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矿井提升机应急提升方法研究

导读

针对矿井全矿停电或电动机故障等特殊情况下，原矿井提升机短时间内无法恢复的问题，提出了无动力重力下放、外动力辅助提升等应急提升方法，介绍了各方法的设备构成、工作原理及适用场合，详细阐述了外动力辅助提升所涉及的辅助提升液压系统、辅助提升电控系统、应急电源等必须具备的功能，以及在应急提升使用中的注意事项。

矿井提升系统用于在井筒中运输人员、物料和矿石，是井工开采矿山的咽喉设备。当井下工作面出现异常状况时，矿井必须做出应急响应，利用提升机保障井下人员安全升井。一旦提升机无法正常运行，将严重影响矿山的正常生产以及人员安全。矿山企业必须将安全生产放在第一位，解决矿井提升系统应急运行问题一直是矿山企业面临的重要议题。

从提升设备的控制系统、传动系统到制动系统，提高提升设备自身可靠性的方法有很多，如控制系统设计有局部故障时的故障开车模式；传动系统设计有2套直流或变频装置，单套故障时切换为全载半速模式运行；液压制动系统的安全制动回路为多路恒减速冗余等。笔者进一步讨论全矿停电或电动机故障等特殊情况下，原提升系统短时间内无法恢复时，矿井可采用的应急提升方法。

1无动力重力下放

1.1原理

无动力重力下放的原理如图1所示。利用两侧容器的张力差，通过调整制动器的开闸压力，将较重一侧的提升容器慢速下放，较轻一侧的容器慢速上升，到达预定位置后平稳停车。当发生全矿停电、电动机损坏等故障，短时提升系统无法恢复正常运行，人员被困罐笼时，重力下放装置可及时将罐笼移动到临近的工作面，实现人员脱困。中信重工及ABB公司在国内已有相关产品的应用案例。

图1重力下放工作原理

重力下放是通过控制制动器压力来控制速度，闸盘温度会在运行中不断上升，只适用于短时间内帮助罐笼内人员紧急脱困。为了保证运行安全，重力下放时，运行速度通常控制在1m/s以下。国内多数应用案例中，操作人员手动控制油压来控制速度，操作难度较高，下放装置运行速度不平稳。相对而言，中信重工的重力下放装置采用了速度-油压双闭环自动控制原理，更易操作。司机通过操作台旋钮或触摸屏直接给定速度，经过速度环和油压环PID自动调节，输出油压信号到盘形制动器，实现提升机按给定速度连续平稳运行。

1.2所需设备

重力下放功能的实现需要液压系统、操作控制元件和应急电源。ABB公司一般将重力下放功能集成在其闸控系统中，利用闸控系统的液压站和控制柜实现重力下放功能。中信重工除此之外，还有一种更适用于现场改造用的独立重力下放装置，它包括独立的液压站、小型操作台和电池柜。液压站与原系统液压站通过管路上的开关手动切换；操作台装有速度-油压双闭环控制器，采用编码器作为速度监测元件；电池柜为操作台和液压站供电，能在全矿停电时使用。重力下放过程中，系统能时刻监控速度和闸盘温度等状态，并具有过速、制动油压高、电源故障、闸盘温度超限等安全保护；从安全性考虑，为实现罐笼精确停车和过卷保护，系统还能准确计算容器位置。

为满足千米级深井重力下放运行时间较长的需求，如果采用应急电源，应按工作时长大于2h来考虑；如果采用电池供电，应设有电压监测或管理设备，避免在长期未使用情况下电池过放电产生损坏。

1.3适用工况

无动力重力下放方法设备投入成本较低，可以解决特殊工况下被困罐笼人员的救援问题。但该方法仅适用于短时低速单次运行，解决不了类似全矿长时间停电、井下水位上升、需全员安全升井时，提升系统要在数小时内往复持续运行的问题。重力下放也并不适用于所有矿井和工况，如提升系统两侧容器及载荷相近、出现张力平衡时，则存在无法运行的可能。

2外动力应急辅助提升

外动力应急辅助提升是在电动机、电气传动装置等出现故障或全矿断电等极端工况下，采用新投入的外动力，用于连续安全升降人员的一种应急救援方式。该辅助提升设备通常由机械传动系统、辅助提升液压系统、辅助提升电控系统、应急电源组成。根据紧急救援时不同的载荷与速度需求，设计时要采取相应的结构型式。

2.1机械传动系统

2.1.1齿圈传动型

某煤矿在用提升机主机规格为JKMD-4×4ZⅢ，应急提升需求：罐笼乘坐40人，运行速度为1.2m/s，电动机功率计算为90kW。电动机功率较小，现场场地空间有限，设计采用齿圈传动型机械结构(见图2)，它包括大齿圈、小齿轮、减速器、电动机和底座等。

图2齿圈传动型应急辅助提升结构

齿圈传动型机械结构的工作原理：减速器输出轴安装有一个小齿轮，在提升机主轴装置非传动侧制动盘内缘处新增一个大齿圈；小齿轮与大齿圈平时脱开，应急提升时通过滑轨将小齿轮与大齿圈啮合，驱动提升机摩擦轮转动，实现提升机正常运转。

受卷筒周边安装位置所限，此种机械结构虽占地面积小，但传动总功率受限，不能实现大载荷的提升。即使原提升设备主机规格较大，轴承座两侧空间均能安装减