矿井提升机制动液压系统的设计及特性研究_郝强强.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-03-15作者简介：郝强强（1985-），男（汉族），山西临县人，工程师，现从事煤矿机电设备管理工作。矿井提升机制动液压系统的设计及特性研究郝强强*（山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司，山西 吕梁 033000）摘要：制动液压系统作为矿井提升机制动系统的控制单元,它参与提升机的正常开闸、工作制动、安全制动等关键动作。针对矿井提升机的问题，通过分析矿井提升机的换绳技术，对换绳装置和液压制动装置进行具体研究，通过实际应用，结果表明，换绳工作从开始到结束仅仅用了5h，极大地减少了换绳工作的时间，液压制动装置的安装，提升机速度从3.5m/s降为0，所需时间为6s，减速度为0.6m/s2，降低了提升机制动成本，保证了提升机运行的稳定性和安全性，为矿井安全开采提供了必要保障。关键词：矿井提升机；液压制动装置；制动系统；动态特性中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)07-0161-04随着对矿井的不断开采，矿井设备也在不断增多，其中，多绳摩擦式的提升机设备被大力用作矿井的提升装置，用以运输矿物材料以及工作人员。多绳摩擦式提升机是利用设备上的钢丝绳以及滚筒之间产生的滑动摩擦力来达到提升物体的目的。由于钢丝绳在使用中经常摩擦，我国的矿井安全规程中有相关规定，在这种提升机设备上钢丝绳的首绳需要两年更换一次，尾绳需要4年更换一次，保证设备的安全运行，减少开采事故的发生。传统的换绳工艺速度较慢，会产生新旧绳缠绕等问题，因此，使用一种高效率的、高安全性的换绳装置并且保证提升机的安全工作是十分重要的，可以极大地保证开采工作的正常运行。1矿井概况正利矿在矿井开采过程中使用型号为JKM2.3的多摩擦式提升机设备。配套使用了直径24mm的钢丝绳，钢丝绳为顺时针2根逆时针2根互捻的形式。该产品自使用以来进行过8次钢丝绳的更换工作，使用过多种换绳方式。但是在工作过程中，由于换绳时的操作失误或者设备管理不当，造成了钢丝锈蚀、新旧绳扭死2等问题，使得刚换好的新绳产生损伤，严重影响了钢丝绳的使用寿命。针对这一问题，需要一种安全、高效、简洁、操作简单以及可靠性强的换绳装置并配有相应的液压制动装置来解决这一问题。2换绳技术目前国内主要存在的换绳方式有以下几种方式：(1)通过绞车3进行帮助来实现换绳操作，利用大量的绞车来收取旧的钢丝绳，放下新的钢丝绳，这种方式在实现换绳的同时，还需要人工辅助来实现绳索的更换。不仅费时费力，而且占用大量空间、人力、物力和财力，换绳需要的时间也很长，严重影响工作效率。(2)将新的钢丝绳进入提升机系统与旧的钢丝绳退出提升机系统同时进行，在矿井井口的位置将旧绳裁断，然后将新的钢丝绳与旧的钢丝绳连接在一起，通过设备将新绳带入提升机中，同时旧绳从工作系统中退出并回收，这种方式操作较为简单，占用的场地也不多，但同时换绳耗费的时间也较长，没有相应的设施给予保障，具有极大的风险。(3)采用换绳装置进行换绳，只需要将新绳装在机器开头，将旧绳作为牵引一方来牵引新绳进行过渡，最后再用新绳牵引旧绳脱离绳槽进而完成更换工作。这种方式不用其他别的方式来进行辅助，操作简单，安全可靠，占地面积小，节省了许多资源，提升了矿井开采效率。3提升机装置3.1换绳装置首先需要有防跑绳装置的存在，防跑绳装置3主要是依靠弹簧、导绳部件、楔形块以及摩擦块实现锁绳功能，在进行换绳的过程中，如果钢丝绳的速度超过了阈1612023年第7期西部探矿工程值，或者发生故障，装置就会启动用弹簧推动楔形块以及摩擦块前移，进而锁住钢丝绳，防止钢丝绳脱落，起到安全保护的作用。而在没有问题的情况下，液压装置会推开楔形块，打开通道，使得钢丝绳正常通过。防跑绳装置的结构简图如图1所示。图1防跑绳装置结构简图1.弹簧；2.管壁；3.导绳部件；4.楔形块；5.