霍尔辛赫矿井煤炭提升能力改造

汪进雅

(天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

1 概况

霍尔辛赫矿井是山煤集团旗下的国有大型矿井，设计生产能力3.0Mt/a。随着山西省煤炭产能释放及适应山煤集团的发展战略要求，霍尔辛赫煤业有限公司在现有系统基础上进行改造，将矿井的煤炭提升能力增大到5.0Mt/a。

矿井主井现有JKMD－4×4(Ⅲ) －(XHZ) 型多绳落地摩擦轮提升机1台，采用交流变频调速同步电动机拖动，功率3800kW，转速57.3r/min，供电电压3150V。基本设计参数见表1所示。

表1 主井提升系统基本设计参数

原设计考虑矿井的实际情况，主井提煤箕斗选用曲轨卸载，提升采用6段速度图，提升最大速度Vmax=10.15m/s，一次提升纯运行时间为74.95s，休止时间取45s，一次循环提升持续时间为119.95s，主井提升系统实际提升能力3.60Mt/a。表示现有提升各段速度、加速度、行程及时间的提升速度图见图1。

图1 现有主井提升速度

对改造性质的主井提升系统而言，为使提升能力满足5.0 Mt/a要求，应优先考虑改动工程量少和投资省的优化方式，而尽量避免采用更换大型箕斗、提升机、井上下装卸载系统等大的改造方式。设计考虑从提高提升系统效率出发，对影响循环提升时间的提升速度、卸载方式等方面进行优化，通过分析、比较和计算，最终确定将主井提升速度图由原来的6段改为3段，箕斗的卸载方式由曲轨卸载改为液压驱动的外动力卸载，并对现有系统的提升钢丝绳、提升机、电动机等进行了校核，实现了简单的改造方式、低廉的投资成本、提升能力最大化的改造目标。改造后，主井提升系统一次提升纯运行时间可缩短16.88s，一个提升循环持续时间缩短36.88s，提升能力可达到5.83Mt/a，提升能力富裕系数1.17，达到了改造的能力要求。

2 主井提升速度改造方案

2.1 提升钢丝绳验算

现有主井提升系统装备1对25t箕斗，箕斗载重Q=25500kg，自重Qz=41000kg;提升系统钢丝绳围包角为 182°30'，则绳端荷重 Qd=Q+Qz=25500+41000=66500kg，提升钢丝绳的最小安全系数m要求如下:

式中，Hc为钢丝绳悬垂高度，562.5m。

经计算，主钢丝绳所需的每米重量为:

式中，n为首绳数量，n=4;σb为抗拉强度，1670MPa。

煤矿现有主提升钢丝绳为44 ZBB 34×7+FC－1770－1594－805型钢丝绳，其主要规格为:钢丝绳直径d=44mm;钢丝最大直径δmax=2.6mm;钢丝绳单重 p=8.07kg/m;极限抗拉强度 σB=1770MPa;全部钢丝破断拉力总和Qs=1594kN;钢丝绳的实际安全系数m=7.68＞6.92。因此，现有提升钢丝绳满足要求。

2.2 提升机验算

主井提升系统要求的提升机参数计算如下:

(1)摩擦轮直径D

D≥90d=3960(mm)，同时 D≥1200δmax=3120(mm)。

(2)重载侧钢丝绳最大静张力Fj

(3)钢丝绳最大静张力差Fc

式中，nk为尾绳数量，nk=2;qk为尾绳重量，16.456kg/m;Ht为提升高度，504.88m。

现有提升机为JKMD－4×4(Ⅲ)E(XHZ) 型落地式多绳摩擦轮提升机1台，其主要规格为:摩擦轮直径4m，最大静张力850kN，最大静张力差270kN，天轮直径4m。

因此，现有提升机的摩擦轮、最大静张力和最大静张力差均满足要求。

2.3 提升运动学计算

改造后提煤箕斗为外动力卸载，提升采用3段速度图，提升最大速度Vmax=12m/s，一次提升纯运行时间为T0=58.07s，一次提升持续时间为T=83.07s，提升能力5.83Mt/a，提升能力富裕系数1.17。表示改造后提升各段速度、加速度、行程及时间的主井提升速度图详见图2。

图2 改造后主井提升速度

2.4 电动机验算

现有电机为交直交变频供电的同步电动机1台，其主要规格为:功率3800kW;电压3.3kV;转速57.3r/min;强力通风冷却，过载倍数λe=2。

(1)电动机功率验算 改造后，等效时间Td=83.07s，等效力Fd=254.7kN，电动机的等效功率Nd=3431kW，小于现有电机额定功率3800kW，因此，现有电动机功率满足要求。

(2)电动机过负荷能力验算 电动机额定力Fe=310kN，电动机实际过载倍数 λ=1.39＜1.7(设计规范要求)，因此，现有电动机的过负荷能力满足要求。

3 卸载装置改造方案

为实现3段速度提升，将箕斗的卸载方式由曲轨卸载改为液压驱动的外动力卸载。

箕斗闸门为上开式扇形闸门，对开启箕斗闸门的滚轮和滚轮轴进行相应改造，增设直轨、导轮、滑道和液压缸，共设3组开启闸门液压缸。外动力装置见图3。液压推杆缩回时扇形闸门开启、液压推杆推出时扇形闸门关闭，主井提升机的运行、箕斗的下放与装载系统维持原有联锁关系。

图3 外动力装置

改造后箕斗的休止时间为25s，其中液压缸动作拉开闸门时间5s，卸载后关闭闸门时间3s，箕斗纯卸载时间为17s。

4 实际运行效果

主井提升系统于2012年7月1日至10日改造完毕，迄今已稳定运行3个多月，提升机、卸载装置等各设备运转正常，各项指标均达到改造要求，取得了良好的经济效益。经现场实际测算，改造后平均提升能力达到1200t/h，完全满足提升能力5.0Mt/a的改造要求。

5 结束语

霍尔辛赫矿井的主井提升系统能力提升改造，在现有提升系统的基础上，通过提高提升速度、改变卸载方式、调整提升速度图，进而减少提升循环时间，成功实现了提高提升能力的改造目标。此种改造方式简单，投资成本低廉，对生产影响小，改造后运行效果理想，为类似条件的改造项目提供了借鉴作用。