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走進(jìn)中實(shí)中實(shí)洛陽機(jī)械工程科技有限公司（原中實(shí)洛陽工程塑料有限公司）于2017年11月01日更名成立,，注冊資金5000萬元。專門從事摩擦襯墊的研制,、開發(fā)和生產(chǎn)，以及礦山設(shè)備,、配件的生產(chǎn)。
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產(chǎn)品中心提升機(jī)配件：摩擦襯墊,、天輪導(dǎo)向輪襯墊,、猴車襯墊、天輪襯墊,、滾筒襯板,、過渡塊,、無石棉閘瓦、壓塊,、固定塊,、超高分聚乙烯板、電纜掛鉤,、導(dǎo)繩板,、滾筒襯塊等。
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技術(shù)實(shí)力是中國礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械摩擦材料科研基地,、教學(xué)實(shí)習(xí)基地,，是河南科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地，是中國重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位,，是摩擦襯墊,、塑料襯板等五項(xiàng)產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者。
礦井提升機(jī)應(yīng)急提升方法研究
發(fā)布時(shí)間：
2025-01-09
來源：
礦井提升機(jī)應(yīng)急提升方法研究
針對(duì)礦井全礦停電或電動(dòng)機(jī)故障等特殊情況下，原礦井提升機(jī)短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)的問題,，提出了無動(dòng)力重力下放,、外動(dòng)力輔助提升等應(yīng)急提升方法，介紹了各方法的設(shè)備構(gòu)成,、工作原理及適用場合,，詳細(xì)闡述了外動(dòng)力輔助提升所涉及的輔助提升液壓系統(tǒng)、輔助提升電控系統(tǒng),、應(yīng)急電源等必須具備的功能,，以及在應(yīng)急提升使用中的注意事項(xiàng)。
礦井提升系統(tǒng)用于在井筒中運(yùn)輸人員,、物料和礦石,，是井工開采礦山的咽喉設(shè)備。當(dāng)井下工作面出現(xiàn)異常狀況時(shí),，礦井必須做出應(yīng)急響應(yīng),，利用提升機(jī)保障井下人員安全升井,。一旦提升機(jī)無法正常運(yùn)行，將嚴(yán)重影響礦山的正常生產(chǎn)以及人員安全,。礦山企業(yè)必須將安全生產(chǎn)放在第一位,，解決礦井提升系統(tǒng)應(yīng)急運(yùn)行問題一直是礦山企業(yè)面臨的重要議題。
從提升設(shè)備的控制系統(tǒng),、傳動(dòng)系統(tǒng)到制動(dòng)系統(tǒng),，提高提升設(shè)備自身可靠性的方法有很多，如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有局部故障時(shí)的故障開車模式,；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有 2 套直流或變頻裝置,，單套故障時(shí)切換為全載半速模式運(yùn)行；液壓制動(dòng)系統(tǒng)的安全制動(dòng)回路為多路恒減速冗余等,。筆者進(jìn)一步討論全礦停電或電動(dòng)機(jī)故障等特殊情況下,，原提升系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)時(shí)，礦井可采用的應(yīng)急提升方法,。
1 無動(dòng)力重力下放
1.1 原理
無動(dòng)力重力下放的原理如圖 1 所示,。利用兩側(cè)容器的張力差，通過調(diào)整制動(dòng)器的開閘壓力,，將較重一側(cè)的提升容器慢速下放,，較輕一側(cè)的容器慢速上升，到達(dá)預(yù)定位置后平穩(wěn)停車,。當(dāng)發(fā)生全礦停電,、電動(dòng)機(jī)損壞等故障，短時(shí)提升系統(tǒng)無法恢復(fù)正常運(yùn)行,，人員被困罐籠時(shí),，重力下放裝置可及時(shí)將罐籠移動(dòng)到臨近的工作面，實(shí)現(xiàn)人員脫困,。中信重工及 ABB 公司在國內(nèi)已有相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用案例,。
圖1 重力下放工作原理
