論
壇
中礦傳動(dòng)技術(shù)交流
行業(yè)動(dòng)態(tài)
2021年第9期
2021年6月7日發(fā)布
礦井提升機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用研究及展望
稿件來(lái)源：趙瑞峰 《礦山機(jī)械雜志》
摘要：礦井提升機(jī)是礦山機(jī)電液技術(shù)一體化的固定設(shè)備，其技術(shù)創(chuàng)新在持續(xù)升級(jí)。簡(jiǎn)述了礦井提升機(jī)永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、新型電液制動(dòng)技術(shù)、無(wú)人值守控制新技術(shù)的工作原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了無(wú)繩礦井提升機(jī)的應(yīng)用研究，分析了礦井提升機(jī)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，為礦井提升機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用研究指明了方向。
礦井提升機(jī)是礦山重要的設(shè)備之一，是聯(lián)系井下和地面的主要運(yùn)輸工具。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及用戶(hù)需求的增長(zhǎng)，礦井提升機(jī)的技術(shù)一直在快速發(fā)展。筆者介紹了國(guó)內(nèi)近年來(lái)發(fā)展較快的永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、新型電液制動(dòng)和無(wú)人值守礦井提升機(jī)新技術(shù)，并對(duì)無(wú)繩礦井提升機(jī)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
礦井提升機(jī)發(fā)展歷程
1.1 國(guó)外提升機(jī)
1827 年，德國(guó)設(shè)計(jì)出世界上第 1 臺(tái)蒸汽提升機(jī)，1877 年生產(chǎn)出第 1 臺(tái)摩擦提升機(jī)，1905 年制造出第 1 臺(tái)電動(dòng)提升機(jī)。目前，特大型提升機(jī)技術(shù)在世界上依然占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位，尤其是內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)式、多繩纏繞式 (布萊爾)、應(yīng)急救援式及帶輔助拖動(dòng)裝置的提升機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)依然明顯。國(guó)外著名的提升機(jī)制造商有德國(guó) SIEMAG 公司、瑞典 ABB 公司、捷克 INCO 公司，這些公司憑借強(qiáng)大的提升機(jī)選型、設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、電氣傳動(dòng)和智能控制等綜合實(shí)力，為客戶(hù)提供整套設(shè)備及礦井提升問(wèn)題的解決方案。
1.2 國(guó)內(nèi)提升機(jī)
國(guó)產(chǎn)礦井提升機(jī)經(jīng)歷了一條從引進(jìn)、消化、仿制到自主創(chuàng)新的歷程。19 世紀(jì)末，唐山開(kāi)平礦務(wù)局從國(guó)外引入了當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的蒸汽絞車(chē)，如圖 1 所示，開(kāi)啟了中國(guó)礦井提升機(jī)的歷史。1958 年，洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠(chǎng) (現(xiàn)中信重工機(jī)械股份有限公司) 成功研制出中國(guó)首臺(tái) φ2.5 m 雙筒提升機(jī)，如圖 2 所示，開(kāi)啟了中國(guó)批量制造礦井提升機(jī)的歷史。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，以中信重工機(jī)械股份有限公司為代表的國(guó)內(nèi)一大批制造企業(yè)對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造升級(jí)，使提升機(jī)的規(guī)格、性能和精度都得到了全面提升。機(jī)械部分(主軸、卷筒和天輪等部件) 的技術(shù)和安全可靠性已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；高端電液閘控系統(tǒng)、中壓三電平大容量變頻系統(tǒng)等技術(shù)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)提升機(jī)經(jīng)歷了從小型到大型、從通用到特殊、從單機(jī)到成套的發(fā)展歷程，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)礦山絕大部分的需求。
圖1 唐山開(kāi)平礦務(wù)局從國(guó)外引入的蒸汽絞車(chē)
