浅析副立井提升策略及系统选择

赵雅风，裴常灵

（山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000）

1 阳煤二矿相关概述

1.1 矿井基本情况

阳煤二矿（全文简称二矿）是阳泉煤业有限责任公司特大型骨干矿井之一，也是我国煤矿行业特级质量标准化及现代化矿井之一。二矿具有得天独厚的自然开采条件，井田面积达到62.4km2，煤炭可采储量达到4.9亿t。该矿井自1951年建成以来，截至2011年已经累计生产煤矿1.1亿t，为国家创造税收额度3亿多元。

1.2 矿井地理位置

二矿所处地理位置东距阳泉市约5km，井田东边是大阳泉井田，西边则是正处于勘探阶段的西上庄井田，南边与五矿井相邻，北边以石态铁路为界。此外，二矿具有十分便捷的交通网络，石太线为复线电气化铁路，以东西方向贯穿该矿区，在煤炭运销中起着重要作用［1］。另外，太石高速公路以南北向穿过井田，307国道以西向东穿过，构成了连通全国各地的交通运输网络。

1.3 二矿副立井基本情况

二矿龙门副立井井筒直径10m，龙门分区副立井井筒直径10m，井口标高Zk＝＋885mm，井底马头门标高Z＝＋470m。除担负龙门分区的进风任务外，还担负着材料、少量人员、一次采全高大型液压支架及无轨胶轮运输等设备的升降任务，对煤矿的安全生产起着至关重要的作用。

2 副立井提升策略概述

2.1 阳煤二矿龙门副立井提升基础

井筒内装备有一套提升设备，提升方式为罐笼加平衡锤提升、一个水平进出车。提升容器为特制单层大型罐笼加可调式平衡锤。采用冷弯方管罐道，提升高度415 m，额定最大提升速度8.38m／s。设一台JKM5x6 型塔式多绳摩擦式提升机，配两台ZKTD 型低速直联电动机，单台电机额定功率1 800kW，转速32r／min。配套全数字直流调速系统、网络化操作系统、监控系统组成的直流电控装置［2］。需要注意的是，在设计的提升方式中电机变位质量为估计值，还需要以厂家提供的实际数据重新校核提升系统，最终确定罐笼和平衡锤重量，并依此修正本设计计算选型过程。

2.2 副立井提升方案依据

阳煤二矿龙门副立井提升方案设计主要以相关会议讨论通过的决议为依据、集团公司确定的设计原则、矿方所提的相关意见和建议以及相关专业机构设计意见为依据。

2.3 副立井提升策略相关参数确定

分别需要确定阳煤二矿龙门副立井系统最大提升量、罐笼、平衡锤，具体阐述如下：

第一，对副立井系统最大提升量的确定。根据最大件（液压支架）升降方式，最大件重量为59.3t（过渡架加平板车），考虑到支架加平板车制造误差，在不影响提升机选型的前提下，适当考虑一定富裕量，确定提升系统最大提升重量64t，最大载重量差为32t。

第二，对副立井系统提升方式罐笼、平衡锤的确定。其中，罐笼采用特制加长加宽单层罐笼，根据井筒直径和提升设备外形尺寸，按照罐笼最大化原则确定其尺寸为：长×宽×高＝8 600mm（罐道间距）×3 300mm（净宽）×6 000mm（净高），可满足最大件设备提升任务。罐笼自重62 000kg（包括首尾悬挂装置和滚动罐耳）。另外，平衡锤则采取可调式，也就是罐笼加平衡锤的提升方式，运行效率较低，为了降低成本，经济运行，设计采用可调式平衡锤。正常提升（Q≤34 000kg）时平衡锤重量79 000kg；提升大件（64 000kg≥Q＞34 000kg）时平衡锤重量94 000kg，井筒布置见图1。

