主立井裝卸載機械系統分析論文

摘要：對麻家樑主立井裝卸載機械系統的提升容器及其佈置、井底裝載機械設備系統等，進行了簡要分析，肯定了其在特大型礦井主立井裝、卸載系統“國內領先，國際先進”水平的地位。

關鍵詞：主立井；裝卸系統；設計分析

1概況

1）礦井概況麻家樑礦井位於山西省朔州市的南部，是朔南礦區總體規劃中五個特大型現代化礦井之一，隸屬於大同煤礦集團有限責任公司。井田面積104.16km2；煤炭儲量26億噸。麻家樑礦井設計生產能力爲10Mt/a，同步建設洗選能力爲10Mt/a的洗煤廠，服務年限82.7年。礦井採用立井雙水平開拓，初期佈置主立井、副立井、迴風立井三個井筒，一個開採水平。它是同煤集團11個千萬噸級礦井之一，是目前國內領先，世界一流的特大型立井。2）主立井概況主立井井筒淨直徑Φ9m，井筒深度602.8m，擔負全礦井原煤的提升及進風任務。井筒內裝備兩對45t外動力卸載四繩提煤箕斗，“一”字形佈置。主立井提升設備爲2臺Φ5.7×4落地式多繩摩擦提升機，鏡像對稱佈置於井筒兩側。

2設計內容簡介

2.1提升容器

主立井井筒直徑Φ9m，提升容器選用兩對45t外動力卸載四繩提煤箕斗，“一”字形佈置，其中一對同側裝卸載，另一對異側裝卸載。兩對箕斗裝載異側，卸載同側。箕斗規格：3080mm×1500mm×21600mm（長×寬×高），箕斗總重75t，分爲上下兩段，箕斗閘門採用“上開式側扇形”結構，採用剛性罐道運行，井口上盤制動，井底下盤制動，滾輪罐耳採用浸油潤滑滾輪罐耳。爲了解決多繩摩擦提升機各鋼絲繩張力平衡問題，首繩懸掛裝置採用XSZ系列張力自動平衡懸掛裝置，尾繩懸掛裝置採用3個扁尾繩懸掛裝置

2.2主立井井底工藝佈置

（1）箕斗裝載設備在井底的井筒兩側對應+665m水平東、西兩條膠帶大巷設有2個井底煤倉，每個倉下設有一臺甲帶給料機。煤倉下井底裝載硐室內設有與2對提煤箕斗相對應的兩套獨立的裝載系統。每套裝載系統設有一臺甲帶給料機、一臺裝載帶式輸送機和一臺定量鬥，定量鬥設帶翻板的裝載分岔溜槽。液壓測重定量裝置採用四點稱重。

（2）箕斗裝載作業箕斗裝載作業程序如下：當定量鬥需要儲煤時，控制信號起動倉口給煤機及裝載帶式輸送機，井底煤倉中的原煤經煤倉下口甲帶給料機、裝載帶式輸送機及機頭溜槽進入定量鬥。當定量斗的容煤量達到設定重量或體積時，傳感器發出指令信號使給煤機和裝載帶式輸送機依次停機。此時定量鬥分岔溜槽的配煤翻板應換向到將要到位的箕斗，定量鬥等待卸煤；當箕斗停在裝載位置後，通過信號控制或手動控制起動定量鬥閘門，快速將原煤裝入箕斗內，直至放空定量鬥。裝載完畢，定量鬥扇形閘門關閉，重箕斗上提，同時裝載分岔溜槽內的翻板換向，發出控制信號，給定量鬥裝煤，裝載系統即開始下一個作業循環。當提煤箕斗提升到卸載位置時，下放箕斗到達裝載位置，定量鬥再次重複上述過程。裝載控制系統控制設備實現全自動化裝載。

2.3主立井井口工藝佈置

（1）箕斗卸載設備卸載站由箕斗卸載液壓開閉裝置，接受溜槽，箕斗接受倉組成。

（2）箕斗卸載作業箕斗卸載作業程序如下：箕斗達到卸載位置並停穩後，液壓開閉裝置操縱裝置（卸載小車）橫向移動，驅動卸載滾輪進入固定曲軌內，打開扇形閘門卸載。原煤通過接受溜槽卸入接受煤倉內。原煤經箕斗接受倉下一臺甲帶給料機和1號原煤帶式輸送機，運至選煤廠加工，完成卸載轉運。

