主井单绳缠绕式提升系统的升级改造

李 阳

枣庄市留庄煤业有限公司，山东枣庄 277518

1 概述

主井提升系统担负矿井原煤提升任务，其提升效率直接影响矿井的产量和效益，随着矿井现代化建设不断进步，采煤机械化程度提高，集中运输量大幅增加，然而井下煤仓容量较小，时常出现因满仓而延时生产的现象，且主井提升机每日负荷运行均近22 小时，已至提升极限，已成为制约矿井安全、稳定生产的主要因素。提升系统长期处于满负荷运行，接近或超过设备最大承受能力，且使用年限长，磨损明显，还有钢丝绳为双层缠绕，咬绳处磨损严重，钢丝绳购置更换费用支出较大。因此，主井提升系统改造势在必行。留庄煤矿主井提升系统改造前后现场技术参数对比情况如下。

改造前现场参数及工况：

提升机型号：2JK-2.5×1.2/20

提升机出厂日期：1989 年1 月

提升机安装日期：1989 年10 月

最大静张力[Fjm]=90kN

最大静张力差[Fjc]=55kN

减速箱型号：XL-30/20

变速比i=1：20

电动机型号：JR157-8

额定电压：Ue=6kV

额定功率：Pe=320kW

额定转速：740r/min

电控系统：TKD-D2-328PCG 矿井提升电控系统

电控安装日期：2002 年6 月

改造后现场参数及工况：

提升机型号：2JK-3×1.5/20E

提升机出厂日期：2011 年1 月

提升机安装日期：2011 年11 月

最大静张力[Fjm]=135kN

最大静张力差[Fjc]=90kN

减速箱型号：ZZL900-06-00

变速比i=1：20

电动机型号：YB500-8

额定电压：Ue=6kV

额定功率：Pe=500kW

额定转速：741r/min

电控系统：TKD-NT-BP 全数字高压变频矿井提升电控系统

电控安装日期：2011 年8 月

2 原提升系统存在的不足

留庄煤矿主井提升机安装于1989 年10 月，历年以来承担煤矿生产提升任务，特别是1997 年核定生产能力65 万吨以来，生产任务加重，主井提升机使用年限长，设备老旧，机械磨损明显，电控系统老化，自动化程度低等成为制约矿井安全生产的绊脚石，具体表现在以下几个方面：

1）装卸载系统采用人工打点、简易通讯，与提升机电控系统未构成足够的信号安全闭锁，且不能够完成提升系统与装卸载及其信号的自动化运行，造成提升循环时间较长，装卸载能力效率低下；

2）提升系统设备老旧、满负荷使用，造成提升机滚筒出现过开裂、变形、轴向窜动等机械故障，减速箱也出现过多次故障，提升机大部分主要部位都经过维修、更换，各部位磨损严重；

3）原采用2.5m×1.2m 滚筒，滚筒钢丝绳缠绕为双层缠绕，咬绳现象严重，在咬绳处钢丝绳易产生断丝，平均约4 个月～6个月需要更换两根钢丝绳，购置费用支出较大；

4）提升系统电控为PLC 可控硅20 级编码起动电控系统，KDG150/720 低频电源拖动，电控设备老旧，元器件老化严重，电控系统趋于淘汰，出现维护所需元器件不易购置，运行状态不稳定，故障率高等情况。采用较落后的交流电机转子串电阻调速控制，在减速和低频拖动阶段速度控制性能差，特别是在负载变动时，恒加减速控制经常会出现过放、过卷。频繁的起动和制动工作过程使转子串电阻调速产生相当大的能耗。另外，调速控制电路复杂，易受干扰，接触器、电阻、电刷、可控硅等元器件易损坏，导致维护成本增加，能耗效率低下；

5）提升系统自动化程度低，操作人员耗费精力，提升循环时间较长，提升运输每日工作时间长，造成提升系统长期满荷运行，易出现因满仓而延时生产现象。

3 改造方案

通过对提升系统的分析，设备购置与维护、及钢丝绳更换费用的比较，结合对邻近矿井运行情况的调研，可按以下思路对提升系统进行改造。

1）提升机部件老旧、磨损严重，且更换钢丝绳缠绕方式为单绳缠绕，延长钢丝绳使用寿命，绞车不再更换部件进行改造，直接将型号升级为2JK-3.0×1.5/20；

2）减少提升环节，减少提升循环时间，提高提升效率，升级信号系统，采用装卸载自动化系统，并具备各种信号保护、安全闭锁功能；

3）采用先进的高压变频调速系统，提高速度的可控性能，运行的稳定性，增加提升机运行的安全系数，能够实现交流电机在各种负载情况下的平滑起动、调速、制动、停车等功能，消除机械及电气冲击，延长设备使用寿命，并且在减速制动运行时，将电动机再生能量反馈到电网中去，实现电动机运行能量的再生，达到节能运行的目的。采用TKD-NT-BP 电控系统，配合装卸载自动化系统实现提升机的自动化运行，自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度，提高提升系统的安全生产效率。