近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)進(jìn)口大型提升機(jī)的份額持續(xù)減少，提升機(jī)國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)了跨越成長(zhǎng)。機(jī)械制造技術(shù)達(dá)到國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平，電氣控制、制動(dòng)控制與國(guó)外差距一直在持續(xù)縮小，但電控 PLC、IGBT、高精度傳感器等器件，制動(dòng)控制用的比例溢流閥和一部分軸承依然需要進(jìn)口。從整體來(lái)說(shuō)，中國(guó)礦井提升機(jī)技術(shù)與國(guó)外的差距越來(lái)越小。尤其近幾年，中國(guó)在智能制造的驅(qū)動(dòng)下，科研動(dòng)力十足，提升機(jī)的技術(shù)進(jìn)步更加明顯。
圖2 中國(guó)首臺(tái) φ 2.5 m 雙筒提升機(jī)
近幾年來(lái)，具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)礦井提升機(jī)、新型電液制動(dòng)礦井提升機(jī)和無(wú)人值守礦井提升機(jī)已經(jīng)在礦山開(kāi)始使用，迎合了國(guó)家發(fā)改委 2020 年《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中“加強(qiáng)科技創(chuàng)新，實(shí)施機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，提高智能裝備的成套化和國(guó)產(chǎn)化水平”的要求。隨著無(wú)繩提升機(jī)及各種礦井提升機(jī)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，礦井提升機(jī)必將迎來(lái)新一輪的技術(shù)改革。
礦井提升機(jī)技術(shù)應(yīng)用
2.1 永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)
繼 1990 年成功研制 JKM-4×4 單電動(dòng)機(jī)懸掛式錐孔直聯(lián)井塔式多繩摩擦提升機(jī)后，中信重工機(jī)械股份有限公司又在 2001 年成功研制了國(guó)內(nèi)最大規(guī)格的雙電動(dòng)機(jī)直聯(lián) JKMD-5.7×4 落地式多繩摩擦提升機(jī)。上述 2 類(lèi)大型提升機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高，由于沒(méi)有使用減速器、聯(lián)軸器等齒輪機(jī)械傳動(dòng)裝置，改變了國(guó)產(chǎn)特大型提升機(jī)直聯(lián)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)依賴(lài)進(jìn)口的局面。
2.1.1 永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)置
懸掛式直聯(lián)提升機(jī)電動(dòng)機(jī)軸要求為高精度錐孔，加工難度大，電動(dòng)機(jī)裝配及拆卸困難，存在一定的缺陷。永磁電動(dòng)機(jī)由于其恒轉(zhuǎn)矩特性，特別是低速大轉(zhuǎn)矩特性，契合礦井提升機(jī)負(fù)載特性，另外其尺寸小，質(zhì)量輕，噪聲低，可以裝入提升機(jī)卷筒內(nèi)與卷筒直接連接。2017 年貴州高原礦山機(jī)械有限公司成功研制了永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)置單繩纏繞式及多繩摩擦式礦井提升機(jī)，永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)置多繩摩擦式礦井提升機(jī)如圖 3 所示。該型式的提升機(jī)沒(méi)有減速器等齒輪機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要采用外轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)，與直聯(lián)懸掛式提升機(jī)相比，減小了提升機(jī)軸向尺寸。永久性磁鐵置于滾筒內(nèi)壁，作為永磁電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子；內(nèi)定子工作繞組線(xiàn)圈裝于提升機(jī)主軸上，滾筒通過(guò)兩側(cè)腹板、軸承與主軸連接，并固定在軸承座上。摩擦輪既作為永磁電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子用，又兼具承載鋼絲繩載荷的功能，體現(xiàn)了機(jī)電相互融合及高度機(jī)電一體化。
圖3 永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)置多繩摩擦礦井提升機(jī)
2.1.2 永磁傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置
