矿井提升与运输

矿井提升与运输

及应用前沿中国矿业大学机电学院肖兴明联系电话：139522996380516-83995490交流思路二、总体构思以立井开拓入手提升、主运、辅运均能体现以生产、管理环节为主线提升、主运、辅运以新建、生产和改扩建的技术需求为目标4.体现生产、安全的新技术、新要求

矿井提升与运输系统主要内容组成

提升、主运、辅运分类分类依据、具体名称典型应用常用、先进的提升、主运和辅运实例发展概况

目前先进技术装备的典型参数1.矿井运输系统及装备矿井运输系统组成采掘工作面采区顺槽采区上下山水平大巷井底车场矿井提升系统1.2矿井运输系统1.矿井运输系统及装备矿井运输系统分类矿井主要运输系统矿井辅助运输系统1.2矿井运输系统提升系统按用途分主井提升提升煤炭副井提升升降人员、材料、设备、提升矸石按提升容器分箕斗提升用于主井罐笼提升用于副井，小型矿兼着主井按滚筒类型分缠绕式提升可用作主井或副井摩擦式提升可用作主井或副井按井筒角度分立井提升斜井提升按拖动方式分交流提升直流提升液压传动提升2.分类矿井运输系统按运行方式分连续运行式输送机、无极绳牵引等往返运行式机车、有极绳等按用途分主运输运输煤炭辅助运输运输材料、矸石、人员、设备按工作区域分采区运输工作面、顺槽、上下山大巷运输运输大巷按牵引原理分链啮合牵引刮板机齿轨车挠性体摩擦牵引胶带机车轮粘着牵引机车牵引钢丝绳牵引绞车主要运输设备刮板运输机刮板输送机顺槽转载机顺槽皮带机矿井运输设备类型配套设备采煤机液压支架顺槽转载机可伸缩胶带输送机综采工作面运输提升机国内外典型应用案例序号安装方式摩擦轮直径/m提升钢丝绳数量/根提升高度（m）有效载荷/t提升速度/（m.s-1）配套电机用户时间类型功率/kW1塔式（内装）6.2412793218交流6400南非/主井19962塔式2.8448599交－交1000付村/主井19963落地式4.8479650.816交流4300瑞士/副井20004落地式（内装）4.247003116.5交流3100西班牙/主井20025落地式4.04558.923.58.8交直交1540屯流/副井20036塔式4.568343212.5交直交4800龙固/主井20047落地式4.548312011.7交直交2000丁集/主井20058落地式4.545672512交流4000屯留/主井20059落地式（内装）4.65412603013.6交流4600俄罗斯/主井200510塔式（内装）4.6568004012交流5500刘庄/主井200511落地式548104016交流5300顾桥/主井200512落地式549833211.5交流2200朱集/副井200613落地式4.54762.518.311.5直流2100板集/主井200614落地式5.04762.518.311.5直流2300口孜东/副井200615塔式4.6410823116交直交5800金川镍矿/主井200716塔式4.5611354012交流4800程潮铁矿/主井2008

带式输送机的典型应用案例序号型号使用煤矿输送距离m输送能力t/h

带宽mm带速m/s电机功率kW倾角°应用地点应用时间1B1200/2400神华大柳塔30002200120042400回采巷19962L255神华大柳塔46202500120053400主井19963DLT1400神华大柳塔12502500140043355大巷19964DTL1600/31850晋城赵庄1580250016005.63185016主井20055DTL1200/2560彬县下沟矿66080012003.5256030主井20026DTL2200/31500神华布尔台770700022004.73150012主井20077STJ1600神华上湾矿60003500160046500顺槽20078DTL1800/41400伊泰酸刺沟1066420018004.84140016主井2007刮板输送机的典型应用案例序号型号使用煤矿输送距离/m输送能力t/h