4 改造施工方案

提升系统是采煤机械化、现代化时代高产量的制约瓶颈，但改造提升系统势必又要影响矿井的生产任务的顺利完成。生产矿井的改造，应尽量减少对生产的影响时间。提升系统作为矿井的主要固定设备，其安装过程至少需要2 个月～3 个月的时间，如果要进行升级改造，就要影响生产时间，降低矿井制造的生产效益。怎么样能够做到既能尽可能少影响或者不影响生产任务，又能完成升级改造，成为首要解决的问题。

留庄煤矿此次主井提升系统改造规模较大，除了未改动井筒装备，升级改造了主井提升机、电控系统、信号系统等。根据现场空间，合理安排土建、机电施工顺序，尽可能采用并行施工，减少停产改造时间。在旧提升机基础前方预制新基础，安装滚筒、减速箱、电机等主体设备，这样施工，在新提升机未完成安装前，原提升机仍然可以运行，执行提升生产任务。为了不影响生产安排，尽量利用煤矿停产检修时间，安排安装中不可规避的影响生产的安装任务。如电控系统的升级改造、提升机房顶的拆除和安装、新提升机的试运行、最终的上绳投入使用等，尽量安排在每年或每月的停产检修时间。

施工过程大体如下：

1）在方案确定前，需要进行提升能力核算，特别是需要明确改动后天轮到滚筒上的钢丝绳的最大内、外偏角都不得超过1°30′。单绳缠绕时，内偏角应保证不咬绳；

2）根据现场空间实际状况，新提升机布置在原提升机前方。在原提升机房墙体外，进行提升机基础施工。新提升机房与原提升机房改造统一考虑，施工前，拆除原提升机房顶并支护加固，保证原提升机能够正常提升；

3）新提升机房基础施工完毕，新提升机进行初步安装后，施工墙体及敷设玻璃钢瓦房顶等；然后做好隔离，再对新提升机进行精确安装、调试。同时进行电控系统改造；

4）新提升机安装完毕投入运行后，拆除旧提升机并吊运出机房，恢复提升机房基建。

5 改造后运行效果和经济效益分析

本改造方案较好的解决了原系统存在的不足，大大提高了主井提升系统的安全性能和自动化水平，大大降低了提升系统的维护、维修成本，提高了提升系统的运行效率，为矿井的安全生产提升奠定了坚实的基础，扫平了矿井提高生产产量的瓶颈问题。

留庄煤矿主井提升系统安装使用后，运行安全可靠，维护简单，实现了主井提升系统的全自动化控制，使用效果明显。概况起来，该系统改造具备以下优点：

1）改两层缠绕为一层缠绕，延长钢丝绳使用寿命，由原来4 个月～6 个月更换两根钢丝绳成为每年更换2 根钢丝绳，节约使用钢丝绳3 根/年，节约购置费用约10 万元/年；

2）电控系统由交流绕线电机转子串电阻调速升级为高压变频调速，在减速制动运行时，电动机再生能量反馈主电网中，减少电能因调速电阻引起的损耗，大大提高了电能的利用效率。提高了主井提升机运行速度的可控性能，提高了提升机的自动化水平，操作、维护更加简单，安全性能更加可靠；

3）滚筒半径变大，提升机运行速度由4.7m/s 提升到5.8m/s，且装卸载和提升机电控自动化程度提高，每勾提升时间由150s 减少至120s。采用全自动提升时，可以排除各种人为因素。每小时提升勾数可增加4～6 勾，每小时提升最多提升吨位增加30 吨。提高提升效率，降低设备负载运行时间；

4）提升设备及电控系统更新改造，选型合理，适合矿井运行，设备维修故障少，维护成本大大降低；

5）此次主井提升系统改造为以后更换大容量箕斗，增加主井提升量留下了足够的冗余设计空间。

综上所述，此次提升系统全面升级改造，保障了矿井的安全稳定生产，降低了提升设备维护、维修成本。采用新型变频技术，做到节能降耗。采用旧提升机生产同时安装新提升机的办法，减少改造对生产时间的影响。改造后的提升系统将为今后矿井安全生产任务的完成，提供提升方面有力的保证。

[1]于励民，仵自连主编.矿山固定设备选型使用手册[M].北京市：煤炭工业出版社，2007，10.

[2]于修，陈维健，李功熹主编.矿山大型固定设备技术测试.江苏徐州：中国矿业大学出版社，1995，4.

[3]王志甫主编.矿山固定机械与运输设备.江苏徐州：中国矿业大学出版社，2006，8.