永磁電動(dòng)機(jī)盡管有較高的性?xún)r(jià)比，但比常規(guī)應(yīng)用的異步變頻電動(dòng)機(jī)制造成本還是較高，且速度越低，電動(dòng)機(jī)制造成本越高。為此，山西新富升機(jī)器制造有限公司研制了永磁傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置礦井提升機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用永磁同步電動(dòng)機(jī)與行星齒輪減速器直接連接，減速器直接驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，通過(guò)卷筒上纏繞的鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)容器的提升或下降。永磁傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子直聯(lián)一級(jí)行星齒輪減速器 (減速永磁電動(dòng)機(jī))，并安裝提升機(jī)卷筒中。由于一級(jí)行星減速器能夠降低配套永磁電動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)而降低了提升機(jī)的成本。將永磁電動(dòng)機(jī)高效節(jié)能和減速器高效大轉(zhuǎn)矩組合為一體的提升機(jī)結(jié)構(gòu)，具有體積小、整體性好的特點(diǎn)。
圖4 永磁傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)
1.底架 2.提升機(jī)卷筒 3.減速永磁電動(dòng)機(jī) 4.盤(pán)式制動(dòng)器
2.1.3 應(yīng)用及發(fā)展前景
永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)礦井提升機(jī)安全可靠，節(jié)能高效，結(jié)構(gòu)緊湊。隨著關(guān)鍵核心技術(shù)的不斷突破，特別是高溫永磁材料解決了永磁體退磁的缺陷后，永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)礦井提升機(jī)已被市場(chǎng)廣泛接受，將逐步取代電動(dòng)機(jī)懸掛式直聯(lián)摩擦礦井提升機(jī)。目前，我國(guó)已有逾 60 臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)礦井提升機(jī)投入使用。永磁內(nèi)置礦井提升機(jī)技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在未來(lái)這種新技術(shù)將成為提升機(jī)的主導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)。
2.2 電液制動(dòng)技術(shù)
2.2.1 機(jī)械制動(dòng)器
礦井提升機(jī)制動(dòng)經(jīng)歷了以重錘做制動(dòng)力源 (以油壓松閘)、以重錘和壓氣做制動(dòng)力源 (工作制動(dòng)用壓氣，緊急制動(dòng)用壓氣和重錘)、以彈簧做制動(dòng)力源 (油壓松閘) 的發(fā)展歷程。油壓松閘液壓制動(dòng)系統(tǒng)的松閘動(dòng)力來(lái)自于液壓站提供的液壓力，主控系統(tǒng)指令需要經(jīng)過(guò)溢流閥、減壓閥和換向閥等多個(gè)閥類(lèi)部件，最終將液壓泵松閘動(dòng)力傳遞至液壓機(jī)械閘制動(dòng)單元。為克服液壓系統(tǒng)抗污染能力差、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)工作量大、可靠性低等缺陷，山西新富升機(jī)器制造有限公司研發(fā)了礦井提升機(jī)機(jī)械閘制動(dòng)器，如圖 5 所示。該制動(dòng)器以彈簧做動(dòng)力源，以電動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行松閘，去掉了液壓傳動(dòng)必須配置的液壓站及液壓管路系統(tǒng)，是一種無(wú)液壓控制的提升機(jī)制動(dòng)技術(shù)。
圖5 礦井提升機(jī)機(jī)械閘制動(dòng)器
1.制動(dòng)閘瓦 2.筒體 3.制動(dòng)器殼體 4.連接軸 5.碟形彈簧6.直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)
當(dāng)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流從小到大變化時(shí)，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)連接軸向離開(kāi)制動(dòng)閘瓦方向運(yùn)動(dòng)，使筒體里碟形彈簧受壓縮，帶動(dòng)制動(dòng)閘瓦離開(kāi)制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)器處于松閘狀態(tài)；反之，當(dāng)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流從大到小變化時(shí)，在碟形彈簧力的作用下，帶動(dòng)制動(dòng)閘瓦逐漸向制動(dòng)盤(pán)方向移動(dòng)，當(dāng)電流降到最低值時(shí)，制動(dòng)閘瓦作用在制動(dòng)盤(pán)上的正壓力達(dá)到最大，提升機(jī)處于正常工作制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)?shù)V井提升機(jī)在提升過(guò)程中因突發(fā)事件需要緊急制動(dòng)時(shí)，該制動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)恒力矩二級(jí)制動(dòng)。與液壓制動(dòng)技術(shù)相比，電動(dòng)機(jī)機(jī)械制動(dòng)技術(shù)省去了電能轉(zhuǎn)化為液壓能的中間環(huán)節(jié)，具有響應(yīng)迅速、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
