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礦井提升系統：礦山之魂，發展之路
發布時間：
2024-12-19
來源：
礦井提升機作為礦山領域的核心設備，廣泛應用于煤礦及非煤礦山，肩負著人員的升降、煤炭、礦石的運輸，以及各類材料和設備的吊運任務，猶如一條關鍵的紐帶，緊密連接著井上與井下，是礦山生產中不可或缺的交通運輸生命線。
一、礦井提升機：礦山運作的關鍵樞紐
礦井提升機作為礦山領域的核心設備，廣泛應用于煤礦及非煤礦山，肩負著人員的升降、煤炭、礦石的運輸，以及各類材料和設備的吊運任務，猶如一條關鍵的紐帶，緊密連接著井上與井下，是礦山生產中不可或缺的交通運輸生命線。
礦井提升機具有以下顯著特點：
1.高復雜性與高風險性
這是一種復雜且龐大的機電設備，不僅承擔繁重的物料運輸，還負責人員的運載工作。鑒于其工作性質，一旦發生故障，所產生的影響極為嚴重，不僅會導致礦井生產停滯，更會對人員生命安全構成直接威脅。
2.嚴苛的工作條件適應性
礦井提升機屬于周期性運動的輸送設備，需要頻繁地啟動與停止，這種工作模式對其機械和電氣設備的設計提出了極高的要求，必須保證設備在長期、高強度的運行過程中始終保持安全可靠，以應對惡劣的工作環境和復雜的工況條件。
3.顯著的經濟價值關聯性
作為礦山的大型關鍵設備，礦井提升機的合理選型、正確使用以及精心維護，對于礦山的經濟效益有著深遠的影響。從礦山運維的角度來看，除了在設計制造環節追求卓越品質外，提高安裝精度、規范使用流程以及加強日常維護保養工作至關重要。這些措施不僅是確保礦井提升機安全穩定運行的關鍵，也是預防和杜絕故障與事故發生的有效手段。而要切實落實這些要點，首要任務便是深入了解礦井提升機的性能特點、結構組成以及工作原理。二、礦井提升系統：多元構成與精細分類
礦井提升系統是一個由多個關鍵部件協同工作的復雜體系，主要包括提升機、提升鋼絲繩、提升容器、井架或井塔、天輪或導向輪、裝卸載設備、井筒罐道以及井口設施等核心組件。
根據其功能定位，礦井提升系統可大致劃分為主井箕斗提升系統和副井罐籠提升系統。主井箕斗提升系統主要負責煤炭、礦石等物料的高效提升，而副井罐籠提升系統則側重于人員、設備、材料、工具的升降以及矸石的運輸等輔助作業。從系統的結構形式和工作方式出發，礦井提升系統又可進一步細分為以下幾類：
（一）立井單繩纏繞式提升系統
立井單繩纏繞式提升系統包含立井罐籠提升系統和立井箕斗提升系統兩種類型。
1.立井罐籠提升系統
應用場景與操作特性：多數情況下，立井罐籠提升系統被用作副井提升系統，但在一些特定的小型礦井中，也會根據實際需求兼作主井提升或作為混合井提升使用。該系統的裝、卸載方式多依賴人力或半機械化手段，加之其提升內容具有較大的多樣性和不確定性，如矸石、材料、設備以及人員等的交替運輸，使得自動化提升的實現難度較大。
工作原理與運行流程：兩根鋼絲繩的一端牢固地固定在提升機的卷筒上，另一端繞過井架上的天輪后懸掛罐籠，且兩根鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向相反。當電動機啟動并帶動提升機卷筒旋轉時，鋼絲繩會在天輪的引導下，在卷筒上進行纏上或松下的動作，從而驅動提升容器在井筒內實現上下往復運動。具體而言，當井口上出車平臺的罐籠和井底車場罐籠的裝、卸作業完成后，即可啟動提升機，將井底罐籠提升至井口位置，同時原井口罐籠下放至井底車場進行新一輪的裝車作業，如此循環往復，完成人員和物料的運輸任務。
2.立井箕斗提升系統
應用場景與操作特性：立井箕斗提升系統主要承擔主井的物料提升任務，與副井罐籠提升系統相比，其顯著特點在于采用了不同的提升容器和裝、卸載系統，具備機械與自動裝、卸載的多種方式，這使得該系統更易于實現自動化操作，從而提高物料提升的效率和精度。
工作原理與運行流程：上、下兩個箕斗分別通過鋼絲繩與提升機卷筒相連，鋼絲繩繞過井架天輪后引入提升機房，并以相反方向纏繞和固定在卷筒上。啟動提升機后，卷筒旋轉，一根鋼絲繩纏繞，另一根放松，箕斗隨之在井筒內上下運動，完成重箕斗提升和空箕斗下放的任務。當礦石運輸至井底車場的翻車機硐室時，首先通過翻車機將煤卸入井下煤倉，然后經裝載閘門進入給煤機，最終通過定量裝載斗箱的閘門裝入井底的箕斗。與此同時，另一個箕斗到達井架卸載位置，通過卸載曲軌打開底部扇形閘門，將煤卸入地面煤倉。
