主立井装卸载机械系统分析

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摘要：对麻家梁主立井装卸载机械系统的提升容器及其布置、井底装载机械设备系统等，进行了简要分析，肯定了其在特大型矿井主立井装、卸载系统“国内领先，国际先进”水平的地位。

关键词：主立井；装卸系统；设计分析

1概况

1）矿井概况麻家梁矿井位于山西省朔州市的南部，是朔南矿区总体规划中五个特大型现代化矿井之一，隶属于大同煤矿集团有限责任公司。井田面积104.16km2；煤炭储量26亿吨。麻家梁矿井设计生产能力为10Mt/a，同步建设洗选能力为10Mt/a的洗煤厂，服务年限82.7年。矿井采用立井双水平开拓，初期布置主立井、副立井、回风立井三个井筒，一个开采水平。它是同煤集团11个千万吨级矿井之一，是目前国内领先，世界一流的特大型立井。2）主立井概况主立井井筒净直径Φ9m，井筒深度602.8m，担负全矿井原煤的提升及进风任务。井筒内装备两对45t外动力卸载四绳提煤箕斗，“一”字形布置。主立井提升设备为2台Φ5.7×4落地式多绳摩擦提升机，镜像对称布置于井筒两侧。

2设计内容简介

2.1提升容器

主立井井筒直径Φ9m，提升容器选用两对45t外动力卸载四绳提煤箕斗，“一”字形布置，其中一对同侧装卸载，另一对异侧装卸载。两对箕斗装载异侧，卸载同侧。箕斗规格：3080mm×1500mm×21600mm（长×宽×高），箕斗总重75t，分为上下两段，箕斗闸门采用“上开式侧扇形”结构，采用刚性罐道运行，井口上盘制动，井底下盘制动，滚轮罐耳采用浸油润滑滚轮罐耳。为了解决多绳摩擦提升机各钢丝绳张力平衡问题，首绳悬挂装置采用XSZ系列张力自动平衡悬挂装置，尾绳悬挂装置采用3个扁尾绳悬挂装置

2.2主立井井底工艺布置

（1）箕斗装载设备在井底的井筒两侧对应+665m水平东、西两条胶带大巷设有2个井底煤仓，每个仓下设有一台甲带给料机。煤仓下井底装载硐室内设有与2对提煤箕斗相对应的两套独立的装载系统。每套装载系统设有一台甲带给料机、一台装载带式输送机和一台定量斗，定量斗设带翻板的装载分岔溜槽。液压测重定量装置采用四点称重。（2）箕斗装载作业箕斗装载作业程序如下：当定量斗需要储煤时，控制信号起动仓口给煤机及装载带式输送机，井底煤仓中的原煤经煤仓下口甲带给料机、装载带式输送机及机头溜槽进入定量斗。当定量斗的容煤量达到设定重量或体积时，传感器发出指令信号使给煤机和装载带式输送机依次停机。此时定量斗分岔溜槽的配煤翻板应换向到将要到位的箕斗，定量斗等待卸煤；当箕斗停在装载位置后，通过信号控制或手动控制起动定量斗闸门，快速将原煤装入箕斗内，直至放空定量斗。装载完毕，定量斗扇形闸门关闭，重箕斗上提，同时装载分岔溜槽内的翻板换向，发出控制信号，给定量斗装煤，装载系统即开始下一个作业循环。当提煤箕斗提升到卸载位置时，下放箕斗到达装载位置，定量斗再次重复上述过程。装载控制系统控制设备实现全自动化装载。

2.3主立井井口工艺布置

（1）箕斗卸载设备卸载站由箕斗卸载液压开闭装置，接受溜槽，箕斗接受仓组成。（2）箕斗卸载作业箕斗卸载作业程序如下：箕斗达到卸载位置并停稳后，液压开闭装置操纵装置（卸载小车）横向移动，驱动卸载滚轮进入固定曲轨内，打开扇形闸门卸载。原煤通过接受溜槽卸入接受煤仓内。原煤经箕斗接受仓下一台甲带给料机和1号原煤带式输送机，运至选煤厂加工，完成卸载转运。