摩擦块；6.螺丝孔；7.挡块整体的换绳装置如图2所示，在进行换绳工作之前，需要打好装置的地基，将新绳滚筒、防跑绳装置、车轨装置、送绳油缸、步进移动小车以及导向轮固定在地基上；用新的钢丝绳依次穿过滚筒、防跑绳装置、小车以及导向轮；之后要用钢丝绳卡来连接新旧钢丝绳，进而整个换绳工作的准备阶段大致结束。图2换绳装置接下来的换绳具体操作步骤为：首先将两个罐笼在井口位置和井下位置分别放置，对置于井口以及井下位置的罐笼做穿绳的工作，同时对这两个罐笼进行固定，在置于井下的罐笼的上方设置分绳器4，进行分绳工作，之后将需要更换的旧钢丝绳与准备更换的新的钢丝绳连接在一起，实际操作为，先将新的钢丝绳放置在换绳装置上，之后使用钢丝绳卡将新的钢丝绳与旧的钢丝绳连接在一起。再实施旧钢丝绳的裁剪，先放出1m左右的新绳，然后在进口位置罐笼位置的钢丝绳进行裁割，这种措施可以有效预防钢丝绳松弛所带来的安全问题，保证了裁割工作的安全性。在新的钢丝绳下放的任务完成之后，将旧的钢丝绳从罐笼之中分离出来，然后将位于绞车上的盘闸给打开，在绞车没有其他工作运行的情况下，再接着进行新钢丝绳的下放工作，主要通过换绳装置来进行完成，与此同时，还应该将旧的钢丝绳进行收回。在进行新钢丝绳的下放工作结束之后，在井口和井底的位置的钢丝绳要留出1m左右的长度用以当作绳头。最后进行整体设备的调试，发现问题要及时解决，对相应的故障排查并改进。3.2液压制动装置液压制动装置是保证提升机安全运行的一种装置，主要负责提升机的制动部分，其中矿井中用的是恒力矩减速液压装置。目前的制动器多以盘形制动器为主要方式来产生制动力矩，来减缓提升机的速度。盘形制动器原理如图3所示。图3盘形制动器原理在制动器开始工作时，会对整个装置进行制动减速，然后盘形制动器之中的活塞会受到来自制动盘带来的一各作用力FN,并且油缸之中的存在的液压油也会自己产生一种作用力F2，弹簧自我互因为压迫而产生一种作用力F1，整个装置的阻力为FZ。受力平衡公式为：F1=F2+FN+FZ(1)将制动盘所受的力FN为反作用力，而制动产生的正压力为N，N大小与FN相同，大小相同，油缸中液压油的作用力面积记为S，液压油的压力记为P，可以得出N与P的平衡关系为：N=F1+PS+FZ(2)1622023年第7期西部探矿工程恒力矩减速液压装置如图4所示。图4恒力矩减速液压装置在工作时，先给电磁铁通电，然后电磁换向阀5开始工作，将盘形制动器之中的油缸与油泵连接，通过电动机来带动油泵工作，然后给整个系统供给油量。同时通过管道的截止阀和单向阀给恒力矩减速液压装置的储能器进行油量补充。然后溢流阀开始工作，当控制信号到达开闸油压时，制动器开闸，提升机开始工作。当溢流阀中的控制信号降到0V时，电磁换向阀换方向工作，将盘形制动器的油压降到零，从而导致制动器开始抱闸，使得提升机停止工作直至下一次工作开始。整个装置可以通过设置溢流阀的开闸油压的最大值来做到一个安全阀的作用。整个液压装置参数见表1。4实际应用将液压制动装置应用在实际中，从运用效果上来看，整个换绳工作从开始到结束仅仅用了5h，相比于之前的25h，极大地减少了工作时间。液压制动装置安装参数名称参数值系统最高油压（MPa）6.3贴闸油压（MPa）3.93泵输出流量（L/min）12油箱容积（L）600工作油温（）70表1液压制动装置主要参数后，提升机速度从3.5m/s降为0所需时间为6s，减速度为0.6m/s2，速度趋势符合理想状态。提升机速度曲线如图5所示。图5提升机速度曲线液压制动装置的安装，降低了提升机制动成本，减少了事故发生的可能性，保证了提升机运行的稳定性和安全性，为矿井安全开采提供了必要保障。5结论通过对换绳装置的具体应用及分析，得出以下结论：(1)整个换绳工作从开始到结束仅仅用了5h，相比于之前的25h，极大地减少了换绳所需要的工作时间，有利于矿井开采工作的正常运行。(2)液压制动装置的安装，提升机速度从3.5m/s降为0所需时间为6s，减速度为0.6m/s2，符合预期效果。降低了提升机制动成本，减少了事故发生的可能性，保证了提升机运行的稳定性和安全性，对矿井的安全开采有重要意义。