（二）多繩摩擦式提升系統
多繩摩擦式提升系統有塔式和落地式兩種結構形式，其提升容器可以是箕斗或罐籠。這種提升系統具有體積小、質量輕、提升能力強等顯著優勢，尤其適用于深井開采的工況條件，能夠滿足礦山在復雜地質條件下的高效生產需求。
（三）斜井箕斗與串車提升系統
1.斜井箕斗提升系統
應用場景與工作原理：斜井箕斗提升系統主要用于主井物料提升，提升機卷筒上纏繞兩根鋼絲繩，一端繞過天輪連接箕斗。井口裝載位置的箕斗等待裝料，井上箕斗卸載后準備運行。井下礦車將煤卸入煤倉，裝車工操作裝載閘門將煤裝入井下箕斗，同時井上箕斗通過卸載曲軌將煤卸入地面煤倉。由于箕斗與提升機卷筒通過鋼絲繩連接，卷筒轉動帶動箕斗在井筒斜巷中往復運動，實現物料的提升與下放。
2.斜井串車提升系統
應用場景與工作原理：斜井串車提升系統既可用作主井提升，也可作為輔助提升系統。在運輸物料時，通常采用礦車和運料車；升降人員時，則將串車摘下，換上人車。其工作原理與斜井箕斗提升系統類似，但以礦車作為提升容器。礦車在井下裝滿后拉至井口，轉為地面水平軌道，人工摘鉤轉道岔后掛上空車或料車下井。
（四）鑿井提升系統
在立井開鑿過程中，為了確保井筒工作面的正常作業，需要設置鑿井提升系統與懸吊系統。
1.鑿井提升系統
由提升容器、鉤頭連接裝置、鋼絲繩、天輪、提升機以及導向穩繩和滑架等組成，主要負責排除井筒內的積矸、下放器材設備以及人員的升降。
2.懸吊系統
通過鋼絲繩、天輪及鑿井絞車等設備，用于懸掛吊盤、砌壁模板、安全梯、吊泵和各類管路纜線，為井筒施工提供必要的支持和保障。
在井筒正式掘進前，需在井口搭建鑿井井架，并安裝天輪平臺和卸矸平臺，同時進行井筒鎖口施工，設置封口盤、固定盤和吊盤。此外，還需在井口周邊安裝鑿井提升機、鑿井絞車，并建設壓風機房、通風機房和混凝土攪拌站等輔助生產設施。當一切準備就緒后，即可開始井筒的正式掘進工作。立井采用自上而下的掘進方式，當達到一定深度（段高）后，再由下向上進行砌壁作業，掘進與砌壁交替進行。在每個段高內，先通過鑿巖機鉆孔，然后用裝巖機將巖石裝入吊桶，由鑿井提升機提升至井架卸矸臺卸入矸石倉，最后用汽車或礦車運走。同時，隨著工作面的推進，需要對新掘進的段高進行砌壁作業，以確保井筒的穩定性和安全性。
由于鑿井提升高度隨工作面下掘而不斷變化，吊桶在提升過程中需多次經過吊盤并減速，且在吊盤或穩繩盤下存在無穩繩的提升段，因此對提升速度有嚴格控制，這就要求鑿井提升機具備良好的調繩、調速和控制性能。此外，為提高鑿井效率，通常會采用更大的吊桶，這也對鑿井提升機的提升能力提出了更高的要求。
三、礦井提升機：多樣化的分類體系
礦井提升機的分類方式豐富多樣，具體如下：
1.基于用途的分類
可分為主井提升機和副井提升機，兩者分別承擔著不同的關鍵任務，主井提升機側重于物料的高效運輸，而副井提升機則主要負責人員和輔助物資的升降。
2.基于傳動方式的分類
包括電動機傳動和液壓馬達傳動兩種類型，不同的傳動方式具有各自獨特的性能特點和適用場景，為礦山企業提供了多樣化的選擇。
3.基于鋼絲繩工作方式的分類
分為纏繞式提升機和摩擦式提升機。纏繞式提升機又可細分為單筒圓柱形、雙筒圓柱形、單筒可分離圓柱形、絞輪式等；摩擦式提升機則包括井塔式和落地式。
在國際范圍內，目前生產和使用的提升機主要歸為三大類：單繩纏繞式提升機、多繩摩擦式提升機和多繩纏繞式提升機，每種類型都在不同的礦山工況中發揮著重要作用，滿足了多樣化的生產需求。四、礦井提升機：工作原理的深度解析
1.單繩纏繞式提升機
作為一種早期出現的提升機類型，其工作原理相對較為直觀。通過將鋼絲繩的一端固定并纏繞在提升機的卷筒上，另一端繞過井架天輪后懸掛提升容器，利用卷筒的正反轉來實現鋼絲繩的纏繞和放松，從而驅動提升容器完成上升或下降的動作。這種提升機在我國礦山領域應用廣泛，但由于其鋼絲繩的容繩量和纏繞層數存在一定限制。
2.多繩摩擦式提升機