重力下放是通過控制制動(dòng)器壓力來控制速度，閘盤溫度會(huì)在運(yùn)行中不斷上升,，只適用于短時(shí)間內(nèi)幫助罐籠內(nèi)人員緊急脫困,。為了保證運(yùn)行安全，重力下放時(shí),，運(yùn)行速度通?？刂圃?1 m/s 以下。國內(nèi)多數(shù)應(yīng)用案例中,，操作人員手動(dòng)控制油壓來控制速度,，操作難度較高，下放裝置運(yùn)行速度不平穩(wěn)。相對(duì)而言,，中信重工的重力下放裝置采用了速度-油壓雙閉環(huán)自動(dòng)控制原理，更易操作,。司機(jī)通過操作臺(tái)旋鈕或觸摸屏直接給定速度,，經(jīng)過速度環(huán)和油壓環(huán) PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)，輸出油壓信號(hào)到盤形制動(dòng)器,，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)按給定速度連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行,。
1.2 所需設(shè)備
重力下放功能的實(shí)現(xiàn)需要液壓系統(tǒng)、操作控制元件和應(yīng)急電源,。ABB 公司一般將重力下放功能集成在其閘控系統(tǒng)中,，利用閘控系統(tǒng)的液壓站和控制柜實(shí)現(xiàn)重力下放功能。中信重工除此之外,，還有一種更適用于現(xiàn)場改造用的獨(dú)立重力下放裝置,，它包括獨(dú)立的液壓站、小型操作臺(tái)和電池柜,。液壓站與原系統(tǒng)液壓站通過管路上的開關(guān)手動(dòng)切換,；操作臺(tái)裝有速度-油壓雙閉環(huán)控制器，采用編碼器作為速度監(jiān)測元件,；電池柜為操作臺(tái)和液壓站供電,，能在全礦停電時(shí)使用。重力下放過程中,，系統(tǒng)能時(shí)刻監(jiān)控速度和閘盤溫度等狀態(tài),，并具有過速、制動(dòng)油壓高,、電源故障,、閘盤溫度超限等安全保護(hù)；從安全性考慮,，為實(shí)現(xiàn)罐籠精確停車和過卷保護(hù),，系統(tǒng)還能準(zhǔn)確計(jì)算容器位置。
為滿足千米級(jí)深井重力下放運(yùn)行時(shí)間較長的需求,，如果采用應(yīng)急電源,，應(yīng)按工作時(shí)長大于 2 h 來考慮；如果采用電池供電,，應(yīng)設(shè)有電壓監(jiān)測或管理設(shè)備,，避免在長期未使用情況下電池過放電產(chǎn)生損壞。
1.3 適用工況
無動(dòng)力重力下放方法設(shè)備投入成本較低,，可以解決特殊工況下被困罐籠人員的救援問題,。但該方法僅適用于短時(shí)低速單次運(yùn)行，解決不了類似全礦長時(shí)間停電、井下水位上升,、需全員安全升井時(shí),，提升系統(tǒng)要在數(shù)小時(shí)內(nèi)往復(fù)持續(xù)運(yùn)行的問題。重力下放也并不適用于所有礦井和工況,，如提升系統(tǒng)兩側(cè)容器及載荷相近,、出現(xiàn)張力平衡時(shí)，則存在無法運(yùn)行的可能,。
2 外動(dòng)力應(yīng)急輔助提升
外動(dòng)力應(yīng)急輔助提升是在電動(dòng)機(jī),、電氣傳動(dòng)裝置等出現(xiàn)故障或全礦斷電等極端工況下，采用新投入的外動(dòng)力,，用于連續(xù)安全升降人員的一種應(yīng)急救援方式,。該輔助提升設(shè)備通常由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助提升液壓系統(tǒng),、輔助提升電控系統(tǒng),、應(yīng)急電源組成。根據(jù)緊急救援時(shí)不同的載荷與速度需求,，設(shè)計(jì)時(shí)要采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式,。
2.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
2.1.1 齒圈傳動(dòng)型
某煤礦在用提升機(jī)主機(jī)規(guī)格為 JKMD-4×4ZⅢ，應(yīng)急提升需求：罐籠乘坐 40 人,，運(yùn)行速度為 1.2 m/s,，電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算為 90 kW。電動(dòng)機(jī)功率較小,，現(xiàn)場場地空間有限,，設(shè)計(jì)采用齒圈傳動(dòng)型機(jī)械結(jié)構(gòu) (見圖 2)，它包括大齒圈,、小齒輪,、減速器、電動(dòng)機(jī)和底座等,。
圖2 齒圈傳動(dòng)型應(yīng)急輔助提升結(jié)構(gòu)