3主要優缺點

3.1提升容器及佈置

（1）提升容器麻家樑主立井裝備2對45t外動力卸載四繩提煤箕斗，該箕斗是目前國內已裝備使用的載重量最大的箕斗，屬國內首創。根據箕斗的使用情況分析比對，爲減小箕斗外形尺寸、提高井筒利用率、保證箕斗強度及運行平穩性，箕斗整體採用扁鋼立柱柔性連接、框架採用鋼板彎制結構、箱體採用高強度耐磨材料，從而保證箕斗的安全可靠性和使用壽命。同時，由於箕斗高度20m以上，爲方便箕斗的運輸、安裝和更換，將箕斗設計爲上下兩段。閘門是箕斗的核心部件，關係到箕斗運行安全、卸載可靠性及卸載效率，對箕斗整體性能有重要影響。經充分的分析論證，確定閘門採用“上開式側扇形”結構。這種結構既可有效減輕煤對閘門的壓力、減小閘門的開啓阻力，又使閘門具有良好的自鎖性並能保持煤流順暢、減少灑煤。另外，將卸載滾輪後置，利用槓桿原理，可縮短開閉行程、減少卸載時間。（2）容器佈置箕斗採用“一”字形佈置，井口只設有一個接受溜槽和一個箕斗接受倉，從井口至地面生產系統佈置只有一臺帶式輸送機，與“田”字形佈置形式相比，雖然井筒斷面利用率相對較低，井筒直徑直徑相對要大，但“田”字形佈置的地面生產系統複雜，環節增多，並且使箕斗的安裝更換變得困難，而“一”字形佈置能使地面減少一臺給煤機、一臺帶式輸送機及走廊，具有地面生產系統佈置簡單，土建工程量小，佔地面積小，工程投資和運輸環節少，運營費用少，系統安全可靠，不易出故障等優點，與“田”字形佈置形式相比，減少了罐道、罐道樑材料消耗量，檢修維護量小，對礦井的生產影響較小，系統提升能力大。

3.2井底裝載機械設備系統

井底東西兩側設有兩個井底煤倉，兩對箕斗井底採用異側裝載方式，井底設有與兩對提煤箕斗相對應的兩套獨立的裝載系統，採用一帶兩箕斗型式裝載，該裝載方式屬國內首創。該方式與兩對箕斗井底同側裝載相比，具有井底裝載處井筒斷面和裝載硐室小（井底煤倉給煤機硐室和裝載水平皮帶巷寬度均減少爲5.4m），易於施工，安全可靠，設備投資少。兩套獨立的裝載系統設備各自獨立運行，互不干擾；當一套裝載系統設備出現故障檢修時，另一套仍可繼續運行，檢修方便安全，對礦井的生產影響較小，系統提升能力大。箕斗裝載設備考慮了定量板式輸送機、定量帶式輸送機和定量鬥3個方案。由於定量板式輸送機設備結構複雜，造價高，設備維護量大，對井下環境適應性差，特別是淋水大的礦井，工作可靠性差，使用效果不理想，使用單位和成熟經驗較少；而定量帶式輸送機又沒有成熟的製造廠家，使用單位很少，因此設計採用了帶式輸送機結合定量斗的方案。缺點是裝載高度大，裝載硐室局部斷面大，對井下岩層有一定的要求。定量鬥採用翻板分流機構，實現1臺定量鬥給2臺箕斗供煤裝載，有效提高了巷道空間利用與裝載效率。箕斗裝載設備採用結構採用翻板機構，實現一對二裝載；通過液壓站、位置傳感器、PLC電控箱等實現自動運行。同時，採用液壓稱重傳感器四點稱重（採用四點稱重，稱量總重爲120t，具有結構簡單，動作可靠，計量準確，便於維護，裝載時間短等優點；且技術成熟，全國產化，價格低，在我國煤礦得到廣泛應用，使用效果良好），結合煤位傳感器和集控液壓站，大型箕斗裝載自動控制裝置，避免了超量裝載、重複裝載等安全隱患，提高了裝載的安全性。裝載硐室內佈置了共6層鋼結構平臺，這些平臺不僅方便了裝載設備的檢修維護，而且與裝載硐室形成了整體框架結構，增加了整個硐室的支護強度。

