矿井初建期专用绞车技术及设计的探讨

矿井初建期专用绞车技术及设计的探讨

杜宗池 薛冰  赵凯浪

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摘要：针对矿井的初级阶段以及浅层矿井专门设计的矿用绞车选用了高品质的合金钢作为原材料。这样的绞车设计小巧、质量轻，使得吊装、移动和调试安装都非常方便，并且显著缩短了安装和维修的过程时间。绞车的绳速设计是基于建井初始的工作状态而来，从而确保工作效率，增强了建井施工的效益。不论高速或低速行驶的情况下，该车都装备了双制动设备及配套的电气控制模块，以实现出色的安全性表现。

关键词：矿建；建井；绞车；性能比较

0引言

在矿井建设的初步阶段，由于需要大量的资金投入、长时间的施工周期、复杂的施工环境、高难度的施工任务以及相对较高的施工强度，这导致了在整个建设过程中频繁地发生安全事故。随着矿建行业竞争日益激烈以及国家对矿建安全生产监管力度逐渐加大，如何有效地防范矿井安全事故已经成为当前急需解决的问题之一。

1目前建井使用矿用绞车的状况

绞车被视为建井过程中不可或缺的工具之一，它负责提升、牵引等关键设备以及井架的安装、拆解和提升工作。绞车的性能优劣不仅直接影响到生产的效率，还与设备的使用寿命和安全性息息相关。

目前，JZ型凿井绞车和JK型矿用提升机是常用的建井设备。这两种绞车的主要特性包括：JZ型凿井绞车的成本较低，提升速度缓慢，采用的是蜗轮蜗杆和开式齿轮传动，效率不高，开式齿轮传动和带式制动的安全性能较差。由于其结构简单、运行可靠、操作方便，已广泛应用于矿井建设施工中；JK型矿用提升机绞车具有高速、高效率、大体积、重量重、安装周期长以及昂贵的设备成本等特点。

2建井初期的主要特点

在建井初期，有一大要求是能够准时启动工程，并确保设备能够及时安装到位，因此，设备的吊装、搬运和调试都需要简单快捷，同时还要考虑到作业周期的长短；使用JZ凿井绞车的安装时长约为20 d，而提升机的安装时长则通常在45—60d之间。在建井初期，提升和牵引行程较小，并且需要相应的钢丝绳速度来满足需求。当行进速度不足、效益不高或过快时，牵引在行程还未触及规定速度时就会被控制在减速停车的状态，这样会影响其性能，并导致能源浪费。J2的凿井绞车钢丝绳速度为4 m/min，而无负载的速度为8m/min，其矿用提升机的绳子速度则高达300 m/min或更高。这两种绞车在建井初期可能并不十分适合。

3建井初期专用绞车的性能及相关设计

3.1提升排绳的负载能力，确保绞车的有效牵引力

对于绞车来说，排绳的负荷能力极为关键，它是保证绞车牵引性能的基础要求，并在某种程度上影响绞车所具备的负荷承受能力。在建井挖掘过程中，地下的空间逐步增大，矿井的纵深逐渐加深，同时，伴随着开采活动的深入，矿井的纵深也相应地逐渐扩大。为了确保煤矿开采活动的安全和运输需要得到满足，有必要严格遵照相关技术规范来设计和选择适用的绞车排绳机构，并提高绞车的牵引性能，以便让绞车在运行过程中实现更高的安全标准。

3.2提升绞车的调速能力，确保运行过程的可靠性

在矿建的开采和生产活动中，提升绞车扮演着至关重要的角色。绞车排绳装置的设计和选择应根据矿的实际情况来决定，并需要不断提升绞车运行的自动化程度。依赖于当前先进的自动化技术，可以使绞车的操作变得更为简便和高效。我们需要持续增强绞车的调速性能，并根据矿建的实际开采需求，对绞车的调速功能进行合理的设计，以确保提升绞车能够高速运转。在设计和安装排绳设备时，必须深入考虑各种变量，以提高绞车的传输效率。

3.3绞车的机械结构

绞车机座为槽钢和钢板箱梁混焊而成，强度及刚性良好。机座两端设有四个起吊耳，可供运输过程中提吊。卷筒的表面设置有绳槽，其能够使得卷筒内的钢丝绳有序地布置。电动机能在变频装置控制下以额定转速在额定负荷范围内进行无级调速。在轻载负荷条件下，能够在最大额定速度的两倍范围内实现无级调速，高速端联轴器采用了加强型尼龙柱销联轴器，具备补偿和减震的性能，同时也便于维护。低速端鼓形齿式联轴器具有承载扭矩高，调心补偿，便于维修，使用寿命长的特点。

