主立井裝卸載機(jī)械系統(tǒng)分析

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摘要：對(duì)麻家梁主立井裝卸載機(jī)械系統(tǒng)的提升容器及其布置、井底裝載機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)等，進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，肯定了其在特大型礦井主立井裝、卸載系統(tǒng)“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際先進(jìn)”水平的地位。

關(guān)鍵詞：主立井；裝卸系統(tǒng)；設(shè)計(jì)分析

1概況

1）礦井概況麻家梁礦井位于山西省朔州市的南部，是朔南礦區(qū)總體規(guī)劃中五個(gè)特大型現(xiàn)代化礦井之一，隸屬于大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司。井田面積104.16km2；煤炭?jī)?chǔ)量26億噸。麻家梁礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10Mt/a，同步建設(shè)洗選能力為10Mt/a的洗煤廠(chǎng)，服務(wù)年限82.7年。礦井采用立井雙水平開(kāi)拓，初期布置主立井、副立井、回風(fēng)立井三個(gè)井筒，一個(gè)開(kāi)采水平。它是同煤集團(tuán)11個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井之一，是目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，世界一流的特大型立井。2）主立井概況主立井井筒凈直徑Φ9m，井筒深度602.8m，擔(dān)負(fù)全礦井原煤的提升及進(jìn)風(fēng)任務(wù)。井筒內(nèi)裝備兩對(duì)45t外動(dòng)力卸載四繩提煤箕斗，“一”字形布置。主立井提升設(shè)備為2臺(tái)Φ5.7×4落地式多繩摩擦提升機(jī)，鏡像對(duì)稱(chēng)布置于井筒兩側(cè)。

2設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介

2.1提升容器

主立井井筒直徑Φ9m，提升容器選用兩對(duì)45t外動(dòng)力卸載四繩提煤箕斗，“一”字形布置，其中一對(duì)同側(cè)裝卸載，另一對(duì)異側(cè)裝卸載。兩對(duì)箕斗裝載異側(cè)，卸載同側(cè)?；芬?guī)格：3080mm×1500mm×21600mm（長(zhǎng)×寬×高），箕斗總重75t，分為上下兩段，箕斗閘門(mén)采用“上開(kāi)式側(cè)扇形”結(jié)構(gòu)，采用剛性罐道運(yùn)行，井口上盤(pán)制動(dòng)，井底下盤(pán)制動(dòng)，滾輪罐耳采用浸油潤(rùn)滑滾輪罐耳。為了解決多繩摩擦提升機(jī)各鋼絲繩張力平衡問(wèn)題，首繩懸掛裝置采用XSZ系列張力自動(dòng)平衡懸掛裝置，尾繩懸掛裝置采用3個(gè)扁尾繩懸掛裝置

2.2主立井井底工藝布置

（1）箕斗裝載設(shè)備在井底的井筒兩側(cè)對(duì)應(yīng)+665m水平東、西兩條膠帶大巷設(shè)有2個(gè)井底煤倉(cāng)，每個(gè)倉(cāng)下設(shè)有一臺(tái)甲帶給料機(jī)。煤倉(cāng)下井底裝載硐室內(nèi)設(shè)有與2對(duì)提煤箕斗相對(duì)應(yīng)的兩套獨(dú)立的裝載系統(tǒng)。每套裝載系統(tǒng)設(shè)有一臺(tái)甲帶給料機(jī)、一臺(tái)裝載帶式輸送機(jī)和一臺(tái)定量斗，定量斗設(shè)帶翻板的裝載分岔溜槽。液壓測(cè)重定量裝置采用四點(diǎn)稱(chēng)重。（2）箕斗裝載作業(yè)箕斗裝載作業(yè)程序如下：當(dāng)定量斗需要儲(chǔ)煤時(shí)，控制信號(hào)起動(dòng)倉(cāng)口給煤機(jī)及裝載帶式輸送機(jī)，井底煤倉(cāng)中的原煤經(jīng)煤倉(cāng)下口甲帶給料機(jī)、裝載帶式輸送機(jī)及機(jī)頭溜槽進(jìn)入定量斗。當(dāng)定量斗的容煤量達(dá)到設(shè)定重量或體積時(shí)，傳感器發(fā)出指令信號(hào)使給煤機(jī)和裝載帶式輸送機(jī)依次停機(jī)。此時(shí)定量斗分岔溜槽的配煤翻板應(yīng)換向到將要到位的箕斗，定量斗等待卸煤；當(dāng)箕斗停在裝載位置后，通過(guò)信號(hào)控制或手動(dòng)控制起動(dòng)定量斗閘門(mén)，快速將原煤裝入箕斗內(nèi)，直至放空定量斗。裝載完畢，定量斗扇形閘門(mén)關(guān)閉，重箕斗上提，同時(shí)裝載分岔溜槽內(nèi)的翻板換向，發(fā)出控制信號(hào)，給定量斗裝煤，裝載系統(tǒng)即開(kāi)始下一個(gè)作業(yè)循環(huán)。當(dāng)提煤箕斗提升到卸載位置時(shí)，下放箕斗到達(dá)裝載位置，定量斗再次重復(fù)上述過(guò)程。裝載控制系統(tǒng)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化裝載。