齒圈傳動(dòng)型機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理：減速器輸出軸安裝有一個(gè)小齒輪,，在提升機(jī)主軸裝置非傳動(dòng)側(cè)制動(dòng)盤內(nèi)緣處新增一個(gè)大齒圈；小齒輪與大齒圈平時(shí)脫開,，應(yīng)急提升時(shí)通過滑軌將小齒輪與大齒圈嚙合,，驅(qū)動(dòng)提升機(jī)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn),。
受卷筒周邊安裝位置所限,，此種機(jī)械結(jié)構(gòu)雖占地面積小，但傳動(dòng)總功率受限,，不能實(shí)現(xiàn)大載荷的提升,。即使原提升設(shè)備主機(jī)規(guī)格較大,，軸承座兩側(cè)空間均能安裝減速器和電動(dòng)機(jī)，也僅能安裝 2 臺(tái)功率約為 90 kW 的電動(dòng)機(jī),。
2.1.2 聯(lián)軸器型
為了滿足數(shù)噸到十幾噸的應(yīng)急提升載荷,、以及更高的應(yīng)急提升速度的要求，可采用快速連接聯(lián)軸器型輔助提升機(jī)械結(jié)構(gòu) (見圖 3),，它包括聯(lián)軸器,、齒輪箱、電動(dòng)機(jī)等,。
圖3 聯(lián)軸器型輔助提升結(jié)構(gòu)
山東新巨龍能源有限責(zé)任公司東副立井采用 1 臺(tái)中信重工 JKMD-5.5×4PⅢ落地式多繩摩擦式提升機(jī)，配功率為 3 000 kW,、轉(zhuǎn)速為 35 r/min 低速交流變頻同步電動(dòng)機(jī),，提升速度為 10 m/s，鋼絲繩最大靜張力差為 450 kN,。應(yīng)急輔助提升需求：提升有效載荷 ≥10.8 t,，提升速度 ≥ 3.5 m/s。應(yīng)急提升采用圖 3 所示的結(jié)構(gòu),，輔助提升電動(dòng)機(jī)采用 1 臺(tái)異步變頻電動(dòng)機(jī),，計(jì)算選型功率為 710 kW、轉(zhuǎn)速為 495 r/min,、12 極,，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式，自帶冷卻風(fēng)機(jī),，電壓等級(jí) 1 140 V,，防護(hù)等級(jí) IP55。
工作原理：在提升機(jī)主軸裝置的非傳動(dòng)側(cè)引入一套由發(fā)電機(jī)組供電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),；主軸裝置非傳動(dòng)側(cè)外伸軸 (低速端) 通過齒式聯(lián)軸器與減速器連接,；電動(dòng)機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器與行星減速器高速端連接。其中,，主軸與減速器之間采用快速拆裝式齒式聯(lián)軸器,，提升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，輔助提升系統(tǒng)不投入運(yùn)行,，減速器與主軸聯(lián)軸器為脫開狀態(tài),；當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行需求時(shí)，該齒式聯(lián)軸器可快速連接,，輔助提升系統(tǒng)投入使用,。
減速器宜采用行星齒輪減速器，它具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,、運(yùn)行效率高,、在軸向和徑向部位的承載能力強(qiáng),、運(yùn)行平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)，可滿足應(yīng)急運(yùn)行時(shí)熱功率要求,；高速軸,、低速軸應(yīng)配有軸承溫度及油溫監(jiān)測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)超溫報(bào)警,、停機(jī)等功能,。
2.2 輔助提升液壓系統(tǒng)
應(yīng)急提升速度通常不快，輔助提升液壓系統(tǒng)可選用傳統(tǒng)的二級(jí)制動(dòng)液壓站,，即可長時(shí)間持續(xù)工作,。為保證可靠性，液壓站應(yīng)設(shè)置兩套油泵裝置和電液比例調(diào)壓裝置,，一套工作,，一套備用。液壓站應(yīng)裝設(shè)壓力,、溫度,、液位等傳感器，以及并聯(lián)冗余的回油管路,，滿足安全規(guī)程要求,。
輔助提升液壓站與原提升機(jī)液壓站可采用閥臺(tái)轉(zhuǎn)換，應(yīng)有閉鎖功能,。制動(dòng)器采用原提升系統(tǒng)的制動(dòng)器,。
2.3 輔助提升電控系統(tǒng)