3主要优缺点

3.1提升容器及布置

（1）提升容器麻家梁主立井装备2对45t外动力卸载四绳提煤箕斗，该箕斗是目前国内已装备使用的载重量最大的箕斗，属国内首创。根据箕斗的使用情况分析比对，为减小箕斗外形尺寸、提高井筒利用率、保证箕斗强度及运行平稳性，箕斗整体采用扁钢立柱柔性连接、框架采用钢板弯制结构、箱体采用高强度耐磨材料，从而保证箕斗的安全可靠性和使用寿命。同时，由于箕斗高度20m以上，为方便箕斗的运输、安装和更换，将箕斗设计为上下两段。闸门是箕斗的核心部件，关系到箕斗运行安全、卸载可靠性及卸载效率，对箕斗整体性能有重要影响。经充分的分析论证，确定闸门采用“上开式侧扇形”结构。这种结构既可有效减轻煤对闸门的压力、减小闸门的开启阻力，又使闸门具有良好的自锁性并能保持煤流顺畅、减少洒煤。另外，将卸载滚轮后置，利用杠杆原理，可缩短开闭行程、减少卸载时间。（2）容器布置箕斗采用“一”字形布置，井口只设有一个接受溜槽和一个箕斗接受仓，从井口至地面生产系统布置只有一台带式输送机，与“田”字形布置形式相比，虽然井筒断面利用率相对较低，井筒直径直径相对要大，但“田”字形布置的地面生产系统复杂，环节增多，并且使箕斗的安装更换变得困难，而“一”字形布置能使地面减少一台给煤机、一台带式输送机及走廊，具有地面生产系统布置简单，土建工程量小，占地面积小，工程投资和运输环节少，运营费用少，系统安全可靠，不易出故障等优点，与“田”字形布置形式相比，减少了罐道、罐道梁材料消耗量，检修维护量小，对矿井的生产影响较小，系统提升能力大。

3.2井底装载机械设备系统

井底东西两侧设有两个井底煤仓，两对箕斗井底采用异侧装载方式，井底设有与两对提煤箕斗相对应的两套独立的装载系统，采用一带两箕斗型式装载，该装载方式属国内首创。该方式与两对箕斗井底同侧装载相比，具有井底装载处井筒断面和装载硐室小（井底煤仓给煤机硐室和装载水平皮带巷宽度均减少为5.4m），易于施工，安全可靠，设备投资少。两套独立的装载系统设备各自独立运行，互不干扰；当一套装载系统设备出现故障检修时，另一套仍可继续运行，检修方便安全，对矿井的生产影响较小，系统提升能力大。箕斗装载设备考虑了定量板式输送机、定量带式输送机和定量斗3个方案。由于定量板式输送机设备结构复杂，造价高，设备维护量大，对井下环境适应性差，特别是淋水大的矿井，工作可靠性差，使用效果不理想，使用单位和成熟经验较少；而定量带式输送机又没有成熟的制造厂家，使用单位很少，因此设计采用了带式输送机结合定量斗的方案。缺点是装载高度大，装载硐室局部断面大，对井下岩层有一定的要求。定量斗采用翻板分流机构，实现1台定量斗给2台箕斗供煤装载，有效提高了巷道空间利用与装载效率。箕斗装载设备采用结构采用翻板机构，实现一对二装载；通过液压站、位置传感器、PLC电控箱等实现自动运行。同时，采用液压称重传感器四点称重（采用四点称重，称量总重为120t，具有结构简单，动作可靠，计量准确，便于维护，装载时间短等优点；且技术成熟，全国产化，价格低，在我国煤矿得到广泛应用，使用效果良好），结合煤位传感器和集控液压站，大型箕斗装载自动控制装置，避免了超量装载、重复装载等安全隐患，提高了装载的安全性。装载硐室内布置了共6层钢结构平台，这些平台不仅方便了装载设备的检修维护，而且与装载硐室形成了整体框架结构，增加了整个硐室的支护强度。

