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当提升机“罢工”：矿井应急提升方案全面解读
发布时间：
2026-03-23
来源：
矿井提升系统应急运行方法研究
针对矿井全矿停电、电动机故障等特殊情况造成原矿井提升机短时间无法恢复运行的问题，本文提出无动力重力下放、外动力辅助提升两种应急提升方案，介绍了各方案的设备构成、工作机理及适用场景，还详细说明外动力辅助提升涉及的辅助提升液压系统、辅助提升电控系统、应急电源需具备的核心功能，以及应急提升实操中的注意要点。
一、应急保障的必要性
矿井提升系统负责在井筒内运输人员、物料与矿石，是井工矿山开采作业的咽喉核心设备。一旦井下工作面突发异常，矿井需立即启动应急响应，依托提升机保障井下人员安全升井。若提升机无法正常运转，不仅会严重干扰矿山正常生产秩序，更会直接威胁井下人员生命安全。安全生产是矿山企业的重中之重，因此解决矿井提升系统的应急运行难题，始终是矿山企业关注的核心议题。
从提升设备的控制系统、传动系统到制动系统，提高提升设备自身可靠性的方法有很多，如控制系统设计有局部故障时的故障开车模式；传动系统设计有 2 套直流或变频装置，单套故障时切换为全载半速模式运行；液压制动系统的安全制动回路为多路恒减速冗余等。笔者进一步讨论全矿停电或电动机故障等特殊情况下，原提升系统短时间内无法恢复时，矿井可采用的应急提升方法。
二、无动力重力下放
2.1 工作原理
无动力重力下放的工作原理如图 1 所示，核心是借助两侧提升容器的张力差，通过调节制动器开闸压力，让较重一侧的容器缓慢下放、较轻一侧的容器同步缓慢上升，抵达指定位置后平稳制动停车。当全矿停电、电动机损坏等故障突发，提升系统短时间无法恢复，出现人员被困罐笼的情况时，重力下放装置可快速将罐笼转移至附近工作面，助力被困人员脱困，目前中信重工、ABB 公司在国内均有相关产品落地应用。
图 1 重力下放工作原理
该方法通过调控制动器压力来控制运行速度，过程中闸盘温度会持续升高，仅适用于罐笼内人员的短时紧急脱困场景。为保障安全，重力下放的运行速度通常需控制在 1 m/s 以内。国内多数应用场景中，多依靠操作人员手动调节油压控制速度，不仅操作难度大，还易出现运行速度不稳的问题。相比而言，中信重工的重力下放装置，采用速度 - 油压双闭环自动控制原理，操作更为简便：司机只需通过操作台旋钮或触摸屏设定目标速度，系统经速度环、油压环 PID 自动调节后，输出油压信号至盘形制动器，即可实现提升机按设定速度平稳连续运行。
2.2 所需设备
实现重力下放功能，需配备液压系统、操作控制元件及应急电源三类核心设备。ABB 公司通常将该功能集成于自身闸控系统中，依托闸控系统自带的液压站与控制柜，即可实现重力下放操作。中信重工在此基础上，还有一种更适配现场改造场景的独立重力下放装置，该装置由独立液压站、小型操作台和电池柜三部分组成：液压站可通过管路开关与原系统液压站实现手动切换；操作台上搭载速度 - 油压双闭环控制器，搭配编码器作为速度监测元件；电池柜则专门为操作台和液压站供电，确保全矿停电时系统仍能正常运转。
重力下放期间，系统可实时监测速度、闸盘温度等关键状态，同时具备过速、制动油压过高、电源故障、闸盘温度超限等多重安全保护功能。出于安全考量，系统还能精准计算容器位置，保障罐笼精准停车与过卷保护。针对千米级深井重力下放运行时长较长的需求，若配置应急电源，需满足连续工作时长超 2 小时的标准；若采用电池供电，则需加装电压监测或电池管理设备，防止长期闲置导致电池过放电而损坏。
2.3 适用工况
无动力重力下放的突出优势是设备投入成本较低，能够有效解决特殊工况下罐笼被困人员的应急救援问题。但该方法存在明显的适用边界，仅支持短时、低速的单次运行，无法应对全矿长时间停电、井下水位上涨、需组织全员安全升井等场景 —— 这类场景要求提升系统连续数小时往复运转，重力下放难以满足。同时，该方法也并非适配所有矿井与工况，比如当提升系统两侧容器及所载载荷相近，出现张力平衡状态时，重力下放装置便无法正常启动运行。
三、外动力应急辅助提升
外动力应急辅助提升，是矿井提升机遭遇电动机、电气传动装置故障，或是全矿断电等极端工况时，通过新增投入的外部动力，实现人员连续安全升降的应急救援方式。
这类辅助提升设备通常由四大核心部分构成，分别是机械传动系统、辅助提升液压系统、辅助提升电控系统以及应急电源。
针对紧急救援过程中不同的载荷要求与运行速度需求，设计时需匹配对应的专属结构型式。
3.1 机械传动系统
3.1.1 齿圈传动型
某煤矿现用提升机主机型号为JKMD-4×4ZⅢ，其应急提升要求为：承载40人，运行速度1.2 m/s，经计算电动机功率需90 kW。由于电机功率相对较小，且现场安装空间有限，决定采用齿圈传动型机械方案（见图2）。该结构主要由大齿圈、小齿轮、减速器、电动机和底座等组成。
图2 齿圈传动型应急辅助提升结构
齿圈传动型机械结构的工作原理如下：减速器输出轴上装配有小齿轮，同时在提升机主轴装置非传动侧制动盘的内缘新增设大齿圈；常态下小齿轮与大齿圈呈分离状态，应急提升时通过滑轨调整使二者实现啮合，驱动提升机摩擦轮转动，从而保障提升机正常运行。
