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特大型礦井提升機結構和布置方式的選擇
發布時間：
2023-03-22
來源：
中天合創能源有限責任公司葫蘆素礦井設計生產能力為13.0Ma/t位于內蒙古自治區鄂爾多斯市境內東勝煤田，井田面積為98.08 km2，設計服務年限為90.0 a。
葫蘆素礦井主井井筒直徑為9.6 m，提升高度為655.78 m。井筒內“一”字布置了4個50 t提煤箕斗，是國內外煤礦中所應用的zui大噸位的箕斗。主井提升系統采用塔式提升，井塔內安裝了2臺直徑5m*6m摩擦式提升機，配8 000 kW交流同步電動機，單機拖動，傳動方式采用交-直-交變頻控制，提升系統zui大速度為14m/s提升機、電動機和電控設備均為瑞典ABB公司進口設備。該主井提升系統是國內zui早在一個井筒內布置4個50 t箕斗、提升能力達到13.0Ma/t并成功運行的千萬噸級立井提升系統。
1 提升機結構型式
大型提升機一般可分為電動機內裝式和電動機直聯懸掛式2種結構型式。
內裝式提升機的主要特點是將電動機裝在卷筒或摩擦輪內部，是工作機和驅動機融合在一起的機電一體機。它不僅徹底顛覆了傳統提升機的結構，而且技術更先進，具有傳統提升機無法比擬的優勢。
相較于常規的直聯懸掛式提升機，內裝式提升機具有以下優點：
(1)提升機尺寸較小，空間結構緊湊，可以有效地減小電動機的基礎和提升機房的建筑面積，從而減少土建費用，尤其是對塔式提升機來說效果更為顯著；
(2)提升設備的底座較小，與基礎連接的部件少，設備安裝時間短；
(3)電動機轉矩直接作用于摩擦輪的鋼絲繩上，無需經過中間部件傳遞，傳動效率高；
(4)主軸裝置兩端對稱，主軸承受力均勻；
(5)主軸不傳遞扭矩，大大減小了主軸撓曲度；
(6)這種結構中產生的力，如鋼絲繩拉力和磁拉力都是對稱傳遞的，大大提高了整個系統的剛度，軸和軸承的變形不會影響電動機的氣隙；
(7)電動機的溫升不會使定子產生不對稱的變形，因而電動機的氣隙始終保持均勻；
(8)設備基礎的變化不會影響電動機的氣隙；
(9)采用標準的自調心軸承，使用壽命長，通用性強；
(10)維護量小，電動機效率較高，運行費用較低。
內裝式提升機不僅具有上述諸多優點，而且在設備布置方面也具有非常大的優勢，可以節省大量的土建工程量。以葫蘆素礦井主井井塔為例，懸掛式與內裝式的井塔面積比較如表1所列。
表1懸掛式和內裝式提升機所用井塔面積的比較
由表1可知，內裝式提升機與懸掛式提升機相比，井塔面積減少了14.04%。內裝式提升機無論是在結構上還是在設備布置方面，均具有較大的優勢，條件允許時內裝式提升機應是合理的選擇。
2 提升機布置方式
多繩摩擦式提升機有井塔式和落地式2種布置方式，各自的優缺點已被業內人士熟知，不再贅述。葫蘆素礦井主井提升系統安裝了2套提升設備，提升機布置方式的選擇如下所述。
2.1 井塔式布置
葫蘆素主井2臺提升機均采用單電動機拖動。之所以采用單電動機拖動，是因為雙電動機拖動會在2臺設備之間形成一條狹窄的通道，不僅不利于設備的安裝、維護和檢修，布置上不合理，而且經濟上也不合理。每臺提升機需要2臺電動機和2套電控設備，設備造價增加，機房面積增加約14 m2，土建投資增加。因此，對于井塔式提升機，條件允許時應采取單電動機拖動方式。
葫蘆素主井塔式提升機井塔平面布置如圖1所示。
圖1 塔式提升機的井塔平面布置
2.2 落地式布置
葫蘆素礦井主井安裝2臺提升機，可以采用同側布置或異側布置。同側時布置在同側同一個機房內，方便管理，占用工業廣場面積小，但機房內起重機軌面高達30 m，導致提升機房高度過大，施工難度大；異側時布置在井筒兩側，雖然需要建2個提升機房，占用工業廣場面積大，較同側布置多1臺起重機，但井架高度小、受力對稱，初期投資較省。因此，落地式提升機應采取異側布置方式，如圖2所示。
圖2 落地式提升機的提升系統布置
綜上所述，對于井塔式和落地式布置方式的選擇，塔式布置方式不僅占地面積小，防滑性能好，后期維護工程量少，而且設備投資少，維護費用低。因此，工期允許時應優先選擇塔式布置方式。
3 幾點體會
(1)內裝式提升機與直聯懸掛式提升機相比，無論在技術方面，還是在經濟方面，都具有較大的優越性，特別適用于大型提升機，尤其是當1個提升機房內安裝2套大型提升機時，采用內裝式提升機不失為技術先進、經濟合理的選擇。葫蘆素礦井主井提升設備原設計采用內裝式提升機，但zui終因種種原因未能得到實施。
(2)提升系統鋼絲繩和井筒的防凍問題不容忽視，尤其是在北方寒冷地區，這方面井塔式明顯優于落地式布置。
(3)針對井塔式布置占用井口時間長的問題，隨著國內平行施工技術的發展，可有效縮短井塔施工占用井口的時間。井塔和井筒裝備平行施工法是在井塔建到一定高度后，安裝臨時設備，上面繼續施工井塔，下面同時施工井筒裝備。近年來，使用該方法獲得成功的案例越來越多，內蒙古銀宏能源開發有限公司泊江海子礦井和葫蘆素礦井主、副井井塔是采用這種方法施工的，說明井塔和井筒裝備是可以平行施工的。
(4)要滿足主井提升系統的能力，或者提高箕斗的噸位，或者提高系統的提升速度。箕斗的尺寸受井筒直徑和箕斗結構的制約，過度增加箕斗的斷面尺寸，不僅導致井筒直徑加大，礦建投資增加，而且給鑿井也帶來困難；而小的箕斗斷面又會使箕斗過于高細，結構不合理，甚至會影響系統的裝卸載時間等，使得一個井筒內布置4個特大型箕斗的矛盾會更為突出。因此，在一定條件下，以提高提升速度來增加提升能力的效果更為顯著。但提高速度又會給提升系統帶來一些其他問題，如罐耳的磨損、對罐道的沖擊等。此外，目前我國深井大噸位提升系統的罐道型式多為鋼罐道，其安裝質量也在很大程度上制約著提升速度的提高。因此，應在綜合考慮上述各因素的前提下，合理確定超大型箕斗的斷面和系統zui大提升速度。
4 結語
隨著礦井開采深度的增加和特大型智能化礦井的建設，作為整個礦井“咽喉”的主井提升系統也越來越重要，而對于特大型提升系統來說，提升機的結構型式和布置方式決定著主井提升系統的經濟性、先進性和anquan性。因此，正確選擇提升機的結構型式和布置方式尤為重要。
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