2.3主立井井口工藝布置

（1）箕斗卸載設(shè)備卸載站由箕斗卸載液壓開(kāi)閉裝置，接受溜槽，箕斗接受倉(cāng)組成。（2）箕斗卸載作業(yè)箕斗卸載作業(yè)程序如下：箕斗達(dá)到卸載位置并停穩(wěn)后，液壓開(kāi)閉裝置操縱裝置（卸載小車(chē)）橫向移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)卸載滾輪進(jìn)入固定曲軌內(nèi)，打開(kāi)扇形閘門(mén)卸載。原煤通過(guò)接受溜槽卸入接受煤倉(cāng)內(nèi)。原煤經(jīng)箕斗接受倉(cāng)下一臺(tái)甲帶給料機(jī)和1號(hào)原煤帶式輸送機(jī)，運(yùn)至選煤廠(chǎng)加工，完成卸載轉(zhuǎn)運(yùn)。

3主要優(yōu)缺點(diǎn)

3.1提升容器及布置

（1）提升容器麻家梁主立井裝備2對(duì)45t外動(dòng)力卸載四繩提煤箕斗，該箕斗是目前國(guó)內(nèi)已裝備使用的載重量最大的箕斗，屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)箕斗的使用情況分析比對(duì)，為減小箕斗外形尺寸、提高井筒利用率、保證箕斗強(qiáng)度及運(yùn)行平穩(wěn)性，箕斗整體采用扁鋼立柱柔性連接、框架采用鋼板彎制結(jié)構(gòu)、箱體采用高強(qiáng)度耐磨材料，從而保證箕斗的安全可靠性和使用壽命。同時(shí)，由于箕斗高度20m以上，為方便箕斗的運(yùn)輸、安裝和更換，將箕斗設(shè)計(jì)為上下兩段。閘門(mén)是箕斗的核心部件，關(guān)系到箕斗運(yùn)行安全、卸載可靠性及卸載效率，對(duì)箕斗整體性能有重要影響。經(jīng)充分的分析論證，確定閘門(mén)采用“上開(kāi)式側(cè)扇形”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既可有效減輕煤對(duì)閘門(mén)的壓力、減小閘門(mén)的開(kāi)啟阻力，又使閘門(mén)具有良好的自鎖性并能保持煤流順暢、減少灑煤。另外，將卸載滾輪后置，利用杠桿原理，可縮短開(kāi)閉行程、減少卸載時(shí)間。（2）容器布置箕斗采用“一”字形布置，井口只設(shè)有一個(gè)接受溜槽和一個(gè)箕斗接受倉(cāng)，從井口至地面生產(chǎn)系統(tǒng)布置只有一臺(tái)帶式輸送機(jī)，與“田”字形布置形式相比，雖然井筒斷面利用率相對(duì)較低，井筒直徑直徑相對(duì)要大，但“田”字形布置的地面生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)增多，并且使箕斗的安裝更換變得困難，而“一”字形布置能使地面減少一臺(tái)給煤機(jī)、一臺(tái)帶式輸送機(jī)及走廊，具有地面生產(chǎn)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，土建工程量小，占地面積小，工程投資和運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用少，系統(tǒng)安全可靠，不易出故障等優(yōu)點(diǎn)，與“田”字形布置形式相比，減少了罐道、罐道梁材料消耗量，檢修維護(hù)量小，對(duì)礦井的生產(chǎn)影響較小，系統(tǒng)提升能力大。

3.2井底裝載機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)