2.2.2 電動(dòng)缸液壓制動(dòng)器
山西工程職業(yè)學(xué)院與山西新富升機(jī)器制造有限公司共同研發(fā)了一種提升機(jī)電動(dòng)缸液壓制動(dòng)器，如圖 6 所示。與液壓機(jī)械閘制動(dòng)技術(shù)相比，電動(dòng)缸液壓制動(dòng)器保留了液壓制動(dòng)閘執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，去掉了液壓站，采用電動(dòng)機(jī)作為松閘動(dòng)力源，電動(dòng)缸產(chǎn)生的油壓作為中間能量傳遞環(huán)節(jié)，能夠滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》的各項(xiàng)要求。
電動(dòng)缸中活塞一側(cè)與直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)裝置相連，非電動(dòng)機(jī)側(cè)置于電動(dòng)缸內(nèi)，電動(dòng)液壓缸通過(guò)油壓管路與液壓機(jī)械制動(dòng)器中的制動(dòng)缸連接，形成整個(gè)設(shè)備的密閉液壓系統(tǒng)。當(dāng)提升機(jī)需要松閘時(shí)，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)電動(dòng)液壓缸活塞向非電動(dòng)機(jī)側(cè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則密閉液壓系統(tǒng)液壓油受到擠壓，使得密閉液壓系統(tǒng)油腔壓力增大，密閉液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓力并輸送至液壓機(jī)械制動(dòng)器中的制動(dòng)缸，制動(dòng)缸壓縮碟形彈簧并帶動(dòng)制動(dòng)閘塊遠(yuǎn)離制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)器完成松閘工作。當(dāng)提升機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)裝置拉動(dòng)活塞向電動(dòng)機(jī)側(cè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，密閉液壓系統(tǒng)液壓油壓力緩慢降低，制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的油壓逐漸降低，碟形彈簧推動(dòng)制動(dòng)閘塊向制動(dòng)盤(pán)方向運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)閘塊與制動(dòng)盤(pán)接觸產(chǎn)生正壓力，形成摩擦力矩，達(dá)到制動(dòng)的目的。系統(tǒng)還配置緊急泄油裝置，以便在直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障或電動(dòng)液壓缸活塞卡滯不能工作時(shí)，使密閉系統(tǒng)油壓通過(guò)旁路緊急泄油裝置泄壓，進(jìn)行緊急制動(dòng)，達(dá)到安全冗余制動(dòng)的目的。
圖6 提升機(jī)電動(dòng)缸液壓制動(dòng)器
1.電動(dòng)液壓缸 2.補(bǔ)油站 3.緊急卸油裝置 4.液壓機(jī)械制動(dòng)器5.系統(tǒng)管路 6.手動(dòng)開(kāi)關(guān) 7.控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
2.2.3 提升機(jī)磁摩耦合制動(dòng)器
提升機(jī)磁摩耦合制動(dòng)器如圖 7 所示。制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的勵(lì)磁線(xiàn)圈通入同方向的勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)在制動(dòng)盤(pán)及制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的閘瓦、背板、筒體的套筒、制動(dòng)器體和制動(dòng)器架形成閉合回路。當(dāng)提升機(jī)工作時(shí)，制動(dòng)盤(pán)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電渦流制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)制動(dòng)。當(dāng)摩擦制動(dòng)和磁場(chǎng)制動(dòng)同時(shí)工作時(shí)，磁場(chǎng)的存在會(huì)對(duì)摩擦產(chǎn)生有益的影響，穩(wěn)定摩擦和減小磨損；反過(guò)來(lái)摩擦也會(huì)影響磁場(chǎng)的大小，實(shí)現(xiàn)摩擦制動(dòng)和磁場(chǎng)制動(dòng)的耦合，提高摩擦制動(dòng)器的制動(dòng)性能和可靠性。
