msflexgrid允许大选择_特大型矿井提升机结构和布置方式的选择

导语：结合葫芦素矿井主井提升系统的设计，介绍了内装式提升机和直联悬挂式提升机的结构特点，比较了塔式提升机和落地式提升机的布置方式，对大型立井提升系统提升机结构和布置方式提出了自己的观点，条件允许时内装式提升机是合理的选择，工期允许时应优先选择塔式布置方式。

中天合创能源有限责任公司葫芦素矿井设计生产能力为位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内东胜煤田，井田面积为98.08 km2，设计服务年限为 90.0 a。

葫芦素矿井主井井筒直径为9.6 m，提升高度为655.78 m。井筒内“一”字布置了4个50 t 提煤箕斗，是国内外煤矿中所应用的最大吨位的箕斗。主井提升系统采用塔式提升，井塔内安装了2 台摩擦式提升机，配 8 000 kW 交流同步电动机，单机拖动，传动方式采用交-直-交变频控制，提升系统最大速度为提升机、电动机和电控设备均为瑞典 ABB 公司进口设备。该主井提升系统是国内最早在一个井筒内布置4个50 t 箕斗、提升能力达到 13.0并成功运行的千万吨级立井提升系统。

1 提升机结构型式

大型提升机一般可分为电动机内装式和电动机直联悬挂式 2 种结构型式。

内装式提升机的主要特点是将电动机装在卷筒或摩擦轮内部，是工作机和驱动机融合在一起的机电一体机。它不仅彻底颠覆了传统提升机的结构，而且技术更先进，具有传统提升机无法比拟的优势。

相较于常规的直联悬挂式提升机，内装式提升机具有以下优点：

(1) 提升机尺寸较小，空间结构紧凑，可以有效地减小电动机的基础和提升机房的建筑面积，从而减少土建费用，尤其是对塔式提升机来说效果更为显著；

(2) 提升设备的底座较小，与基础连接的部件少，设备安装时间短；

(3) 电动机转矩直接作用于摩擦轮的钢丝绳上，无需经过中间部件传递，传动效率高；

(4) 主轴装置两端对称，主轴承受力均匀；

(5) 主轴不传递扭矩，大大减小了主轴挠曲度；

(6) 这种结构中产生的力，如钢丝绳拉力和磁拉力都是对称传递的，大大提高了整个系统的刚度，轴和轴承的变形不会影响电动机的气隙；

(7) 电动机的温升不会使定子产生不对称的变形，因而电动机的气隙始终保持均匀；

(8) 设备基础的变化不会影响电动机的气隙；

(9) 采用标准的自调心轴承，使用寿命长，通用性强；

(10) 维护量小，电动机效率较高，运行费用较低。

内装式提升机不仅具有上述诸多优点，而且在设备布置方面也具有非常大的优势，可以节省大量的土建工程量。以葫芦素矿井主井井塔为例，悬挂式与内装式的井塔面积比较如表 1 所列。

表1 悬挂式和内装式提升机所用井塔面积的比较
Tab.1 Comparison of suspension hoist and built-in hoist in tower f loor area

由表 1 可知，内装式提升机与悬挂式提升机相比，井塔面积减少了 14.04%。内装式提升机无论是在结构上还是在设备布置方面，均具有较大的优势，条件允许时内装式提升机应是合理的选择。

2 提升机布置方式

多绳摩擦式提升机有井塔式和落地式 2 种布置方式，各自的优缺点已被业内人士熟知，不再赘述。葫芦素矿井主井提升系统安装了 2 套提升设备，提升机布置方式的选择如下所述。

2.1 井塔式布置

葫芦素主井 2 台提升机均采用单电动机拖动。之所以采用单电动机拖动，是因为双电动机拖动会在 2台设备之间形成一条狭窄的通道，不仅不利于设备的安装、维护和检修，布置上不合理，而且经济上也不合理。每台提升机需要 2 台电动机和 2 套电控设备，设备造价增加，机房面积增加约 14 m2，土建投资增加。因此，对于井塔式提升机，条件允许时应采取单电动机拖动方式。

葫芦素主井塔式提升机井塔平面布置如图 1 所示。

图1 塔式提升机的井塔平面布置Fig.1 Plane layout of tower of tower hoist

2.2 落地式布置

葫芦素矿井主井安装 2 台提升机，可以采用同侧布置或异侧布置。同侧时布置在同侧同一个机房内，方便管理，占用工业广场面积小，但机房内起重机轨面高达30m，导致提升机房高度过大，施工难度大；异侧时布置在井筒两侧，虽然需要建 2 个提升机房，占用工业广场面积大，较同侧布置多 1 台起重机，但井架高度小、受力对称，初期投资较省。因此，落地式提升机应采取异侧布置方式，如图 2 所示。

图2 落地式提升机的提升系统布置
Fig.2 Layout of hoisting system of f loor hoist

综上所述，对于井塔式和落地式布置方式的选择，塔式布置方式不仅占地面积小，防滑性能好，后期维护工程量少，而且设备投资少，维护费用低。因此，工期允许时应优先选择塔式布置方式。

3 几点体会

(1) 内装式提升机与直联悬挂式提升机相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有较大的优越性，特别适用于大型提升机，尤其是当 1 个提升机房内安装 2 套大型提升机时，采用内装式提升机不失为技术先进、经济合理的选择。葫芦素矿井主井提升设备原设计采用内装式提升机，但最终因种种原因未能得到实施。

(2) 提升系统钢丝绳和井筒的防冻问题不容忽视，尤其是在北方寒冷地区，这方面井塔式明显优于落地式布置。

(3) 针对井塔式布置占用井口时间长的问题，随着国内平行施工技术的发展，可有效缩短井塔施工占用井口的时间。井塔和井筒装备平行施工法就是在井塔建到一定高度后，安装临时设备，上面继续施工井塔，下面同时施工井筒装备。近年来，使用该方法获得成功的案例越来越多，内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿井和葫芦素矿井主、副井井塔就是采用这种方法施工的，说明井塔和井筒装备是可以平行施工的。

(4) 要满足主井提升系统的能力，或者提高箕斗的吨位，或者提高系统的提升速度。箕斗的尺寸受井筒直径和箕斗结构的制约，过度增加箕斗的断面尺寸，不仅导致井筒直径加大，矿建投资增加，而且给凿井也带来困难；而小的箕斗断面又会使箕斗过于高细，结构不合理，甚至会影响系统的装卸载时间等，使得一个井筒内布置 4 个特大型箕斗的矛盾会更为突出。因此，在一定条件下，以提高提升速度来增加提升能力的效果更为显著。但提高速度又会给提升系统带来一些其他问题，如罐耳的磨损、对罐道的冲击等。此外，目前我国深井大吨位提升系统的罐道型式多为钢罐道，其安装质量也在很大程度上制约着提升速度的提高。因此，应在综合考虑上述各因素的前提下，合理确定超大型箕斗的断面和系统最大提升速度。