井底東西兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)井底煤倉(cāng)，兩對(duì)箕斗井底采用異側(cè)裝載方式，井底設(shè)有與兩對(duì)提煤箕斗相對(duì)應(yīng)的兩套獨(dú)立的裝載系統(tǒng)，采用一帶兩箕斗型式裝載，該裝載方式屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)。該方式與兩對(duì)箕斗井底同側(cè)裝載相比，具有井底裝載處井筒斷面和裝載硐室?。ň酌簜}(cāng)給煤機(jī)硐室和裝載水平皮帶巷寬度均減少為5.4m），易于施工，安全可靠，設(shè)備投資少。兩套獨(dú)立的裝載系統(tǒng)設(shè)備各自獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾；當(dāng)一套裝載系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障檢修時(shí)，另一套仍可繼續(xù)運(yùn)行，檢修方便安全，對(duì)礦井的生產(chǎn)影響較小，系統(tǒng)提升能力大。箕斗裝載設(shè)備考慮了定量板式輸送機(jī)、定量帶式輸送機(jī)和定量斗3個(gè)方案。由于定量板式輸送機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，設(shè)備維護(hù)量大，對(duì)井下環(huán)境適應(yīng)性差，特別是淋水大的礦井，工作可靠性差，使用效果不理想，使用單位和成熟經(jīng)驗(yàn)較少；而定量帶式輸送機(jī)又沒(méi)有成熟的制造廠(chǎng)家，使用單位很少，因此設(shè)計(jì)采用了帶式輸送機(jī)結(jié)合定量斗的方案。缺點(diǎn)是裝載高度大，裝載硐室局部斷面大，對(duì)井下巖層有一定的要求。定量斗采用翻板分流機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)定量斗給2臺(tái)箕斗供煤裝載，有效提高了巷道空間利用與裝載效率?；费b載設(shè)備采用結(jié)構(gòu)采用翻板機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)二裝載；通過(guò)液壓站、位置傳感器、PLC電控箱等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)，采用液壓稱(chēng)重傳感器四點(diǎn)稱(chēng)重（采用四點(diǎn)稱(chēng)重，稱(chēng)量總重為120t，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，計(jì)量準(zhǔn)確，便于維護(hù)，裝載時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)；且技術(shù)成熟，全國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格低，在我國(guó)煤礦得到廣泛應(yīng)用，使用效果良好），結(jié)合煤位傳感器和集控液壓站，大型箕斗裝載自動(dòng)控制裝置，避免了超量裝載、重復(fù)裝載等安全隱患，提高了裝載的安全性。裝載硐室內(nèi)布置了共6層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，這些平臺(tái)不僅方便了裝載設(shè)備的檢修維護(hù)，而且與裝載硐室形成了整體框架結(jié)構(gòu)，增加了整個(gè)硐室的支護(hù)強(qiáng)度。

3.3井口卸載機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)

通過(guò)建立特大型箕斗卸載過(guò)程的力學(xué)模型以及仿真模型，對(duì)箕斗卸載過(guò)程閘門(mén)開(kāi)閉時(shí)的動(dòng)態(tài)承載特性進(jìn)行分析，采用了由液壓缸、導(dǎo)軌和卸載小車(chē)等裝置組成的外動(dòng)力直軌式閘門(mén)開(kāi)閉卸載裝置。同時(shí)，通過(guò)集控液壓站、位置傳感器、PLC控制箱等大型箕斗卸載自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)了大型箕斗卸載自動(dòng)化。由于是箕斗在停穩(wěn)后再打開(kāi)閘門(mén)，所以與曲軌卸載相比，不但具有卸載平穩(wěn)、動(dòng)載較小，對(duì)井架、立架沖擊小，閘門(mén)開(kāi)閉動(dòng)作可靠，能延長(zhǎng)箕斗、鋼絲繩壽命，撒煤量少；并且三階段速度圖運(yùn)行，縮短了提升循環(huán)時(shí)間，系統(tǒng)提升能力大，實(shí)現(xiàn)了提升過(guò)程的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)；而且還具有箕斗過(guò)卷時(shí)，箕斗內(nèi)的煤不會(huì)撒落于井底或井口受煤倉(cāng)之外的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行安全可靠；不會(huì)像曲軌卸載時(shí)會(huì)發(fā)生箕斗內(nèi)的煤撒落于井底或井口受煤倉(cāng)之外，對(duì)人員、設(shè)備的安全和環(huán)境造成很大的影響。缺點(diǎn)是需要一套外動(dòng)力設(shè)施，在動(dòng)力設(shè)備及聯(lián)鎖控制設(shè)置不佳時(shí)卸載時(shí)間稍長(zhǎng)，增大設(shè)備投資以及系統(tǒng)維護(hù)量，增加卸載輔助時(shí)間，設(shè)備投資也有所增加。

