高速旋转大直径绞车全速负力提升试验研究

高速旋转大直径绞车全速负力提升试验研究

1采放顶煤技术兴隆庄煤矿是一座年产量300万吨的大型现代化矿山。投产以来,在1989年已实现了年产348万t的目标。1992年开始,该矿采用了综采放顶煤技术,产量逐年提高。1998年年产量500万t,1999年实现600万t,2000年产量跃升为700万t。相比之下,主井的2台绞车虽然进行了缩短运行周期等项目技术改造,仍出现提升能力不能满足生产需要的局面。2绞车停机情况担负原煤提升任务的2台主井绞车均是由瑞典ASEA公司成套引进的HSVE型《2.8×6摩擦式提升机,其设计提升能力为601t/h,采用直流可逆调速拖动系统。主电机功率为1260kW,额定转速为815rpm,减速箱比为14.08,井深398m,提升容器为4个12t/次同侧装卸式扁长形箕斗,提升最大运行速度为8.5m/s,实际提升高度为385.5m。(1)2台绞车现使用主导轮摩擦衬垫,其摩擦系数小(μ=0.2),动防滑极限为1.25,在提升12t/次时符合要求。当提升吨位增加至14t/次时,其动防滑极限值已达1.258,显然已十分接近规定的动防滑极限值。由于绞车在实际的运行中经常出现偏载超载现象,此种情况下当绞车以全速负力提升时,如果发生紧急停车,必将造成钢丝绳在主导轮上打滑的重大事故。(2)当绞车提升12t/次时,其制动安全系数k=3.16,符合《安全规程》的规定。当箕斗增加提升吨位至14t/次时,其安全制动系数k=2.712,已不符合《规定规程》第409条中k=M制M静≥3k=Μ制Μ静≥3的要求。由于制动矩不足,当绞车以全速全负荷(14t/次)负力提升时,如果发生紧急停车,制动器将闸不住高速旋转的滚筒,必将造成重大运行事故。(3)绞车提升14t/次时,已十分接近绞车允许的最大静张力差(14.22t/次)和主电机的额定电枢电流(1215A)。以2台绞车A箕斗均上行为例,计算提升14t/次时的电枢电流值:3A:(1050-150)÷12.5×14+150=1158(A)3B:(1090-150)÷12.5×14+150=1202.8(A)式中:1050、1090为提升12.5t/次时的实际电流;150为绞车空载运行电流。如果单从理论或绞车技术数据上讲,提升14t/次是可行的。但绞车在实际的运行中还有许多因素会造成绞车的外来阻力增大和提升载荷增加,导致主电机电流的增加,从而构成对绞车安全提升的严重威胁。造成主电机电枢电流异常上升的原因有:(a)卸装时散落在箕斗顶部的浮煤不一致,造成绞车运行中的实际偏载。严重时可增加30～50A的偏载电流;(b)箕斗轮与罐道的统体调正间隙过大、过小都会造成机械反抗,形成外来阻力。严重时可使主电机增加50～80A的电枢电流;(c)定量仓下的裤叉形分配闸门,常因大块矸石及其它杂物堵塞,造成箕斗的实际偏载。由于分配闸门堵塞的程度不同,箕斗的偏载量也就不同,严重时,主电机电枢电流高达1500A左右;(d)由于3个原仓为顺序排列,距定量仓的远近不一致,仓下各给煤机的给煤量不一致,导致向定量仓装载完毕时,停机后的惯冲装载量各不相同(1#仓距定量仓最近,不仅装载时间短,且停机后的惯冲装载量也多)。在提升1#仓时,比提升3#仓主电机电枢电流一般要高出30A左右;(e)称量定量仓吨位的压磁元件工作不稳定,造成定量仓的实际装载量偏差太大。据观察,由于压磁元件采用集成运算放大电路,且使用了大量电子元件,易在空气温度、湿度变化时产生变化。冬季室温在-50°C以下时,极值指示器的“光点”向“0”位以下偏歪,约增加定量仓装载量0.9t/次;夏季室温35°C以上时“光点”又向“0位”以上飘移,约减少0.6t/次的装载量。春秋天的昼夜气温反差大时,又可使主电机的运行电流减少或增加20A左右;(f)压力传感器与压磁元件间的金属隔离线,由于使用多年破损严重,使绝缘降低,造成信号不准,导致称量定量仓时的吨位不准。严重时,信号调整失灵。(4)由装载站2#、3#原煤仓向定量仓装载的过程用时超长。不能在绞车运行的时间内装载完毕,箕斗到达装载位置后,却还要等待3～5s的时间,此种状况如不根治,将严重制约2台绞车应有效能的发挥,增加绞车提升吨位也不会产生多大效益。(5)由于卸装受煤仓容量小(150t),满仓保护装置的安装位置不合理,2台绞车同时提升时极易满仓,造成2台绞车的中断提升。