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主立井裝卸載機(jī)械系統(tǒng)分析論文
摘要：對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)行了簡要分析，肯定了其在特大型礦井主立井裝、卸載系統(tǒng)“國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)”水平的地位。
關(guān)鍵詞：主立井；裝卸系統(tǒng)；設(shè)計分析
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；煤炭儲量26億噸。麻家梁礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為10Mt/a，同步建設(shè)洗選能力為10Mt/a的洗煤廠，服務(wù)年限82.7年。礦井采用立井雙水平開拓，初期布置主立井、副立井、回風(fēng)立井三個井筒，一個開采水平。它是同煤集團(tuán)11個千萬噸級礦井之一，是目前國內(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45t外動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Φ5.7×4落地式多繩摩擦提升機(jī)，鏡像對稱布置于井筒兩側(cè)。
2設(shè)計內(nèi)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”字形布置，其中一對同側(cè)裝卸載，另一對異側(cè)裝卸載。兩對箕斗裝載異側(cè)，卸載同側(cè)。箕斗規(guī)格：3080mm×1500mm×21600mm（長×寬×高），箕斗總重75t，分為上下兩段，箕斗閘門采用“上開式側(cè)扇形”結(jié)構(gòu)，采用剛性罐道運行，井口上盤制動，井底下盤制動，滾輪罐耳采用浸油潤滑滾輪罐耳。為了解決多繩摩擦提升機(jī)各鋼絲繩張力平衡問題，首繩懸掛裝置采用XSZ系列張力自動平衡懸掛裝置，尾繩懸掛裝置采用3個扁尾繩懸掛裝置
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)對應(yīng)+665m水平東、西兩條膠帶大巷設(shè)有2個井底煤倉，每個倉下設(shè)有一臺甲帶給料機(jī)。煤倉下井底裝載硐室內(nèi)設(shè)有與2對提煤箕斗相對應(yīng)的兩套獨立的裝載系統(tǒng)。每套裝載系統(tǒng)設(shè)有一臺甲帶給料機(jī)、一臺裝載帶式輸送機(jī)和一臺定量斗，定量斗設(shè)帶翻板的裝載分岔溜槽。液壓測重定量裝置采用四點稱重。
（2）箕斗裝載作業(yè)箕斗裝載作業(yè)程序如下：當(dāng)定量斗需要儲煤時，控制信號起動倉口給煤機(jī)及裝載帶式輸送機(jī)，井底煤倉中的原煤經(jīng)煤倉下口甲帶給料機(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，傳感器發(fā)出指令信號使給煤機(jī)和裝載帶式輸送機(jī)依次停機(jī)。此時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，通過信號控制或手動控制起動定量斗閘門，快速將原煤裝入箕斗內(nèi)，直至放空定量斗。裝載完畢，定量斗扇形閘門關(guān)閉，重箕斗上提，同時裝載分岔溜槽內(nèi)的翻板換向，發(fā)出控制信號，給定量斗裝煤，裝載系統(tǒng)即開始下一個作業(yè)循環(huán)。當(dāng)提煤箕斗提升到卸載位置時，下放箕斗到達(dá)裝載位置，定量斗再次重復(fù)上述過程。裝載控制系統(tǒng)控制設(shè)備實現(xiàn)全自動化裝載。
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閉裝置，接受溜槽，箕斗接受倉組成。
（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，液壓開閉裝置操縱裝置（卸載小車）橫向移動，驅(qū)動卸載滾輪進(jìn)入固定曲軌內(nèi)，打開扇形閘門卸載。原煤通過接受溜槽卸入接受煤倉內(nèi)。原煤經(jīng)箕斗接受倉下一臺甲帶給料機(jī)和1號原煤帶式輸送機(jī)，運至選煤廠加工，完成卸載轉(zhuǎn)運。
3主要優(yōu)缺點
3.1提升容器及布置
（1）提升容器麻家梁主立井裝備2對45t外動力卸載四繩提煤箕斗，該箕斗是目前國內(nèi)已裝備使用的載重量最大的箕斗，屬國內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)箕斗的使用情況分析比對，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，由于箕斗高度20m以上，為方便箕斗的運輸、安裝和更換，將箕斗設(shè)計為上下兩段。閘門是箕斗的核心部件，關(guān)系到箕斗運行安全、卸載可靠性及卸載效率，對箕斗整體性能有重要影響。經(jīng)充分的分析論證，確定閘門采用“上開式側(cè)扇形”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既可有效減輕煤對閘門的壓力、減小閘門的開啟阻力，又使閘門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，可縮短開閉行程、減少卸載時間。（2）容器布置箕斗采用“一”字形布置，井口只設(shè)有一個接受溜槽和一個箕斗接受倉，從井口至地面生產(chǎn)系統(tǒng)布置只有一臺帶式輸送機(jī)，與“田”字形布置形式相比，雖然井筒斷面利用率相對較低，井筒直徑直徑相對要大，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給煤機(jī)、一臺帶式輸送機(jī)及走廊，具有地面生產(chǎn)系統(tǒng)布置簡單，土建工程量小，占地面積小，工程投資和運輸環(huán)節(jié)少，運營費用少，系統(tǒng)安全可靠，不易出故障等優(yōu)點，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)有兩個井底煤倉，兩對箕斗井底采用異側(cè)裝載方式，井底設(shè)有與兩對提煤箕斗相對應(yīng)的兩套獨立的裝載系統(tǒng)，采用一帶兩箕斗型式裝載，該裝載方式屬國內(nèi)首創(chuàng)。該方式與兩對箕斗井底同側(cè)裝載相比，具有井底裝載處井筒斷面和裝載硐室小（井底煤倉給煤機(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。