4解決的重大技術(shù)難點(diǎn)及新技術(shù)經(jīng)濟(jì)成果

4.1特大型提煤箕斗主要尺寸及結(jié)構(gòu)確定

麻家梁45t箕斗在設(shè)計(jì)之初國(guó)內(nèi)尚無(wú)制造使用的實(shí)例，也沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。合理確定箕斗斷面尺寸，對(duì)縮短建設(shè)周期、節(jié)省投資、增加設(shè)備使用的可靠性是非常有益的。在麻家梁礦井設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員對(duì)四個(gè)箕斗在井筒內(nèi)的布置進(jìn)行了充分論證比選，結(jié)合礦井的地質(zhì)條件和施工條件及技術(shù)，在保證安全規(guī)程要求和提升能力要求下，建立模型計(jì)算比較。綜合考慮了井筒斷面利用率、箕斗本體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、卸載閘門(mén)形式以及罐道、過(guò)卷過(guò)放保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)形式布置，結(jié)合井筒投資、井架布置及系統(tǒng)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等因素，最終確定了采用“一”字形布置兩對(duì)箕斗的情況下，箕斗的規(guī)格：3080mm×1500mm×21600mm(長(zhǎng)×寬×高)?；分饕叽缂敖Y(jié)構(gòu)的確定，直接關(guān)系到井筒斷面的大小和箕斗使用的效果，其也會(huì)對(duì)建井工期、工程投資等引起連鎖反應(yīng)?，F(xiàn)在特大型礦井尤其是立井不斷出現(xiàn)，大型提煤箕斗是整個(gè)礦井提升系統(tǒng)中的重要設(shè)備，而其結(jié)構(gòu)的確定及主要尺寸的選取就成為重中之重。麻家梁礦箕斗卸載閘門(mén)采用采用了側(cè)底扇形結(jié)構(gòu)、后置外動(dòng)力開(kāi)閉滾輪，卸載口尺寸設(shè)計(jì)合理，減少了卸載灑煤和開(kāi)閉行程、縮短了卸載時(shí)間。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，卸載煤流十分通暢，卸載時(shí)間僅為30s，比設(shè)計(jì)的卸載時(shí)間縮短近15s，撒煤量很少，較大提高了提升能力，高效安全。斗箱內(nèi)也沒(méi)有起拱，粘結(jié)底板等現(xiàn)象。麻家梁礦主井提煤箕斗主要尺寸及結(jié)構(gòu)的確定，以及在使用過(guò)程中的優(yōu)異表現(xiàn)不僅有效提高了礦井的生產(chǎn)效率，而且還為國(guó)內(nèi)大型提煤箕斗主要尺寸的確定提供了關(guān)鍵的技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴的使用經(jīng)驗(yàn)。

4.2特大型提煤箕斗國(guó)產(chǎn)化

隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)立井提升能力不斷提高，目前國(guó)內(nèi)使用的大型箕斗最大載重達(dá)到了42t，尚無(wú)使用45t箕斗的先例。麻家梁礦井經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和論證設(shè)計(jì)采用45t大型箕斗，由國(guó)內(nèi)加工制造?；穯未翁嵘繌倪^(guò)去42t跨越到45t，提高了提升效率，滿(mǎn)足了我國(guó)千萬(wàn)噸級(jí)礦井對(duì)主井提升能力的要求，單次提煤量45t的特大型箕斗國(guó)內(nèi)外首次應(yīng)用。麻家梁箕斗制造及裝備使用的成功，是國(guó)內(nèi)立井特大型提升容器研究的重大突破，解決了大型礦井立井提升系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，滿(mǎn)足了大型礦井建設(shè)中對(duì)特大型提升容器的需求，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)特大型提升容器的跨越式發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高效安全開(kāi)發(fā)、促進(jìn)產(chǎn)品升級(jí)換代、提升我國(guó)相關(guān)煤機(jī)產(chǎn)品制造水平及規(guī)模、促進(jìn)我國(guó)大型礦山裝備參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)等都具有重要意義。

4.3提供特大型礦井主立井裝、卸載系統(tǒng)解決方案

麻家梁礦井主立井裝卸載系統(tǒng)的成功實(shí)施運(yùn)行，為我國(guó)特大型主立井裝卸載機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了典型的實(shí)體工程案例和可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。它有效縮短了設(shè)計(jì)周期和建設(shè)周期，節(jié)省了投資，增加了設(shè)備使用可靠性，大大降低了由于設(shè)計(jì)的不合理性而影響建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者:李慶耀 單位:山西省煤炭工業(yè)廳太原設(shè)計(jì)研究院