圖7 提升機(jī)磁摩耦合制動(dòng)器
1.制動(dòng)器體 2.密封圈 3.彈簧座 4.碟簧導(dǎo)套 5.碟形彈簧 6.閘瓦 7.背板 8.傳感器 9.勵(lì)磁線(xiàn)圈10.壓板 11.筒體 12.缸體 13.活塞 14.調(diào)整螺母 15.管接頭 16.端蓋 17.螺柱
2.3 無(wú)人值守礦井提升機(jī)
2.3.1 立井箕斗無(wú)人值守提升機(jī)
在國(guó)外，立井箕斗提升機(jī)無(wú)人值守作為一項(xiàng)成熟技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，無(wú)人值守礦井提升機(jī)技術(shù)在立井箕斗得到了大量應(yīng)用，無(wú)人值守提升機(jī)控制系統(tǒng)如圖 8 所示。2016 版《煤礦安全規(guī)程》第四百二十八條規(guī)定“自動(dòng)化運(yùn)行的專(zhuān)用于提升物料的箕斗提升機(jī)，可不配備司機(jī)值守”。通過(guò)Profinet 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)控制，使提升機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)、加速、減速和停車(chē)功能。該系統(tǒng)不僅減少了勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了立井箕斗提升機(jī)無(wú)人值守，而且采用傳感器和數(shù)字式視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)進(jìn)行全面診斷并預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)預(yù)警及信號(hào)故障的準(zhǔn)確、快速反應(yīng)。
圖8 無(wú)人值守提升機(jī)控制系統(tǒng)
2.3.2 副井無(wú)人值守提升機(jī)
隨著智慧礦山的發(fā)展，無(wú)人值守提升機(jī)不僅用于主立井箕斗，在非煤礦山斜井箕斗及副立井罐籠提升中也逐步開(kāi)始使用。副井提升控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，需要考慮的問(wèn)題比較多，如規(guī)程規(guī)范、提升任務(wù)種類(lèi)、井下設(shè)備、安裝環(huán)境、生產(chǎn)管理等。新版《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定礦山企業(yè)可以只設(shè)跟罐信號(hào)工，不再?gòu)?qiáng)調(diào)井筒中段必須設(shè)置信號(hào)工和井口總信號(hào)工。同時(shí)還規(guī)定提升機(jī)操作員不必在提升機(jī)房進(jìn)行提升操作，也可以在集中控制室控制提升機(jī)的運(yùn)行。這些規(guī)定為無(wú)人值守技術(shù)在副井的應(yīng)用提供了政策支持。
副井無(wú)人值守系統(tǒng)的核心是智能罐籠、智能搖臺(tái)和安全門(mén)的智能檢測(cè)，罐簾門(mén)和阻車(chē)器的控制及檢測(cè)。其中智能罐籠由自動(dòng)感應(yīng)照明系統(tǒng)、電梯式面板裝置、人臉識(shí)別系統(tǒng)、語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)、高清視頻系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)組成。
提升機(jī)房智能化無(wú)人值守系統(tǒng)、副井電梯式無(wú)人值守操車(chē)控制系統(tǒng)及主井無(wú)人值守裝卸載控制系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)和上提升系統(tǒng)綜合集控中心組成了全礦山提升機(jī)信息化系統(tǒng)。
無(wú)繩提升機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
隨著礦山特別是非煤礦山開(kāi)采深度的增加，單繩纏繞式提升機(jī)鋼絲繩自重越來(lái)越大，有效提升載荷小、提升效率低的問(wèn)題越來(lái)越突出。采用摩擦式提升機(jī)能解決單繩提升機(jī)鋼絲繩自重過(guò)大的問(wèn)題，但受到尾繩質(zhì)量大的影響，會(huì)造成鋼絲繩應(yīng)力幅急劇變化。當(dāng)應(yīng)力幅超過(guò) 11.5%，鋼絲繩壽命急劇降低，因此，鋼絲繩自重已經(jīng)成為制約深井提升的主要因素，造成多繩摩擦提升機(jī)在超深井中的應(yīng)用受到限制。多繩纏繞式提升機(jī)多用于金礦等產(chǎn)量較小的礦井。在超深井中采用標(biāo)準(zhǔn)礦井提升機(jī)進(jìn)行分段開(kāi)采，在技術(shù)方面沒(méi)有問(wèn)題，但每段礦井都需要一套獨(dú)立的提升機(jī)，生產(chǎn)和管理成本明顯增大，并且提升效率降低。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)滾筒帶動(dòng)鋼絲繩牽引貨物的提升系統(tǒng)已難以滿(mǎn)足深井運(yùn)輸?shù)男枨?，無(wú)繩礦井提升機(jī)會(huì)隨著井深的增加而顯得越來(lái)越重要。