兩套獨立的裝載系統(tǒng)設(shè)備各自獨立運行，互不干擾；當(dāng)一套裝載系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障檢修時，另一套仍可繼續(xù)運行，檢修方便安全，對礦井的生產(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個方案。由于定量板式輸送機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，設(shè)備維護(hù)量大，對井下環(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)驗較少；而定量帶式輸送機(jī)又沒有成熟的制造廠家，使用單位很少，因此設(shè)計采用了帶式輸送機(jī)結(jié)合定量斗的方案。缺點是裝載高度大，裝載硐室局部斷面大，對井下巖層有一定的要求。定量斗采用翻板分流機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)1臺定量斗給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(shè)備采用結(jié)構(gòu)采用翻板機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)一對二裝載；通過液壓站、位置傳感器、PLC電控箱等實現(xiàn)自動運行。同時，采用液壓稱重傳感器四點稱重（采用四點稱重，稱量總重為120t，具有結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，計量準(zhǔn)確，便于維護(hù)，裝載時間短等優(yōu)點；且技術(shù)成熟，全國產(chǎn)化，價格低，在我國煤礦得到廣泛應(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，這些平臺不僅方便了裝載設(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)
通過建立特大型箕斗卸載過程的力學(xué)模型以及仿真模型，對箕斗卸載過程閘門開閉時的動態(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(xiàn)了大型箕斗卸載自動化。由于是箕斗在停穩(wěn)后再打開閘門，所以與曲軌卸載相比，不但具有卸載平穩(wěn)、動載較小，對井架、立架沖擊小，閘門開閉動作可靠，能延長箕斗、鋼絲繩壽命，撒煤量少；并且三階段速度圖運行，縮短了提升循環(huán)時間，系統(tǒng)提升能力大，實現(xiàn)了提升過程的自動化等優(yōu)點；而且還具有箕斗過卷時，箕斗內(nèi)的煤不會撒落于井底或井口受煤倉之外的優(yōu)點，運行安全可靠；不會像曲軌卸載時會發(fā)生箕斗內(nèi)的煤撒落于井底或井口受煤倉之外，對人員、設(shè)備的安全和環(huán)境造成很大的影響。缺點是需要一套外動力設(shè)施，在動力設(shè)備及聯(lián)鎖控制設(shè)置不佳時卸載時間稍長，增大設(shè)備投資以及系統(tǒng)維護(hù)量，增加卸載輔助時間，設(shè)備投資也有所增加。
4解決的重大技術(shù)難點及新技術(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)計之初國內(nèi)尚無制造使用的實例，也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。合理確定箕斗斷面尺寸，對縮短建設(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)計中設(shè)計人員對四個箕斗在井筒內(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、卸載閘門形式以及罐道、過卷過放保護(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”字形布置兩對箕斗的情況下，箕斗的規(guī)格：3080mm×1500mm×21600mm(長×寬×高)。箕斗主要尺寸及結(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，其也會對建井工期、工程投資等引起連鎖反應(yīng)。現(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采用采用了側(cè)底扇形結(jié)構(gòu)、后置外動力開閉滾輪，卸載口尺寸設(shè)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，卸載時間僅為30s，比設(shè)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。斗箱內(nèi)也沒有起拱，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。
4.2特大型提煤箕斗國產(chǎn)化
隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)立井提升能力不斷提高，目前國內(nèi)使用的大型箕斗最大載重達(dá)到了42t，尚無使用45t箕斗的先例。麻家梁礦井經(jīng)過充分調(diào)研和論證設(shè)計采用45t大型箕斗，由國內(nèi)加工制造。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(nèi)外首次應(yīng)用。麻家梁箕斗制造及裝備使用的成功，是國內(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，滿足了大型礦井建設(shè)中對特大型提升容器的需求，實現(xiàn)了我國特大型提升容器的跨越式發(fā)展，對實現(xiàn)煤炭資源的高效安全開發(fā)、促進(jìn)產(chǎn)品升級換代、提升我國相關(guān)煤機(jī)產(chǎn)品制造水平及規(guī)模、促進(jìn)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(tǒng)解決方案
麻家梁礦井主立井裝卸載系統(tǒng)的成功實施運行，為我國特大型主立井裝卸載機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計提供了典型的實體工程案例和可借鑒的寶貴經(jīng)驗。它有效縮短了設(shè)計周期和建設(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)計的不合理性而影響建設(shè)的風(fēng)險，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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