內(nèi)蒙古旗山煤礦北主井提升絞車改造技術(shù)研究

1提升機(jī)設(shè)施現(xiàn)狀及問題遼山煤礦北主井現(xiàn)代化系統(tǒng)承擔(dān)著地下勘探的任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)的主體。由于服務(wù)年限的長(zhǎng)，該設(shè)備在機(jī)械、電氣性能、安全保護(hù)、井管設(shè)備等方面無法滿足安全生產(chǎn)要求。主要存在以下問題:1)旗山煤礦現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為1.70Mt/a,現(xiàn)系統(tǒng)提升能力無法滿足要求。2)提升機(jī)滾筒局部開裂,右滾筒制動(dòng)輪橢圓度達(dá)到1.5mm。提升鋼絲繩受滾筒容繩量的限制,直徑小,安全系數(shù)富裕量小,使用周期短,換繩頻繁。3)采用淘汰的氣動(dòng)控制的平移式制動(dòng)系統(tǒng),在全行程制動(dòng)時(shí)采用二級(jí)制動(dòng),提升至井口時(shí)二級(jí)制動(dòng)不能解除,也不能實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng),可調(diào)閘系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。4)電控系統(tǒng)無冗余控制功能,低頻電源裝置老化,額定電流偏小,故障率較高。5)稱重元件安裝在箕斗座裝梁上,受空箕斗下降沖擊,易損壞,更換頻繁。6)采用重錘式罐道繩拉緊裝置,重錘在井底容易被碳淤起,造成繩終端張緊力降低,不利安全提升。為了保證礦井生產(chǎn)和安全提升,對(duì)北主井提升系統(tǒng)實(shí)施綜合技術(shù)改造十分必要。2轉(zhuǎn)化原則和關(guān)鍵技術(shù)2.1提升機(jī)液壓系統(tǒng)的改造旗山煤礦是正常生產(chǎn)的礦井停產(chǎn)時(shí)間不能太長(zhǎng),實(shí)施綜合技術(shù)改造既要解決提升系統(tǒng)的問題,增大提升能力,又要盡量縮短改造工期。為此,確定如下改造原則:1)充分利用提升系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備基礎(chǔ)。提升機(jī)的主軸裝置、減速器、電動(dòng)機(jī)均利用現(xiàn)有的安裝基礎(chǔ)直接進(jìn)行更換。保持井架、井筒及井筒裝備不變。制動(dòng)系統(tǒng)由氣動(dòng)平移閘改為液壓盤型閘制動(dòng)器,制動(dòng)器的基礎(chǔ)進(jìn)行改造。2)對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行更新,完善各項(xiàng)保護(hù)功能,實(shí)現(xiàn)雙線制,實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)和盤型閘制動(dòng)的閉環(huán)控制。完善定重裝載的稱重方式,實(shí)現(xiàn)信號(hào)和裝載系統(tǒng)自動(dòng)化。3)對(duì)混凝土井架進(jìn)行加固,對(duì)提升機(jī)盤型閘基礎(chǔ)進(jìn)行局部改造。2.2北主井改造后的難點(diǎn)1)此次改造既要解決提升系統(tǒng)存在問題,增大提升能力,又要充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施,縮短施工工期。這給提升設(shè)備的選型帶來一定困難。2)北主井建于20世紀(jì)70年代,受當(dāng)時(shí)的土建技術(shù)限制,材料構(gòu)件強(qiáng)度較低;受設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)震動(dòng),構(gòu)件疲勞,承載力下降。而此次改造,荷載增加,如何利用新材料、新工藝,提高土建設(shè)施的承載強(qiáng)度,是一個(gè)難點(diǎn)。同時(shí)原配套的安全設(shè)施與現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)有差距。如何采用新技術(shù)來完善原有設(shè)施,提升安全性也是一個(gè)難點(diǎn)。