高速级制动器采用双液压块式。工作流程：液压推动器通电、液压推动器带动杠杆、杠杆挤压弹簧、闸瓦放松、液压制动器失电、弹簧复位将闸瓦抱在制动轮上制动。在低速端（卷筒法兰上）安装双钳盘式液压安全制动器，配备独立一拖二液压泵站，减速机输出轴端与鼓形齿式联轴器连接，采用鼓形齿式联轴器与卷筒主轴连接，并在另一端安装数显深度显示仪和牌坊式深度指示器，形成了绞车行程指示双重保障。减速机另一侧安装编码器及超速开关可控制卷筒运转圈数以实现提升行程控制：超速开关可使卷筒轴转速高于设定转速时，卷筒法兰上装的钳盘式液压故障保护制动器开始工作，起到了双重保险的作用，特别是当传动机构中各部件出现故障时能够快速对卷筒进行制动以避免意外发生该端还有牌坊式的深度指示装置，能够清晰地指示品点所处的深度并起到减速和缓冲的作用直至达到设定结束。

3.4材料的选择、热处理及工艺设计

机架是由Q235B材质焊接而成，并经过喷丸工艺处理。减速箱的设计是基于中硬齿面减速机的相关标准，它拥有出色的机械特性、过载承受能力、抗疲劳性和抗冲击性，特别适合在起重情况下使用。在此过程中，对该零件进行了强度校正和疲劳极限试验，并根据试验结果提出改进意见。减速箱的外壳是由Q23焊接件构成的，其制造过程包括：下料、焊接、去应力退火、初步加工、去应力退火、喷丸处理以及精细加工。对减速箱齿圈和轴颈分别用冷挤压成型后再热处理。经过两次去应力退火处理后，成功消除了内部应力。

3.5绞车电控系统功能及设计

绞车电气控制系统包括变频器柜，制动电阻箱，操纵台，计算器（测长），超速开关，限位开关等。在控制台上控制绞车升降，并在控制台上显示电压、电流、频率、故障等信息。配备计数装置，可在工作台上显示绳的长度。配备超速保护装置，在绞车超出设定速度时，能及时切断各操纵部件的供电。安装刹车点开启定位测试，在刹车启动前将刹车制动开启，设定刹车感应开关。设有升降保护、升降保护装置，可实现应急刹车；在靠近上下限的时候，减速开关启动，在靠近上下限的时候就会自动减速。

3.6绞车的安全性能方面的设计

设置两个高速段，每一个刹车的制动扭矩超过额定扭矩两倍，两个刹车超过四倍刹车扭矩。在低速阶段，双碟式刹车的刹车力矩安全系数大于3。以上所述的高速级和低速级各使用2个制动器，如果其中任何一个出现故障，它们都可以达到吊车的安全等级，能够确保它的可靠制动。所有的制动器都是正常关闭、弹簧制动、电液压驱动。在低速部分，安装了编码器，高速限位开关，牌坊深度显示，微型超速开关，确保了设备的运行安全性。

编码器对卷筒的转动情况进行控制，对卷筒速度等进行检测。高度限位开关，牌坊型水深指示器用于检测钢丝绳的深度，并通过接点与主电线相连，可按所需深度自动关闭，并可自动启动，牌坊上的水深显示器也方便操作人员直接看到放绳的位置。设有微型超速开关，在正常运行时，设置一个设置的速度，在机构故障使卷轴停止转动时，这个超速开关探测到卷轴的速度超出了设置的范围，就会发送一个信号，用钳盘型液压保护刹车卷轴，以保证机器及人员的安全。

4结束语

绞车是一种广泛用于矿山建设的起重设备。在现代工业技术的不断发展下，它的设计和生产工艺不断地进步，使绞车的工作性能和操作的方便性得到了进一步的提高，矿建生产的安全得到了更大的保证。

参考文献：

[1]吴金奎.绞车框架结构优化设计[J].建筑技术科学,2022-03.

[2]于占勇.煤矿绞车电气控制变频技术[J].建筑技术科学,2022-06.