链型链速m/s电机功率kW应用时间1JOY700神华大柳塔矿15025001.32270019962DBTPF4/1132宁煤羊场湾煤矿2502500中双链270020053SGZ960/750宁煤羊场湾煤矿2501800中双链1.31237520064SGZ1250/3*855宁煤羊场湾煤矿3203600中双链1.87385520085SGZ1000/1400铁法集团大平矿2402200中双链270020086SGZ-764/400×2龙口集团梁家矿2601000中双链1.3124002007无轨胶轮轮车的典型应用案例序号型号使用煤矿载重kN最大速度km/h最大坡度功率kW运输物品应用时间1912X神华大柳塔矿2506.814.5110支架19962913神华大柳塔矿3028.214.574人车19963DBTFBL-10&CHT-50榆树湾矿井50019.6114.5171.5支架20064DBTMH-50榆树湾矿井4001914.5171.5支架20065MK-3S济宁3号井8029.71475多功能20016WC8E晋煤长平矿80301475井下材料20097WC24RE神东公司24人301450人车20088WC8平塑三号井80201485井下材料2008高速架空乘人装置（猴车）的典型应用案例序号型号使用煤矿运输距离m运输能力人/h牵引速度m/s最大坡度应用时间1高速架空乘人装置兖矿济二矿11007200～2.51220022高速架空乘人装置大屯徐庄矿14203600～1.51620033高速架空乘人装置汾西水峪矿16003600～1.51320044高速架空乘人装置黄陵矿业集团26007200～3.0620055高速架空乘人装置兖州鲍店矿8607200～3.01620066高速架空乘人装置大屯孔庄矿13703600～1.51920063.国内外发展趋势

1）提升高安全性、可靠性、经济性高速、重载、大功率安全监护与故障诊断深井提升(超千米)国内最大18m/s.一次提升量达45吨。2)主运（带式输送机）向大型化和高速化方向发展。

带速达8m/s，带宽达2m以上，单机长度达16km,单机功率达1100kW,带强达ST7300。(国内7000)不断完善驱动技术。开展动态分析研究。采用多点驱动技术。监测监控关键零部件研究

3)辅运传统辅运改造

我国大部分煤矿的井下辅助运输系统相当落后，尤其是采区辅助运输，仍然采用传统的小绞车、回柱绞车运输。一条巷道一般需要6～8部绞车接力、对拉运输，运输环节多，占用人员多，运输效率低，严重制约着工作面的安撤速度，而且安全隐患多，是安全管理的薄弱环节,新型高效辅助运输设备的发展需求已成为必然。

长距离、变坡运输

在运输系统和工艺方面，随着井型和开拓范围的不断扩大，运输距离越来越长，尤其是采区工作面顺槽越来越长，已达到2000～3000m（最长超过5000m)。辅助运输问题更加突出，已经成为制约我国煤炭生产发展的薄弱环节,改造提升辅助运输系统已成当务之急。

国内外高效辅助运输特点

当前国内外煤矿实用的高效辅助运输设备与传统的辅助运输设备相比，在技术特性、运输效率和安全性能方面都具有许多明显的优势，主要特征如下：（1）运行安全、可靠性高。（2）爬坡能力强，能在起伏坡度较大和弯道道岔较多情况下运行。（3）牵引力大，能实现重型设备如重型液压支架的整体搬运。（4）运行速度快。（5）能实现远距离连续运输。（6）有比较完整的配套设备，可实现装卸作业机械化。由于具有这些特点，所以这些设备发展很快。矿井提升技术及装备讲座思路以矿井提升系统组成为主线，根据提升装备的生产特点（多行业、多厂家），同时，考虑其安全、可靠、高效的要求，分别介绍系统装备主要技术指标、选择依据及选型计算。主要内容提升机、提升容器及其辅助装置、钢丝绳、盘式制动器、电控。结合新的技术特点还介绍了安全装备、性能测试和扩能问题。提升机钢丝绳盘式制动器操作台液压站电控柜一、矿井提升机常用的几种提升机单绳缠绕、多绳摩擦、液压和变频绞车一、矿井提升机主要技术参数仅给出国内的系列参数，国外主要是ABB和SIMAG的产品,同时，一般主轴装置和减速器为同一厂家产品.(技术指标国内外相差不大）选型参数及依据选择提升机的主要参数有：卷筒直径D；卷筒宽度B；提升机最大静张力Fjmax；及最大静张力差Fjc。其中卷筒直径D为选择提升机规格型号的依据；其它三个参数为校核参数。异响问题、过度磨损问题4.内装式多绳摩擦提升机

1—电刷；2—滑环；3—定子(固定部分)；4—基础；5—定子铁芯和绕组；6—转子；7—滚柱轴承；8—定子接线处；9—摩擦轮部分(转动部分)二、提升容器及辅助装置常用提升容器单绳箕斗、罐笼，多绳箕斗、罐笼二、提升容器及辅助装置需注意的几个问题与提升机不一定是同一厂家生产特殊需要可定制非标容器（如长形40t箕斗）轻型容器不适合摩擦提升机（有防滑要求）容器附属装置悬挂、罐耳名义载荷与实际载荷（涉及超载问题）罐笼辅助装置防坠器

