了将提升能力达到60万t/a，在充分利用现有装备设施的情况下，对提升装置重新校核，更换电机、箕斗和增加部分电控装置。经改造，系统能够安全可靠运行，最大限度地节约改造成本和工期，达到了预期目的。 关键词主井；提升系统；改造
码装拉链
中图分类号TD63+3文献标识码B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2020.12.049
Research and Application of Capacity Transformation Scheme for Main Shaft Hoisting System
Sun Qidi
(Fuxing Group Co.,Ltd.,Shandong Zaozhuang277300)
Abstract:The original lifting container of Fuxing Coal Mine main shaft is JG-3skip with lifting capacity of300,000 tons/year.In order to achieve the lifting capacity of600000t/a,under the condition of making full use of the existing equipment and facilities,the lifting device is rechecked,the motor and skip are replaced and some electric control devices are added.After the transformation,the system can run safely and reliably,save the cost and construction period to the maximum extent,and achieve the expected purpose.
Key words:main shaft;hoisting system;transformation
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509.1m，钢丝绳悬垂长度529.6m。采用JG-3型钢罐道单绳箕斗，箕斗自重3500kg，载重3t，本体高度4.808m，全高6.5m；提升机钢丝绳选用32NAT6VX34S+FC-1570型；连接装置采用XS-90型楔形环连接；天轮直径为3m；电动机为Z500-1A型直流电动机，额定功率为400kW；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100.29s，需降低到65so经核算其运行速度大
收稿日期2020-07-11
作者简介孙启迪(1984—)，男，山东枣庄人，本科，工程师，现任福兴集团有限公司福兴煤矿机电副总工程师。于13.5m/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3.5t，载重3t，按照公式A=PM/10000K l.K2.T计算结果，选择单钩提升5t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1m.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、
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滚动罐耳等共重3000kg，载重Q=5t，箕斗本体高度//^=6.5m，箕斗全高//r=8m。提升容器中心距S=].8m o
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6.69m/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)]x (6.69-6)=7.1m o更换箕斗后，箕斗底距下托罐装置间距8.5m，箕斗顶部连接装置距上防撞梁9.2m，均大于7.1m o
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，井下箕斗装载爾室及井底煤仓作相应调整。原井下装载爾室定量斗容量为6.85n?，其载重：6.85/1.5=4.5t。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0.5m 可得有效体积增加1.65nA增重约1.1to改造后定量斗容积为8.5m3，载重5t。
3.5地面皮带及振动筛能力校核
改造后主井年提升能力：
"=3600x A x/x P M x A：/(104x AT,x x7)
=3600x330x18x5x1/(104x1.1x1.15x129)
=65.5(万t/a)
(改造后，原提升速度不变，129s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1670MPa，其他不变，对其安全系数进行校核：
防雷开关提升高度耳=460+49.1=509.1m，悬垂长度H尸Hj+H'-H尸529.6m，绳端荷重2=2+2=8000kg。提升钢丝绳选择32NAT6Vx34S+FC1670型，主要技术参数：绳径/=32mm，钢丝绳单位长度质量4=4.07kg/m，钢丝绳最大钢丝直径<5max=0.2mm，钢丝绳最小破断拉力0=681kN。
钢丝绳安全系数校验：
Qa+PH
_68100—
高频变压器参数=----------------------=6.71
8000+4.07+529.6
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 锲形环连接升级改造
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型彳契形环连接，允许终端载荷110kN。提升机钢丝绳的端荷重2=2+2=50+30=80kN<110kN,XS-11OXS型渓形环连接满足要求。
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
名称参数
滚筒直径q/mm3500
滚筒数量/个2
滚筒宽度B/mm1750
自动投篮机提升机最大静张力F/kN170
提升机最大静张力差F#N115
减速比i20
提升速度vj(m/s) 6.69
提升机变位质量G/kg28000
天轮直径D/mm3000
天轮变位重量G,/kg780
3.&1提升机最大静张力
斥=(0d+Pk x H c)g=(8000+4.07x529.6)x9.8
=99524N=99.5kN<170kN(2) 3.8.2提升机最大静张力差
代=(0+4x Hc)g=(5000+4.07x529.6)x9.8
=7156x9.8=70.1kN<115kN(3) 3.&3滚筒直径校验
80t/=2560mm<£)g=3500mm，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。
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3.&4天轮直径校验
天轮直径校验：80(7=2560mm<2=3000 mm,1200<5max=2400mm<3000mm，天轮直径校验符合要求。
3.&5选择电动机
N=p xKxF c x打/102/“
=1.2x1.15x7156x6.69/102/0.92=704kW(4)式中：K为矿井提升的阻力系数.箕斗提升可取1.15；p为动力系数，箕斗提升可取1.2-1.3；
为提升机选定的最大速度，m/s；7为减速器的传动效率，采用滚动轴承时取0.92o
根据电动机功率计算，现有Z500-1A400型直流电动机已不能满足要求，须更换。选用Z500-3A (730kW,880V)直流电动机，其中心高与原电机一致，基础不必变动。
3.&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380kN.m。减速机最大允许提升负荷：380/1.75=217.1kN=21.7t，最大静张力差为115kN，提升机静力矩为201.25kN.m，提升机最大静力距为322kN.m o按钢丝绳、箕斗、载重之和为120kN核算：其滚筒静载荷为120x1.75=210kN.w<322kN.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：
S=/3P,Jcos<p=\.3>5x730/0.8=1231.8kVA(5)式中：0为过载系数，取1.35；cos?为功率因数，取0.8。
为减少投资，选用两台680kVA的变压器，需另增加一台680kVA，采用星形接法整流变压器，串联原有的680kVA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400kW、440V改造为730kW、880V，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。
气雾阀
(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730kW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730kW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：
M=2NJi m n=450625N-m(6)
(检测报告数据)更换后钢丝绳对滚筒的最大静力距：M=F C x£>/2=70124x3.5/2=122717,MJ 她=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48h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。
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