图1 井筒布置图（mm）

3 副立井提升方案对比选择

主要从提升机布置形式、提升机及拖动方案两方面对阳煤二矿龙门副立井提升方案进行对比选择。

3.1 提升机布置形式

对于立井提升系统，提升机布置形式有井塔式及落地式两种形式，分别对其优缺点阐述如下：

1）井塔式。采用井塔式布置的提升机设备布置集中，节省占地；生产使用方便，维护方便；节省钢材，可提高钢丝绳使用寿命，安装、更换钢丝绳较为方便，对钢丝绳防冻和提高防滑性能有利［3］。缺点则主要是井塔基础及结构形式复杂，施工困难，施工工期长（根据以往经验相对落地式布置长约6个月），占用井口的时间较长，需科学安排施工方法和进度，设备起吊安装困难，需设吊装孔和起重机，增加客货两用电梯等。从经济方面来考虑，以阳煤集团二矿龙门副立井为例，这种方式造价约为9 025.79万元，经济比较为0元，比较经济实惠。

2）落地式。采用落地式的优点主要有：提升机房位于地面，安装、维护方便；建设期间，不占用井口，提升机房施工、设备安装调试和井筒施工可平行作业，井架施工占用井口的时间相对较短；提升机房距井筒较远，对井筒的压力较小，有利于井筒的维护；落地式提升机房和设备基础处理难度相对较小，费用低；落地式提升系统对抗震较为有利。缺点则在于井架和提升机房占地面积大，钢丝绳裸露在外，冬天易结冰，对天轮每日的例行检查需爬井架，此外，井架的日常防腐费用较高。

落地式在阳煤集团二矿龙门副立井中使用，造价约为9 231.67万元，经济比较增加了205.88万元，需要资金较多。

3.2 提升机布置形式选择

综合考虑龙门副立井工业场地较小，与高速公路相邻，其他方向为山地，设计推荐龙门副立井提升机布置方式采用井塔式。

3.3 提升机及拖动方案

提升机常用驱动方式有电机加减速器、低速直流直联和交流变频低速直联等，对于电机加减速器驱动方式，因减速器传递功率有限，故常用于直径3.5m 以下，配套电机功率1 500kW 以下的提升机，二矿龙门副立井提升机配套电机功率2×1 800kW，故不能选用此种方式（电机加减速器驱动方式）。因此，在对几种方案进行必选之后建议使用以下方案：采用型号为JKM5×6（Ⅲ）、最大静张力为1 650kN、最大静张力差为500kN、衬垫摩擦系数为0.25 的提升机；使用型号／根数为6×36WS－FC－1770ZZ（SS）、直径为54 mm、单量为10.8kg／m、抗拉强度为1 770 MPa、最小钢丝绳破断拉力总和为2 084kN 的钢丝绳；使用型号为TDBS悬挂式交流变频3 400kW 调速同步电动机。此种方案的优势在于：第一，随着大功率电力技术、微电子技术、控制技术的发展，交流调速系统已完全达到直流调速系统的性能指标；第二，结构简单、体积小，效率可达96%；第三，维护量小、超载能力高；第四，气隙大易于安装；第五，装机容量大，可达10MW 以上；第六，交流变频采用的是智能型全控器件，可以实现自保护，对于器件故障的保护功能更完善，且能防止故障的进一步扩大，人员可以通过上位机得到故障信息。

4 结语

阳煤集团二矿龙门副立井的提升与改造系统的选择主要考虑安全性、合理性、投资回报率等问题。有关部门应当充分考虑该副立井现有条件、自然环境等特点，尽可能将资源最大化利用，节约提升与改造成本。

［1］赵学雷，连鸿飞.浅析王庄煤矿副立井提升系统改造［J］.水力采煤与管道运输，2009（12）：78.

［2］刘凤先，胡昌华.副立井提升系统优化提效技术改造［J］.煤矿机械，2010（9）：23.

［3］李子贵，王正义.多绳摩擦式提升机安全制动防滑校核分析计算［J］.煤矿机械，2011（8）：61.