為滿足一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)安全工作的可靠性，輔助提升電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足安全規(guī)程要求,。主控采用主,、從兩套 PLC 系統(tǒng)，配置冗余的位置,、速度等監(jiān)測傳感器,；有滿足手動(dòng)/半自動(dòng)/慢動(dòng)操作方式可供選擇；具有數(shù)字行程監(jiān)控,、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示及故障報(bào)警功能,。此外，還應(yīng)具備以下功能：
(1) 供電回路電源開關(guān)監(jiān)視功能,；
(2) 液壓系統(tǒng),、散熱風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備的控制及監(jiān)視功能；
(3) 與變頻器配合,，實(shí)現(xiàn)速度,、力矩的調(diào)節(jié)控制功能；
(4) 井筒中開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)視功能,；
(5) 卷徑計(jì)算功能,，以校正提升機(jī)深度計(jì)算系數(shù),；
(6) 提升機(jī)控制系統(tǒng)與提升信號(hào)相互閉鎖；
(7) 監(jiān)測及故障自診斷系統(tǒng),。
安全回路設(shè)計(jì)為硬件安全回路加軟件安全回路的多重化保護(hù),，滿足安全規(guī)程規(guī)定的保護(hù)及雙線制保護(hù)，過卷,、超速及限速等保護(hù)采用主編碼器,、從編碼器監(jiān)測等多線制保護(hù)。
變頻傳動(dòng)系統(tǒng)采用閉環(huán)矢量控制的交-直-交變頻器,。如果應(yīng)急電源為專用的柴油發(fā)電機(jī),，變頻器應(yīng)設(shè)計(jì)為能耗制動(dòng)型，配置制動(dòng)單元及滿功率的制動(dòng)電阻,，當(dāng)提升機(jī)負(fù)載重力方向與發(fā)電機(jī)運(yùn)行方向一致時(shí),，發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)可以通過制動(dòng)單元將產(chǎn)生的能量釋放到制動(dòng)電阻上,。
2.4 應(yīng)急電源
礦山企業(yè)多數(shù)備有柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，但礦井提升機(jī)是四象限運(yùn)行設(shè)備,，存在重物下放發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),。如果柴油發(fā)電機(jī)同時(shí)為提升機(jī)和其他功率相近的設(shè)備供電，則下放發(fā)電時(shí)的電能可被電網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備所消耗,，電網(wǎng)能夠保持穩(wěn)定,；如果柴油發(fā)電機(jī)主要為提升系統(tǒng)供電，那么輔助提升變頻器應(yīng)設(shè)計(jì)為能耗制動(dòng)型,，將下放發(fā)電時(shí)的能量通過制動(dòng)單元消耗在電阻上,，以維持柴油發(fā)電機(jī)供電電壓的穩(wěn)定性，避免造成過壓停機(jī),。
與電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)電壓高,、電流大、突加負(fù)載大的情況不同,，變頻啟動(dòng)加速過程中輸出端電流可控 (通常小于 2 倍電動(dòng)機(jī)額定電流),，且輸出電壓逐步上升至電動(dòng)機(jī)額定電壓，即總輸出功率逐步上升,，但不會(huì)出現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)造成突加負(fù)載大于 50% 的工況,，柴油發(fā)電機(jī)容量選型略大于 2 倍電動(dòng)機(jī)額定功率，既能滿足輔助提升運(yùn)行工況需求,，同時(shí)還能為操車控制,、信號(hào)系統(tǒng)以及照明提供用電。
3 結(jié)論
無動(dòng)力重力下放設(shè)備投資低,，僅能用于罐內(nèi)人員的緊急救援,，適用性較窄,。外動(dòng)力應(yīng)急輔助提升機(jī)構(gòu)可將重力下放功能集成于自身系統(tǒng)中，既能進(jìn)行滿載時(shí)的罐籠內(nèi)人員救援,，也能夠?qū)崿F(xiàn)較輕載荷的連續(xù)提升運(yùn)行,，適用范圍更廣。其中,，聯(lián)軸器型應(yīng)急輔助提升機(jī)構(gòu)占地面積較大,，投資較高，適用于新建礦井,；齒圈傳動(dòng)型應(yīng)急輔助提升機(jī)構(gòu)占地面積小,，投資較少，更適用于現(xiàn)有提升設(shè)備的改造,，有更高的適用性和較廣的應(yīng)用前景,。
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