3)北主井改造后電機(jī)功率增大,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲給作業(yè)場(chǎng)所及周圍環(huán)境造成影響,設(shè)備散發(fā)出的熱量影響電控系統(tǒng)穩(wěn)定。如何降溫降噪,也是此次改造中要解決的一個(gè)難點(diǎn)。3機(jī)械、設(shè)備等設(shè)施的改建工程運(yùn)行為減少停產(chǎn)損失,必須壓縮改造時(shí)間。因此提升系統(tǒng)的井筒裝備、車房設(shè)備的基礎(chǔ)、混凝土井架等設(shè)施因施工工期長(zhǎng)都不宜大動(dòng),只通過更換提升系統(tǒng)的機(jī)械、電氣設(shè)備來解決安全隱患和增大提升能力。3.1yr3a1-6-400w電機(jī)選用2JK4.3×1.8-28提升機(jī),滾筒直徑增加到4.3m,提升鋼絲繩選用6V37-42-1770型,提高安全系數(shù);井上、下口裝卸載位置不變,箕斗一次提升量10t,選用YR6301-6-1400kW電動(dòng)機(jī)。提升機(jī)使用盤形制動(dòng)閘,減速器選用進(jìn)口POTON行星齒輪減速器,速比21,提升速度由7.6m/s增大到8.136m/s。1齒塊分離器的基礎(chǔ)主軸裝置用高強(qiáng)度材質(zhì)主軸,配以滾動(dòng)支撐軸承,配有徑向齒塊離合器,維護(hù)簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用低,增加了絞車運(yùn)行的安全可靠性,利用原絞車主軸裝置的基礎(chǔ),施工簡(jiǎn)易,無需土建,縮短施工時(shí)間。2高可靠性液壓站,增加比例閥控制絞車制動(dòng)系統(tǒng)用液壓盤形制動(dòng)器取代原風(fēng)動(dòng)平移閘,增加高可靠性液壓站,系統(tǒng)制動(dòng)油壓用比例閥控制。液壓站與絞車新電控的接口適配,實(shí)現(xiàn)絞車的二級(jí)制動(dòng)以及可調(diào)閘環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制。3絲繩張力為克服原箕斗滑架式座裝稱重傳感器受到箕斗沖擊經(jīng)常損壞,受主提鋼絲繩張力影響,造成計(jì)量不準(zhǔn)情況?，F(xiàn)裝載型式改為PLC控制給煤機(jī)給煤,將煤放入計(jì)量斗再由稱重傳感器稱重,經(jīng)過液壓閘門控制溜煤嘴,以非接觸方式裝煤,減少了對(duì)稱重傳感器的沖擊,提高裝載精度。4張緊裝置的改造原罐道繩張緊裝置為重錘式張緊裝置,占用井底較大空間,檢查、維護(hù)不便,現(xiàn)在上井口井塔上安裝液壓張緊裝置,拆除下口的重錘,拆除了下口箕斗的座裝托梁,改為懸裝,釋放了主井下口有限的空間,使下口有一定的過放距離,更換罐道繩及竄繩較為方便。3.2電控系統(tǒng)系統(tǒng)主電動(dòng)機(jī)更換為1400kW的交流電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子與定子電流/電壓電氣參數(shù)超過原電控系統(tǒng)的額定參數(shù),原電控系統(tǒng)元器件老化,故障率高,無冗余控制、液壓站控制功能,必須更新電控系統(tǒng)。1)更換全數(shù)字交流提升機(jī)電控系統(tǒng)。絞車電控系統(tǒng)保護(hù)功能齊全,采用西門子S7-300PLC,CPU采用314C-2DP,組成雙PLC系統(tǒng)。一組主控,一組后備,實(shí)現(xiàn)冗余控制和保護(hù)功能,兩套PLC的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視和保護(hù),提高保護(hù)性能。主令、工作閘、絞車行程、速度均采用數(shù)字編碼器取值轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制,降低故障。2)新增高壓真空接觸器柜一套,參數(shù)為400A/6kV;更換無環(huán)流低頻電源裝置一套,參數(shù)為250A/720V。3)更換轉(zhuǎn)子加速柜一套,啟動(dòng)電阻重新進(jìn)行匹配計(jì)算及更換。3.3自動(dòng)吊裝系統(tǒng)采用定量斗稱重形式,信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行更新,定量斗支座上裝設(shè)稱重傳感器。系統(tǒng)設(shè)信號(hào)點(diǎn)記憶功能,信號(hào)與提升電控系統(tǒng)相互閉鎖,保障開車方向正確。