与单绳罐笼配套使用，按规程要求检查、试验罐笼辅助装置推车装置链式推车装置

销齿式推车装置罐笼承接装置普通摇台

罐笼井底自适应补偿托罐摇台缓冲阻尼同步摇台1.进车侧轨道2.罐笼3.罐笼内轨道4.托爪5.大销轴6.同步弹性轴7.推拉杆

8.小销轴9.大支架10.主轴11.机座12.调力装置13.液压阻尼缓冲系统

KHT型缓冲阻尼同步摇台结构图箕斗辅助装置箕斗装载设备

规程要求：定重装载现用装载设备：板式输送机方式、定量输送机方式和定量箕斗方式。传感要求：耐冲击注意问题：

有定重装载也可能出现超载。1一斗箱；2一控制缸；3--拉杆；4一闸门；5一溜槽；6一测重装置定量箕斗装载设备示意图1一煤仓；2一定量输送机；3一活动过渡溜槽；4一箕斗；5--中间溜槽；6一负荷传感器；7一煤仓闸门定量输送机装载设备示意图4.箕斗辅助装置箕斗卸载装置

要求：自动卸载现用装置：固定曲轨卸载、外动力卸载特点：固定曲轨方式：运行及维护费用低，有冲击，行程需增大1.5~2.5m，卸载时间短

，大型箕斗采用。外动力方式：可采用三阶段速度图，能缩短加速时间，需要增设动力没备，卸载时间较短。上开式扇形闸门卸载曲轨下开式扇形闸门卸载曲轨三、钢丝绳选型计算主要内容

钢丝绳结构与分类、钢丝绳选型计算、钢丝绳检测检验选型计算要点

根据用途使用条件选择结构（缠绕、摩擦、淋水）根据最大终端载荷、安全系数和钢丝绳破断力确定钢丝绳直径。需注意的问题钢丝绳安全系数钢丝绳检测和使用寿命、钢丝绳保存（时间）三、钢丝绳选型计算4.计算公式四、提升系统空间布局设计两种布置方式单绳缠绕提升机为落地式，多绳摩擦提升有落地和塔式（目前情况）布局计算见表需注意的问题缠绕式“咬绳”问题摩擦提升布置方式（塔式、落地式）的选择问题塔式布置多绳摩擦提升机落地式多绳提升机

塔式多绳摩擦提升影响提升机安装位置的主要参数关系图五、矿井提升制动系统主要内容对制动系统的要求、盘式制动器及液压系统、制动装置参数计算工作原理油压开启碟簧制动五、矿井提升制动系统3.需注意的几个问题液压系统压力：低、中高压两种制动方式：恒力矩、恒减速二级制动：两种方式、二级制动力矩及延时五、矿井提升制动系统制动方式的确定问题提出载荷变化，不能满足规程对制动减速度和防滑减速度要求恒减速实现

电液比例、反馈控制、蓄能器目前状况国外恒减速居多国内恒力矩居多。五、矿井提升制动系统二级制动问题提出采用一级制动不能满足《煤矿安全规程》要求二级制动方式两级油压+延时

A、B管+延时制动参数力矩：一级满足减速度，二级满足3倍静力矩延时：停车时施加全部力矩t0—空行程时间；tzh1—一级制动时间；Mzh1—一级制动力矩；Mzh2—最大制动力矩二级制动特性

六、矿井提升控制系统主要内容控制系统分类及选择、控制系统特点及主要配置(直流、交流；单机、双机；直联、带减速器）控制系统选择依据投资费用、运行费用、控制性能、电机容量。直流控制系统

V-M磁场换向全数字设备及技术特征谐波较大六、矿井提升控制系统交流控制系统新型转子串电阻调速系统

功能：有级调速，半自动或手动。特点：PLC控制、投资小、效率低交-交变频控制

功能：无级调速，全自动、半自动。特点：变频、计算机控制、投资较大、效率高交-直-交变频控制功能：无级调速，全自动、半自动。特点：变频、计算机控制、投资较大、效率高六、矿井提升控制系统控制系统注意几点国内与国外产品（功能、价格）直流与交流（功能、功率）转子与定子变频（电压、接触）谐波（功率）七、提升机技术性能测试问题提出安全、管理和维修要求测试项目（验收、检查）机电控制系统制动系统

井筒、井架分析项目注意问题（真测、应对）八、矿井提升安全设备过卷过放缓冲装置功能过卷过放后防止事故扩大的后备保护原理摩擦、液压、塑性变形吸能结构BS型摩擦滚筒缓冲装置+FHT型防撞梁托罐保护装置

