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特大型矿井提升机结构和布置方式的选择


  中天合创能源有限责任公司葫芦素矿井设计生产能力为13.0Ma/t位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内东胜煤田,井田面积为98.08 km2,设计服务年限为90.0 a。

  葫芦素矿井主井井筒直径为9.6 m,提升高度为655.78 m。井筒内“一”字布置了4个50 t提煤箕斗,是国内外煤矿中所应用的zui大吨位的箕斗。主井提升系统采用塔式提升,井塔内安装了2台直径5m*6m摩擦式提升机,配8 000 kW交流同步电动机,单机拖动,传动方式采用交-直-交变频控制,提升系统zui大速度为14m/s提升机、电动机和电控设备均为瑞典ABB公司进口设备。该主井提升系统是国内zui早在一个井筒内布置4个50 t箕斗、提升能力达到13.0Ma/t并成功运行的千万吨级立井提升系统。

  1 提升机结构型式

  大型提升机一般可分为电动机内装式和电动机直联悬挂式2种结构型式。

  内装式提升机的主要特点是将电动机装在卷筒或摩擦轮内部,是工作机和驱动机融合在一起的机电一体机。它不仅彻底颠覆了传统提升机的结构,而且技术更先进,具有传统提升机无法比拟的优势。

  相较于常规的直联悬挂式提升机,内装式提升机具有以下优点:

  (1)提升机尺寸较小,空间结构紧凑,可以有效地减小电动机的基础和提升机房的建筑面积,从而减少土建费用,尤其是对塔式提升机来说效果更为显著;

  (2)提升设备的底座较小,与基础连接的部件少,设备安装时间短;

  (3)电动机转矩直接作用于摩擦轮的钢丝绳上,无需经过中间部件传递,传动效率高;

  (4)主轴装置两端对称,主轴承受力均匀;

  (5)主轴不传递扭矩,大大减小了主轴挠曲度;

  (6)这种结构中产生的力,如钢丝绳拉力和磁拉力都是对称传递的,大大提高了整个系统的刚度,轴和轴承的变形不会影响电动机的气隙;

  (7)电动机的温升不会使定子产生不对称的变形,因而电动机的气隙始终保持均匀;

  (8)设备基础的变化不会影响电动机的气隙;

  (9)采用标准的自调心轴承,使用寿命长,通用性强;

  (10)维护量小,电动机效率较高,运行费用较低。

  内装式提升机不仅具有上述诸多优点,而且在设备布置方面也具有非常大的优势,可以节省大量的土建工程量。以葫芦素矿井主井井塔为例,悬挂式与内装式的井塔面积比较如表1所列。

  表1悬挂式和内装式提升机所用井塔面积的比较

  由表1可知,内装式提升机与悬挂式提升机相比,井塔面积减少了14.04%。内装式提升机无论是在结构上还是在设备布置方面,均具有较大的优势,条件允许时内装式提升机应是合理的选择。

  2  提升机布置方式

  多绳摩擦式提升机有井塔式和落地式2种布置方式,各自的优缺点已被业内人士熟知,不再赘述。葫芦素矿井主井提升系统安装了2套提升设备,提升机布置方式的选择如下所述。

  2.1 井塔式布置

  葫芦素主井2台提升机均采用单电动机拖动。之所以采用单电动机拖动,是因为双电动机拖动会在2台设备之间形成一条狭窄的通道,不仅不利于设备的安装、维护和检修,布置上不合理,而且经济上也不合理。每台提升机需要2台电动机和2套电控设备,设备造价增加,机房面积增加约14 m2,土建投资增加。因此,对于井塔式提升机,条件允许时应采取单电动机拖动方式。

  葫芦素主井塔式提升机井塔平面布置如图1所示。

图1 塔式提升机的井塔平面布置

  2.2 落地式布置

  葫芦素矿井主井安装2台提升机,可以采用同侧布置或异侧布置。同侧时布置在同侧同一个机房内,方便管理,占用工业广场面积小,但机房内起重机轨面高达30 m,导致提升机房高度过大,施工难度大;异侧时布置在井筒两侧,虽然需要建2个提升机房,占用工业广场面积大,较同侧布置多1台起重机,但井架高度小、受力对称,初期投资较省。因此,落地式提升机应采取异侧布置方式,如图2所示。

图2 落地式提升机的提升系统布置

  综上所述,对于井塔式和落地式布置方式的选择,塔式布置方式不仅占地面积小,防滑性能好,后期维护工程量少,而且设备投资少,维护费用低。因此,工期允许时应优先选择塔式布置方式。

  3 几点体会

  (1)内装式提升机与直联悬挂式提升机相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有较大的优越性,特别适用于大型提升机,尤其是当1个提升机房内安装2套大型提升机时,采用内装式提升机不失为技术先进、经济合理的选择。葫芦素矿井主井提升设备原设计采用内装式提升机,但zui终因种种原因未能得到实施。

  (2)提升系统钢丝绳和井筒的防冻问题不容忽视,尤其是在北方寒冷地区,这方面井塔式明显优于落地式布置。

  (3)针对井塔式布置占用井口时间长的问题,随着国内平行施工技术的发展,可有效缩短井塔施工占用井口的时间。井塔和井筒装备平行施工法是在井塔建到一定高度后,安装临时设备,上面继续施工井塔,下面同时施工井筒装备。近年来,使用该方法获得成功的案例越来越多,内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿井和葫芦素矿井主、副井井塔是采用这种方法施工的,说明井塔和井筒装备是可以平行施工的。

  (4)要满足主井提升系统的能力,或者提高箕斗的吨位,或者提高系统的提升速度。箕斗的尺寸受井筒直径和箕斗结构的制约,过度增加箕斗的断面尺寸,不仅导致井筒直径加大,矿建投资增加,而且给凿井也带来困难;而小的箕斗断面又会使箕斗过于高细,结构不合理,甚至会影响系统的装卸载时间等,使得一个井筒内布置4个特大型箕斗的矛盾会更为突出。因此,在一定条件下,以提高提升速度来增加提升能力的效果更为显著。但提高速度又会给提升系统带来一些其他问题,如罐耳的磨损、对罐道的冲击等。此外,目前我国深井大吨位提升系统的罐道型式多为钢罐道,其安装质量也在很大程度上制约着提升速度的提高。因此,应在综合考虑上述各因素的前提下,合理确定超大型箕斗的断面和系统zui大提升速度。

  4 结语

  随着矿井开采深度的增加和特大型智能化矿井的建设,作为整个矿井“咽喉”的主井提升系统也越来越重要,而对于特大型提升系统来说,提升机的结构型式和布置方式决定着主井提升系统的经济性、先进性和anquan性。因此,正确选择提升机的结构型式和布置方式尤为重要。

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