参考文献：1薛鑫刚.矿井提升机恒减速液压制动系统设计及其特性分析J.能源与节能,2020(6):3.2任军.矿井提升机液压盘形制动系统可靠性分析及监测装置探讨J.中国科技纵横,2019(2):2.3彭佑多,刘德顺,胡燕平,等.液压提升机制动系统动态分析J.煤矿机械,1999(11):3.Design and Characteristic Study on the Braking Hydrau-lic System of Mine HoistsHAO Qiang-qiang（下转第167页）1632023年第7期西部探矿工程二氧化硅矿物的水岩反应，其反应受温度、CO2含量、酸碱度和压力等条件的制约，在同等酸碱度条件下，温度越高、压力越大、游离CO2浓度越高，偏硅酸溶解度越大。相比浅表冷水而言，区内地热水具备温度高、二氧化碳含量高和深循环条件，偏硅酸含量也呈现出明显的高值异常，因此地热田基础温度越高，其值就越大。3.4硼酸（H3BO3）含量偏高的原因及其来源分析相关研究表明，硼酸在自然界以硼酸盐（镁硼酸盐、钙镁硼酸盐和钙钠硼酸盐）的形式分布较广，其在高温状态下易溶解，在水中富集。硼酸的溶解度随着温度的升高而增大。温泉县地热田热矿水H3BO3含量在 10.219.8mg/L，表明工作区热矿水温度在7080之间，工作区揭露钻孔最高温度70.1，与推测一致。3.5SO42-含量偏高的原因及其来源分析工作区主要受地质构造作用，岩浆活动，其含水层受热液侵蚀，含大量硫及硫化（黄铁矿）物被氧化后，使得难溶于水的S以SO42-离子形式进入地下水，另外地热水受脱碳酸作用，使得Ca2+以CaCO3形式沉淀，因此SO42-离子含量增多。3.6Cl-含量偏高的原因及其来源分析工作区中热矿水中的 Cl-相对浅层冷水含量较高。因为溶滤作用，岩层中原有的氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物会逐渐转入地下水中，其中氯化物最容易转入地下水，随着时间的推移，岩层中的氯化物不断被水带走而贫化，因此一个地区溶滤作用越强烈，地下水更新越快则水中Cl-含量越少。经过计算热矿水的滞留时间约1329420958年之间，其溶滤作用相对较弱，则Cl-含量相对较高。4结论（1）总体上看研究区地热异常区与其周边区域流体特征区别明显，东西向断裂和北东南西向断裂控制中石炭统东图精河组地层地下水补给和运移。（2）以温泉疗养院为中心的地热异常区J35号钻孔区域具有显著的热储意义。（3）地热异常区地热流水中 Na+、SO42-、F-、Cl-、H2SiO3、H3BO3等含量较高。（4）研究区水体中的化学元素比值Na+/K+、Na+/Ca2+、Mg2+/Ca2+、Cl-/F-、Cl-/HCO3-、SO42-/Ca2存在一定规律，地热异常区Na+/K+和Cl-/HCO3-比值高表示高温，Mg2+/Ca2+比值低表示高温。参考文献：1顾新鲁,曾永刚.新疆温泉县地热特征及成因模式分析J.新疆地质,2011,29(2):226-230.2乃尉华,王涛,张磊,等.新疆温泉县博格达尔温泉成因初探及开发利用前景分析J.地下水,2006(2):41-43.3王文昌,李建新.可控源音频大地电磁测深在新疆温泉县地热勘查中的应用J.工程地球物理学报,2014,11(3):338-341.4王亚璐.流量测井在新疆中深层地热资源勘查中的应用J.地下水,2022,44(2):41-43.5李小梅.新疆温泉县民族文化生态旅游开发研究J.乌鲁木齐职业大学学报,2014,23(2):39-42.6那英.温泉县生态文化旅游的调查与开发研究D.新疆大学,2019.7张祖海,董海燕,丁昌盛,等.新疆温泉县AKT1-1地热孔钻探施工技术J.探矿工程(岩土钻掘工程),2015,42(8):17-21.8张宇轩,唐金荣,牛亚卓,等.中国西北在碳中和进程中的资源优势和地质工作建议J.中国地质,2022,49(5):1458-1480.9方维萱.论沉积盆地内成岩相系划分及类型J.