系統(tǒng)對(duì)給煤機(jī)、及放煤閘門控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝載。車房設(shè)裝載重量、開車信號(hào)顯示,在異常裝載時(shí)可立即發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。3.4提升機(jī)的加固本次改造原則是盡量利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)和設(shè)施,縮短工期,根據(jù)提升機(jī)的選型設(shè)計(jì),新更換的提升機(jī)主軸裝置、減速器和電動(dòng)機(jī)仍利用原有基礎(chǔ),提升機(jī)主軸中心線、提升機(jī)中心線、軸承梁位置不變,提升機(jī)房及設(shè)備基礎(chǔ)等土建設(shè)施要做相應(yīng)改造加固。3.4.1增加了數(shù)量大的增加量北主井更換提升設(shè)備后,提升鋼絲繩正常工作靜張力為178kN,較更換前增加不多;而提升鋼絲繩斷繩荷載值由1025kN增加到1365kN,增加了340kN,增加量較大;故原有井架不能滿足設(shè)備更換后的使用要求,需對(duì)井架進(jìn)行加固。由于提升鋼絲繩的水平分力,使得井架在提升鋼絲繩作用下產(chǎn)生了彎矩,原有井架斷面不能滿足更換設(shè)備后的使用要求,故采用了加大加高原有支撐立壁從而調(diào)整井架重心和增加立壁截面面積的井架加固方案。3.4.2制動(dòng)盤和絞車基礎(chǔ)的安全分析更換提升機(jī)后,氣動(dòng)平移式制動(dòng)閘變成液壓盤型制動(dòng)器,制動(dòng)器基礎(chǔ)需要進(jìn)行相應(yīng)的改造。影響提升機(jī)基礎(chǔ)安全的因素是制動(dòng)盤基礎(chǔ)和絞車基礎(chǔ)的抗傾覆問題。制動(dòng)盤基礎(chǔ)要承受不同時(shí)作用的215kN壓力和185kN拉力,考慮到拉力和壓力比較大,采用了利用原來提升機(jī)基礎(chǔ)的螺栓來承受荷載,并重新植筋加固,用高標(biāo)號(hào)混凝土澆灌,將荷載直接傳到基礎(chǔ)的方案,不會(huì)對(duì)安裝螺栓底盤有影響,經(jīng)實(shí)踐證明效果良好。3.5散發(fā)出的熱量治理北主井更換提升機(jī)后,由于電機(jī)功率較大,設(shè)備布置相對(duì)集中,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲和散發(fā)出的熱量給作業(yè)場(chǎng)所及周圍環(huán)境帶來一定影響。治理方案:1)將機(jī)房和操作室分別改造為隔聲間,隔斷了機(jī)房噪聲對(duì)工業(yè)廣場(chǎng)辦公樓和提升機(jī)司機(jī)的影響,機(jī)房采用強(qiáng)制通風(fēng)降溫。2)在電機(jī)的徑向安裝具有集熱、隔聲、排熱的消聲罩。強(qiáng)制排除電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生高熱量。4改造績(jī)效分析旗山煤礦北主井提升系統(tǒng)綜合技術(shù)改造工程僅用18d就完成,工期短,投資少。運(yùn)行1年來,取得了良好的安全經(jīng)濟(jì)效益。4.1增加煤炭林的產(chǎn)量,增加煤炭林1)更換提升機(jī)的主軸裝置、減速器、電動(dòng)機(jī)均利用原有的安裝基礎(chǔ),縮短工期42d,按年產(chǎn)量170萬t,330d生產(chǎn)計(jì)算,增加原煤產(chǎn)量216363.64t,增加收入216363.64t×740元/t=16010.9萬元。2)改造后每年可節(jié)約主提升鋼絲繩、稱重傳感器、導(dǎo)向套材料投入費(fèi)用40.6萬元。4.2加強(qiáng)了電氣和電氣安全保護(hù),改善了工作環(huán)境1)礦井提升富余能力增大,有效保證了提升機(jī)的檢修時(shí)間。2)制動(dòng)系統(tǒng)更換為液壓盤型閘,確保了制動(dòng)安全。電控系統(tǒng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)了雙線制,功能完善,電氣制動(dòng)和盤型閘制動(dòng)閉環(huán)控制。信號(hào)和裝載實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、可視化,可有效避免司機(jī)誤操作。3)對(duì)機(jī)房進(jìn)行了降溫、降噪處