受卷筒周边安装空间的限制，该类机械结构虽具备占地面积小的特点，但传动总功率存在明显局限，无法满足大载荷的提升需求。即便原提升设备主机规格较大，且轴承座两侧均具备减速器与电动机的安装空间，最多也仅能装设 2 台功率约 90 kW 的电动机。
3.1.2 联轴器型
若要满足数吨到十几吨级的应急提升载荷，同时实现更高的应急提升速度，可采用快速连接联轴器型辅助提升机械结构（见图 3），主要由联轴器、齿轮箱、电动机等部件组成。
图3 联轴器型辅助提升结构
山东新巨龙能源有限责任公司东副立井使用的中信重工JKMD-5.5×4PⅢ落地式多绳摩擦式提升机，配备3 000 kW低速交流变频同步电动机，额定转速 35r/min，设计提升速度 10m/s，钢丝绳最大静张力差 450kN。其应急提升系统同样采用图 3 所示结构，辅助提升电机选用 1 台异步变频电动机，经计算选型为：功率 710kW、转速 495r/min、12 极，采用强迫风冷散热并自带冷却风机，额定电压 1140V，防护等级 IP55。
其工作原理为：在提升机主轴装置非传动侧，增设一套由发电机组供电的驱动系统；主轴非传动侧外伸低速轴通过齿式联轴器与减速器相连，电动机则通过弹性柱销联轴器与行星减速器高速端连接。主轴与减速器之间采用快速拆装式齿式联轴器：提升机正常工作时，辅助提升系统不投入使用，减速器与主轴联轴器保持脱开；一旦进入应急工况，该齿式联轴器可快速接合，辅助提升系统随即投入运行。
减速器优先选用行星齿轮减速器，具备结构紧凑、传动效率高、轴向与径向承载能力强、运行平稳可靠等优势，可满足应急运行时的热功率要求。同时，减速器高速轴、低速轴均配备轴承温度及油温监测装置，可实现超温报警、自动停机等安全保护功能。
3.2 辅助提升液压系统
由于应急提升的运行速度通常不高，辅助提升液压系统可选用常规的二级制动液压站，即可满足长时间连续运行的需求。
为提升系统运行可靠性，液压站需配置两套油泵机组与电液比例调压装置，一套工作，一套备用。同时，液压站应安装压力、温度、油位等监测传感器，并设置并联冗余的回油管路，确保符合相关安全规程要求。
辅助提升液压站与原有提升机液压站之间，可通过阀台进行切换，且必须具备可靠的闭锁功能，制动器则直接沿用原提升系统的现有制动器。
3.3 机械传动系统
为保障应急提升阶段能够长期、稳定、安全运行，辅助提升电控系统在设计时必须严格符合相关安全规程的要求。该系统采用主、从两套PLC作为核心控制，并配置冗余的位置、速度等监测传感器。操作方式应支持手动、半自动及慢动模式选择，具备数字行程监控、系统运行数据显示及故障报警功能。
除此之外，系统还需具备以下功能：
（1）对供电回路电源开关的状态实时监测；
（2）对液压系统、散热风机等辅助设备进行控制与状态监视；
（3）与变频器协同工作，实现对运行速度、力矩的调节控制；
（4）实时监测井筒内各开关装置的状态；
（5）具备卷径计算功能，用于修正提升机行程深度的计算系数；
（6）实现提升机控制系统与提升信号之间的相互闭锁；
（7）系统监测及故障自诊断功能。
安全回路采用硬件安全回路 + 软件安全回路的多重保护方案，满足安全规程中要求的各类保护及双线制保护要求；过卷、超速、限速等关键保护，均采用主编码器、从编码器相互校验的多线制监测方式，进一步提升安全可靠性。
变频传动系统采用基于闭环矢量控制的交‑直‑交变频器。若应急电源为专用柴油发电机，变频器应设计为能耗制动型，配置制动单元及满功率制动电阻。当提升机负载重力方向与发电机运行方向一致、发电机处于发电状态时，可通过制动单元将产生的能量释放到制动电阻上。
3.4 应急电源
矿山企业通常配备柴油发电机作为应急电源。由于矿井提升机属于四象限运行设备，在重物下放时可能处于发电状态。如果柴油发电机同时为提升机及其他功率相近的设备供电，下放发电所产生的电能可被电网内其他设备吸收，从而维持电网稳定。若柴油发电机主要仅为提升系统供电，则需将辅助提升变频器设计为能耗制动型，通过制动单元将下放发电时的能量释放到制动电阻上，以此保持柴油发电机输出电压的稳定，避免因过压而停机。
与电动机直接启动时电压高、冲击电流大、突加载荷严重的特点不同，变频启动加速过程中输出电流可控（一般不超过 2 倍电动机额定电流），且输出电压会逐步升至电动机额定电压，整体输出功率平稳上升，不会出现柴油发电机突加负载超过 50% 的工况。
在容量选型上，柴油发电机容量只需略大于 2 倍电动机额定功率，既可满足辅助提升的运行工况要求，同时还能为操车控制、信号系统及照明等辅助设施提供电力保障。
四、结论
无动力重力下放设备虽然投入成本较低，但仅能实现罐笼内人员的紧急下放救援，适用场景较为有限。
外动力应急辅助提升装置可将重力下放功能整合到系统内，既可以完成满载状态下的罐笼人员救援，也能实现轻载工况下的连续提升作业，适用范围更广泛。
其中，联轴器型应急辅助提升装置占地面积较大、投资成本较高，更适合应用于新建矿井。
齿圈传动型应急辅助提升装置占地面积小、投入成本较低，更适合在用提升设备的改造升级，具备更强的实用性与更广阔的推广应用前景。
来源：矿山机械杂志