HZSN型多功能过卷保护装置

2.制动失效保护装置1－制动盘；2—闸瓦；3—活塞；4—碟形弹簧5—原液压站；6—补偿液压站盘式制动器工作液压站与补偿增压液压站的系统关系3.摩擦提升滑动监控装置

1)钢丝绳制动机构作用钢丝绳制动机构的作用是：当产生危险滑动时，由电控系统自动控制，实现提升钢丝绳的制动，从而消除滑动，在提升机制动器与钢丝绳制动机构的共同作用下制动住提升系统，达到滑动保护的目的。2)回油路堵塞保护装置

回油路堵塞保护装置是在盘式制动器液压系统回油路堵塞的情况下实现旁路回油，从而实现提升机的安全制动。其工作原理：在安全制动时监测回油路的压力参数来判断回油路是否堵塞，若堵塞，则打开旁路电磁阀回油，实现安全制动。

A管B管回油路油压传感器两位两通阀油箱3)液压系统液压系统包括液压站、液压管路和制动油缸，该液压系统是钢丝绳制动机构实现制动和开启的动力源，其控制通过PLC组成的监控系统实现。4)监控系统本系统采用西门子S7-300，系统由传感、信号采集与处理、显示报警、安全回路控制等部分组成。传感部分由油压传感器、位移传感器等组成用于提升机液压制动系统工作状态参数采集；所有监测信号通过PLC系统采集、处理，由自行开发的软件系统负责对输入信号进行分析和处理，处理后的信息由触摸屏显示器显示。当提升系统状态参数超限或出现故障时，由显示器和蜂鸣器实现报警提示，同时继电器输出控制信号断开安全回路。并由存储器自动存储最近一段时间内的有关信息。同时为保证在断电时,本系统能参与控制,配备了UPS

编码器编码器编码器PLCUPS显示部分电控互锁部分滑动监护工作原理图4.提升载荷无线动态监测

箕斗超载一方面增大钢丝绳受力，另一方面还影响电控系统，使其处于过载运行，对于摩擦提升超载还可能出现滑动，因此，对于提升箕斗载煤量问题是国内外同行多年来一致关心的问题，提出了一些解决方法、研制了相应的装置，如煤矿安全规程就规定了定重装载，也有压磁、液压等定重装载设备投入使用，但它不能解决因操作或其它原因引起的二次装载问题，也无法解决箕斗粘煤所发生的超载问题。同时还有副井配重问题。调绳油缸是否达到极限位置。1)提升机载荷动态无线监测系统

传感器采集发射模块接收模块串行通信无线通信定量斗关闭、到位等信号PCI总线通信控制卡声光报警开关量采集卡主控计算机液晶显示器提升机载荷动态无线监测系统组成

2)系统安装示意图制动失效制动不住速度大制动力矩小超载斜井提升松绳制动减速度大于自然减速度制动正压力大二级制动调整不当滑动制动减速度大于滑动极限减速度制动正压力大二级制动调整不当正压力小闸瓦摩擦系数小残压大间隙大制动缸故障弹簧断裂弹簧疲劳活塞卡阻闸瓦过热材质不好闸盘受油污染++++++回油路堵塞1）制动失效分析

5.提升制动系统监护装置从分析可以看出，制动失效体现在四个方面：（1）对摩擦提升机，制动力矩大会造成动张力大所引起的滑动；（2）制动不住，之所以将超载和制动初速大作为制动不住的基本事件，是因为在调研中发现，在超载时，经常出现提升中途停车，再次开车时，司机又将方向开反，变成重物下放，当发现时，提升机速度已较大，实施制动便出现制动不住事故，至于制动力矩小引起的制动不住原因，在事故树中已表述得很清楚；（3）对斜井缠绕式提升机，制动力矩大引起斜井提升松绳，是由于其提升机制动减速度大于容器及载荷的自然减速度，斜井提升原理如图3所示；（4）回油路堵塞。4）其它

《机电设备完好标准》对对制动器的制动同步性提出了明确要求，因此，需对闸瓦的开合状态进行监测；为考察制动系统工作的灵敏度，《煤矿安全规程》对制动器的空动时间提出了要求，则需对制动器的空动时间进行监测。最后，为满足《煤矿安全规程》三倍静力矩、上提紧急制动减速度小于5m/s、下放紧急制动减速度大于1.5m/s以及摩擦提升系统防滑条件的要求，一些提机还存在二级制动，因此需对对二级制动延迟时间进行监测。5）回油路堵塞回油路堵塞是指制动时，液压油不能回油箱，因此，需监测制动开始点、制动时回油路压力是否下降。通过以上分析，对制动系统的监测参数应包括：闸瓦贴闸油压，闸瓦开闸油压，液压站残压，液压系统最大油压，闸瓦开合状态，空动时间，二级制动延迟时间，闸瓦间隙和回油路压力。5.提升制动系统监护装置