3.3井口卸載機械設備系統

通過建立特大型箕斗卸載過程的力學模型以及仿真模型，對箕斗卸載過程閘門開閉時的動態承載特性進行分析，採用了由液壓缸、導軌和卸載小車等裝置組成的外動力直軌式閘門開閉卸載裝置。同時，通過集控液壓站、位置傳感器、PLC控制箱等大型箕斗卸載自動控制裝置，實現了大型箕斗卸載自動化。由於是箕斗在停穩後再打開閘門，所以與曲軌卸載相比，不但具有卸載平穩、動載較小，對井架、立架衝擊小，閘門開閉動作可靠，能延長箕斗、鋼絲繩壽命，撒煤量少；並且三階段速度圖運行，縮短了提升循環時間，系統提升能力大，實現了提升過程的自動化等優點；而且還具有箕斗過卷時，箕斗內的煤不會撒落於井底或井口受煤倉之外的優點，運行安全可靠；不會像曲軌卸載時會發生箕斗內的煤撒落於井底或井口受煤倉之外，對人員、設備的安全和環境造成很大的影響。缺點是需要一套外動力設施，在動力設備及聯鎖控制設置不佳時卸載時間稍長，增大設備投資以及系統維護量，增加卸載輔助時間，設備投資也有所增加。

4解決的重大技術難點及新技術經濟成果

4.1特大型提煤箕斗主要尺寸及結構確定

麻家樑45t箕斗在設計之初國內尚無製造使用的實例，也沒有相應的標準。合理確定箕斗斷面尺寸，對縮短建設週期、節省投資、增加設備使用的可靠性是非常有益的。在麻家樑礦井設計中設計人員對四個箕斗在井筒內的'佈置進行了充分論證比選，結合礦井的地質條件和施工條件及技術，在保證安全規程要求和提升能力要求下，建立模型計算比較。綜合考慮了井筒斷面利用率、箕斗本體的結構特點、卸載閘門形式以及罐道、過捲過放保護裝置結構形式佈置，結合井筒投資、井架佈置及系統的綜合技術經濟性等因素，最終確定了採用“一”字形佈置兩對箕斗的情況下，箕斗的規格：3080mm×1500mm×21600mm(長×寬×高)。箕斗主要尺寸及結構的確定，直接關係到井筒斷面的大小和箕斗使用的效果，其也會對建井工期、工程投資等引起連鎖反應。現在特大型礦井尤其是立井不斷出現，大型提煤箕斗是整個礦井提升系統中的重要設備，而其結構的確定及主要尺寸的選取就成爲重中之重。麻家樑礦箕斗卸載閘門採用採用了側底扇形結構、後置外動力開閉滾輪，卸載口尺寸設計合理，減少了卸載灑煤和開閉行程、縮短了卸載時間。在實際運行過程中，卸載煤流十分通暢，卸載時間僅爲30s，比設計的卸載時間縮短近15s，撒煤量很少，較大提高了提升能力，高效安全。鬥箱內也沒有起拱，粘結底板等現象。麻家樑礦主井提煤箕斗主要尺寸及結構的確定，以及在使用過程中的優異表現不僅有效提高了礦井的生產效率，而且還爲國內大型提煤箕斗主要尺寸的確定提供了關鍵的技術數據和寶貴的使用經驗。

4.2特大型提煤箕斗國產化

隨着煤炭工業的高速發展，國內立井提升能力不斷提高，目前國內使用的大型箕斗最大載重達到了42t，尚無使用45t箕斗的先例。麻家樑礦井經過充分調研和論證設計採用45t大型箕斗，由國內加工製造。箕斗單次提升量從過去42t跨越到45t，提高了提升效率，滿足了我國千萬噸級礦井對主井提升能力的要求，單次提煤量45t的特大型箕斗國內外首次應用。麻家樑箕斗製造及裝備使用的成功，是國內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關鍵技術之一，滿足了大型礦井建設中對特大型提升容器的需求，實現了我國特大型提升容器的跨越式發展，對實現煤炭資源的高效安全開發、促進產品升級換代、提升我國相關煤機產品製造水平及規模、促進我國大型礦山裝備參與國際競爭等都具有重要意義。

4.3提供特大型礦井主立井裝、卸載系統解決方案

麻家樑礦井主立井裝卸載系統的成功實施運行，爲我國特大型主立井裝卸載機械設備系統設計提供了典型的實體工程案例和可借鑑的寶貴經驗。它有效縮短了設計週期和建設週期，節省了投資，增加了設備使用可靠性，大大降低了由於設計的不合理性而影響建設的風險，具有很好的經濟效益和社會效益。