其工作原理基于摩擦傳動原理，類似于傳送帶運輸機的工作方式。通過多根鋼絲繩與提升容器之間的摩擦力，將動力傳遞給提升容器，實現其上下運動。這種提升機具有體積小、質量輕、提升能力大等顯著優勢，且不受鋼絲繩容繩量和纏繞層數的限制，適用于深井提升作業。然而，由于鋼絲繩同一截面的應力會隨著井深的增加而發生變化，如果應力變化幅度過大，可能會導致鋼絲繩出現快速磨損甚至損壞的情況，因此在設計和使用過程中需要對鋼絲繩的應力變化進行嚴格監測和控制。
五、礦井提升機：國內外發展的歷史軌跡與現狀展望
礦井提升機的發展歷程源遠流長，其起源可追溯至手搖轆轤時代。早在公元前，我國勞動人民就已將轆轤應用于提水作業，隨后在礦石和煤炭開采領域，轆轤也被逐漸用于提升礦物和人員。隨著生產力的不斷進步，畜力驅動的提升機應運而生，進一步提高了提升效率。到了19世紀，蒸汽機的發明引發了工業革命，資本主義國家率先推出了蒸汽機拖動的礦井提升機，這一創新使得提升機在結構設計和提升能力方面實現了重大突破。此后，電動機的出現推動了電力拖動提升機的發展，迅速取代了蒸汽機拖動的提升機，成為礦山提升作業的主流設備。
近年，隨著計算機技術的發展，礦井提升機的拖動及控制技術也取得了顯著的進步。自動化程度不斷提高，如今已能夠實現提升機與整個礦井提升系統的無縫連接，構建成一個高度自動化的運行系統。
（一）國外提升機發展歷程與現狀
國外提升機的發展已有150多年的歷史，期間經歷了多個具有標志性的階段：
1827年，第一臺蒸汽式提升機在西方資本主義國家誕生，標志著礦井提升機進入了機械化時代。
1877年，第一臺單繩摩擦式提升機成功制造，為深井提升提供了新的解決方案。
1905年，隨著電力技術的發展，第一臺電氣拖動的礦井提升機問世，逐漸取代了蒸汽式提升機，開啟了電力驅動的新時代。
1938年，第一臺多繩摩擦式礦井提升機的出現，進一步提高了提升能力和安全性，適應了更深礦井的開采需求。
1957年，多繩纏繞式提升機的制造成功，豐富了提升機的類型和應用場景。
隨著社會的不斷發展和技術的持續進步，國外礦山企業為了提高勞動生產率和各項經濟技術指標，對現有提升設備進行了全面的技術改造和升級。通過采用新型制動器、液壓站，以及使用壽命更長、結構更穩定的線接觸、面接觸、三角股、多層股鋼絲繩，結合直流拖動、變頻拖動和先進的自動化控制技術，顯著提升了設備的性能、自控化程度和安全可靠性。目前，國外先進的提升設備已達到了較高的水平，例如，瑞典的基魯那鐵礦在一個矩形井塔上安裝了12臺多繩提升機，實現了每小時近萬噸的高效提升能力，并且各臺提升機均由綜合控制臺進行集中控制，采用晶閘管技術、直流拖動和計算機監控，充分展示了現代礦井提升技術的優勢和潛力。
（二）國內提升機發展歷程與現狀
我國的提升機制造始于1953年，當時由撫順機械廠進行少量生產。1958年，洛陽礦山機器廠正式開工生產提升機，并逐步形成批量生產能力，從此擺脫了我國提升機依賴進口的局面。在發展過程中，我國不斷借鑒國外先進技術并進行自主創新。
1958年，洛陽礦山機器廠開始仿制蘇聯BM型礦井提升機，并于1961年在改進國外產品的基礎上，成功設計制造了我國第一臺JKM - 2x4型多繩摩擦式提升機，標志著我國在提升機制造技術上邁出了重要的一步。
1971年，在XKT型提升機的基礎上，設計制造了JK系列單繩纏繞式提升機，該系列提升機采用了新的結構形式和先進技術，提升能力比老系列提升機平均提高了25%，質量也相應減小，成為當時國家定型產品并批量生產，還出口到十幾個國家，展示了我國提升機制造技術的競爭力。
1992年，直聯式的多繩摩擦式提升機的生產，為我國深部開采和大產量礦井的開發提供了有力的支持，推動了我國礦山行業的發展。
目前，我國生產的各種礦井提升機及其配套設備已具備體積小、質量輕、能力大、安全可靠性高等優點，在技術水平和產品質量上已達到世界先進水平，部分產品甚至在國際市場上具有較強的競爭力，有力地推動了我國礦山行業的現代化進程。
回顧國內外礦井提升機的發展歷程，可以清晰地看到，隨著科技的不斷進步，礦井提升機正朝著大型化、高效率、小型化、輕量化、高能力、高安全性、高度集中化和自動化的方向不斷邁進。未來，隨著新材料、新技術、新工藝的不斷涌現和應用，礦井提升機有望在性能和功能上實現更大的突破，為全球礦山行業的可持續發展提供更加強有力的支持。
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