此外,原煤机尾放煤时,在受煤仓的放煤处形成一个自然倾斜面,由于满仓信号位置不当,煤位略高,不满仓时仍发生作用,致使一台绞车经常中断提升。此种现象原煤机尾人员不易发现,矿调度室又无满仓显示,只有当卸载操作工发现并发出督促放煤信号后,才加大放煤量。此种状况如不根治,不仅制约现在的生产,绞车增加提升吨位所创造的效益也将会在这里消耗殆尽。3主井4台绞车制动力计算方法为把事故隐患消灭在发生前,确保主井2台绞车的安全运行并挖掘其最大潜能,完成矿井需要的年提升700万t的生产任务,就必须对上述危及提升安全、影响提升效能发挥的种种现存问题进行有针对性的技术革新与改造。因此,建议采用如下措施:(1)增加绞车的摩擦系数,选用μ=0.23的主导轮摩擦衬垫,使其动、静防滑极限值达到1.53、2.43,远大于动、静防极限要求的1.25、1.75最低值,从而根除一项因增加提升吨位(14t/次)可能造成的重大事故隐患。(2)为了确保绞车增加提升吨位至14t/次后,制动器具有足够的制动力矩,能够安全、可靠而又合乎要求地闸住机器,建议增加一副盘形式制动器(即由现有的6副增加至7副),用以保证绞车的安全制动系数符合《完全规程》第409条规定的k=M制M静≥3k=Μ制Μ静≥3的要求。其计算论证如下:已知:T1(重载侧)=41894kg,T2(轻载侧)=27818kg,则绞车的最大静张力差为:T1-T2=137944.8N制动力矩3倍于静力矩的计算:已知主导轮直径D=2.8m,则:MSTAT=3(T1−T2)D2=579368.16N⋅mΜSΤAΤ=3(Τ1-Τ2)D2=579368.16Ν⋅m根据需要的制动力矩,求闸对数:已知:F=74600N(闸厄正压力),Rm=1.54m(闸盘平均半径),μ=0.4(闸衬与闸的摩擦系数),n=0.95(制动效率),则闸对数:Z=MSTAT2FRmun=6.636Ζ=ΜSΤAΤ2FRmun=6.636(副)所以主井2台绞车各需要增加一副盘形闸。(3)为了确保主井2台绞车在增加提升吨位至14t/次时,绞车的最大静张力不超过最大允许值(14.22t/次),主电机额定转矩不超过14.76kN·m,主电机电枢电流不超过额定值1215A,就必须保证装载定量的准确,根除现存的外来阻力和外来负荷,才能确保安全运行,因此,建议采用以下有针对性的解决方法:(a)对主井各专业职能组制定、建立检修质量检查细则,根治易造成电流偏差的环节。如:根治卸载舌板处的漏煤现象,对灌道与箕斗轮的调正间隙做出明确规定。同时,检修完毕应进行不少于3次的空载、带载试运行。保证空载运行电流不大于160A,带载运行不超过主电机的额定值(其中包括往返偏差电流在内)。如遇往返电流偏差过大,又不易立即处理情况时,可通过增、减箕斗底部配重铁的方式消除偏差电流;(b)为确保定量仓、分配闸门处的通畅,不使其受大矸石及其它杂物堵塞或造成箕斗的偏载、电机的偏流,建议在分配闸门处设置γ射线(即钴60放射元素)检测装置,以利于及时发现并处理分配闸门处的堵塞与偏装问题;(c)为了保证定量仓每次的实际装载量为14t,保证在绞车运行时间内完成定量仓14t/次的装载过程,就必须进行试验。除了适当增加2#、3#原煤仓给煤机的给煤量外,还应提高装载及胶带运行速度(可通过改变减速箱比的方法)由原2.7m/s提高至3m/s左右即可。这样,可在两个方面受益:其一,可使各原煤仓给煤机向定量仓装载时,停机后的惯冲装载量相等,从而彻底纠正实际装载惯冲量不一致造成的偏差;其二,缩短了各原煤仓向定量仓装载过程的时间(可望在45～50s/次内完成),从而根治箕斗等煤的现象。关于定量装置,采用电子秤或液压衡器均可达到定量仓称量准确之目的。但投资大、基建面积大、且占用时间长,目前情况不宜采用。笔者建议仍使用压磁元件,将2台绞车的压磁元件集中在一个箱体内,使用空气调节器和温控器实施20°C左右的恒温控制,使其处于长期供电(取消预热期)的最佳稳定工作状态。同时,更换压磁元件与压力传感器间的金属隔离线,这样,即可保证对定量仓装载吨位的准确称量。(4)对受煤仓满仓信号误动作及放煤不及时状况的改进建议:(a)缩短满仓信号探头,或调正满仓保护装置至受煤仓,仓中心后区避免不满仓时的误动作,消除因其误动作而导致绞车的中断提升;(b)利用满仓保护装置,对受煤仓放煤过程进行技术改造,使其能在满仓时自动开起放煤闸门或自动