提升机状态监护原理位移传感器油压传感器安全回路通断接点压力继电器模拟量变送器开关量变送器PLC数据采集与处理信号分析与故障诊断上位机制动器运行状态及故障显示故障报警或（和）断安全回路旁油路电磁阀6.钢丝绳探伤检测

检测方法常规、探伤仪器检测原理磁通量变化评判方法绝对、相对注意问题限位轮系加载单元检测单元固定支座钢丝绳

九、提高矿井提升能力的改造途径依据提高一次提升量张力差有富余缩短提升循环时间（有时需改进装备）矿井运输技术与装备思路主运与辅运采区与大巷传统设备与新型设备控制系统统一介绍一、矿井运输方式的选择主运输选择高产高效矿井—带式输送机辅助运输选择有轨无轨(开拓方式）运人运料（200万吨以下可用多功能）多样性（运输设备种类配置）选择原则（三原则：巷道、环节、人员）二、矿井主要运输方式及设备

采区主要运输方式及设备采区主要运输设备回采工作面主要运输设备刮板输送机采区上下山主要运输设备普通带式输送机大倾角带式输送机工作面顺槽主要运输设备转载机可伸缩带式输送机上链式输送机铸石溜槽和搪瓷溜槽

工作面刮板输送机系列性能参数表注

刮板输送机与采煤机配套、适应工作面生产转载机的主要机型带式输送机可伸缩式带式输送机普通带式输送机钢丝绳芯带式输送机大倾角带式输送机（普通上运18、下运16）大巷主要运输设备带式输送机多驱动带式带式输送机钢丝绳芯带式输送机轨道运输架线式电机车蓄电池式电机车2.大巷主要运输方式及设备中间多驱动带式输送机三、辅助运输方式及设备轨道运输矿用电机车直流架线式电机车蓄电池电机车交流变频电机车卡轨车绳牵引（运距受限，爬坡能力强）柴油机牵引（运距不限，爬坡能力略小、污染）1—直线轨道；2—弯道；3—道岔；4—缓冲装置；5—弯道导向轮组；6—托绳辊；7—空绳导向轮；8—通过式导向轮组；9—牵引车（带储绳筒）；10—控制车；11—带人座运输车；12—4人座车；13—运输车；14—制动车；15—连接杆；16—可翻转容器；17—调度用卡轨车；18—储绳滚筒；19—牵引绞车，20—张紧装置21—带操纵台的泵站；22—返回绳（空绳）；23—牵引绳；24—回绳站；24.1—带护板回绳轮；24.2—测力计；24.3—棘轮张紧器；24.4—锚固装置钢丝绳牵引的卡轨车系统齿轨车

1-主司机室；2-驱动部；3-主机；4-副司机室；5-平板车；6-制动车KZP-8/900(600)型齿轨车2.绞车运输内齿轮绞车新型无极绳绞车（2005年小绞车替代工程）布置方式驱动方式关注问题1—牵引绞车2—张紧装置3—梭车

4—压绳轮组5—托绳轮组6—尾轮7—楔块无极绳连续牵引车典型布置示意图1、轨枕组件2、内护轨3、外护轨4、转向轮5、压板6、护轨连接板7、主绳8、副绳9、引绳板钢丝绳转弯装置结构示意图3.架空运输架空乘人装置原理技术要求选型原则注意问题单轨吊车1—道轨；2—有绳轮座的轨道；3—与弯轨连接的直轨；4—弯轨；5—牵引绳导向架6—紧急制动车；7—连接杆；8、9—承载吊车；10—吊车梁；11—8乘人吊车；12—道岔；13—缓冲器；14—尾部绳轮；15—尾轮拉紧装置；16—头部张紧装置；17—摩擦轮绞车；18—通用可翻卸式集装箱;19—牵引钢丝绳；20—钢丝绳回绳轮钢丝绳牵引单轨吊车柴油机牵引单轨吊4.无轨运输无轨胶轮车的分类按用途：运输类、铲运类、特种类按结构：铰接和整体车架按动力：柴油和蓄电池特点适应各种辅助运输任务可实现一车多用可实现直达运输对底板、通风有要求选型原则总体选型原则：车型选型