3.3井口卸载机械设备系统

通过建立特大型箕斗卸载过程的力学模型以及仿真模型，对箕斗卸载过程闸门开闭时的动态承载特性进行分析，采用了由液压缸、导轨和卸载小车等装置组成的外动力直轨式闸门开闭卸载装置。同时，通过集控液压站、位置传感器、PLC控制箱等大型箕斗卸载自动控制装置，实现了大型箕斗卸载自动化。由于是箕斗在停稳后再打开闸门，所以与曲轨卸载相比，不但具有卸载平稳、动载较小，对井架、立架冲击小，闸门开闭动作可靠，能延长箕斗、钢丝绳寿命，撒煤量少；并且三阶段速度图运行，缩短了提升循环时间，系统提升能力大，实现了提升过程的自动化等优点；而且还具有箕斗过卷时，箕斗内的煤不会撒落于井底或井口受煤仓之外的优点，运行安全可靠；不会像曲轨卸载时会发生箕斗内的煤撒落于井底或井口受煤仓之外，对人员、设备的安全和环境造成很大的影响。缺点是需要一套外动力设施，在动力设备及联锁控制设置不佳时卸载时间稍长，增大设备投资以及系统维护量，增加卸载辅助时间，设备投资也有所增加。

4解决的重大技术难点及新技术经济成果

4.1特大型提煤箕斗主要尺寸及结构确定

麻家梁45t箕斗在设计之初国内尚无制造使用的实例，也没有相应的标准。合理确定箕斗断面尺寸，对缩短建设周期、节省投资、增加设备使用的可靠性是非常有益的。在麻家梁矿井设计中设计人员对四个箕斗在井筒内的布置进行了充分论证比选，结合矿井的地质条件和施工条件及技术，在保证安全规程要求和提升能力要求下，建立模型计算比较。综合考虑了井筒断面利用率、箕斗本体的结构特点、卸载闸门形式以及罐道、过卷过放保护装置结构形式布置，结合井筒投资、井架布置及系统的综合技术经济性等因素，最终确定了采用“一”字形布置两对箕斗的情况下，箕斗的规格：3080mm×1500mm×21600mm(长×宽×高)。箕斗主要尺寸及结构的确定，直接关系到井筒断面的大小和箕斗使用的效果，其也会对建井工期、工程投资等引起连锁反应。现在特大型矿井尤其是立井不断出现，大型提煤箕斗是整个矿井提升系统中的重要设备，而其结构的确定及主要尺寸的选取就成为重中之重。麻家梁矿箕斗卸载闸门采用采用了侧底扇形结构、后置外动力开闭滚轮，卸载口尺寸设计合理，减少了卸载洒煤和开闭行程、缩短了卸载时间。在实际运行过程中，卸载煤流十分通畅，卸载时间仅为30s，比设计的卸载时间缩短近15s，撒煤量很少，较大提高了提升能力，高效安全。斗箱内也没有起拱，粘结底板等现象。麻家梁矿主井提煤箕斗主要尺寸及结构的确定，以及在使用过程中的优异表现不仅有效提高了矿井的生产效率，而且还为国内大型提煤箕斗主要尺寸的确定提供了关键的技术数据和宝贵的使用经验。

4.2特大型提煤箕斗国产化

随着煤炭工业的高速发展，国内立井提升能力不断提高，目前国内使用的大型箕斗最大载重达到了42t，尚无使用45t箕斗的先例。麻家梁矿井经过充分调研和论证设计采用45t大型箕斗，由国内加工制造。箕斗单次提升量从过去42t跨越到45t，提高了提升效率，满足了我国千万吨级矿井对主井提升能力的要求，单次提煤量45t的特大型箕斗国内外首次应用。麻家梁箕斗制造及装备使用的成功，是国内立井特大型提升容器研究的重大突破，解决了大型矿井立井提升系统关键技术之一，满足了大型矿井建设中对特大型提升容器的需求，实现了我国特大型提升容器的跨越式发展，对实现煤炭资源的高效安全开发、促进产品升级换代、提升我国相关煤机产品制造水平及规模、促进我国大型矿山装备参与国际竞争等都具有重要意义。

4.3提供特大型矿井主立井装、卸载系统解决方案

麻家梁矿井主立井装卸载系统的成功实施运行，为我国特大型主立井装卸载机械设备系统设计提供了典型的实体工程案例和可借鉴的宝贵经验。它有效缩短了设计周期和建设周期，节省了投资，增加了设备使用可靠性，大大降低了由于设计的不合理性而影响建设的风险，具有很好的经济效益和社会效益。

作者:李庆耀 单位:山西省煤炭工业厅太原设计研究院