永磁直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)由于響應(yīng)速度快，定位精度高，提升高度不受限制而成為無(wú)繩提升機(jī)的理想動(dòng)力源及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。20 世紀(jì) 90 年代初，國(guó)外首次提出了“直線(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的垂直運(yùn)輸系統(tǒng)”的構(gòu)想，并開(kāi)始理論和試驗(yàn)研究，主要包括高層建筑電梯和礦井提升系統(tǒng)兩個(gè)方面的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)河南理工大學(xué)、浙江大學(xué)、太原理工大學(xué)都進(jìn)行了相關(guān)研究。
無(wú)繩提升機(jī)采用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，因不受礦井深度的影響，顯示出了獨(dú)特的優(yōu)越性。深井提升是未來(lái)我國(guó)礦山提升的主要組成部分，但國(guó)內(nèi)無(wú)繩提升機(jī)的研究尚處于起步階段，其技術(shù)還不成熟，需要各有關(guān)高校、研究院及制造企業(yè)加大投入，盡早實(shí)現(xiàn)其在礦山的商業(yè)運(yùn)行。無(wú)繩提升機(jī)如圖 9 所示。若干個(gè)電動(dòng)機(jī)定子均勻安裝在提升井筒導(dǎo)軌架上，帶有負(fù)載的提升容器與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為一體機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁體構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)定子通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)沿著電動(dòng)機(jī)定子的安裝方向垂直運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)提升容器相對(duì)于井筒導(dǎo)軌進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)在井筒上下運(yùn)行的目的。
圖9 無(wú)繩提升機(jī)
1.井筒導(dǎo)軌架 2.電動(dòng)機(jī)定子 3.制動(dòng)裝置 4.提升容器 5.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 (永磁體)
無(wú)繩提升機(jī)采用定子線(xiàn)圈分段供電模式，只給需要使用的定子線(xiàn)圈短時(shí)通電。其優(yōu)點(diǎn)是作為轉(zhuǎn)子的永磁體體積和自重較小，垂直提升有效載荷大、利用率高、永磁體防護(hù)簡(jiǎn)單、維修方便等；缺點(diǎn)是有多少段電動(dòng)機(jī)定子，就需要多少段供電切換裝置。
前景展望
礦井提升機(jī)應(yīng)堅(jiān)持目標(biāo)及問(wèn)題導(dǎo)向，以開(kāi)發(fā)智能礦井提升機(jī)為目標(biāo)。節(jié)能環(huán)保、無(wú)人化和智能化是礦井提升機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。
(1) 節(jié)能環(huán)保 提升機(jī)必須以節(jié)能環(huán)保為主要發(fā)展方向。永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)礦井提升機(jī)由于其顯著的節(jié)能特點(diǎn)會(huì)得到快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)在此方面也已取得了重大進(jìn)展，未來(lái) 1 MW 以上功率的永磁直驅(qū)提升機(jī)是研究的重點(diǎn)。
(2) 智能控制 為響應(yīng)國(guó)家智慧礦山、智能煤礦建設(shè)的相關(guān)要求及滿(mǎn)足礦山企業(yè)發(fā)展的需求，負(fù)載自適應(yīng)、力矩自調(diào)整、柔性無(wú)沖擊、無(wú)人值守智能礦井提升機(jī)是提升機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。提升機(jī)自動(dòng)化及信息化技術(shù)需要結(jié)合當(dāng)前快速發(fā)展的人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使得提升機(jī)產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和管理等向信息化、智能化方向發(fā)展。
(3) 智能運(yùn)維 構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的提升機(jī)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)控云平臺(tái)，改變“一機(jī)一平臺(tái)”的信息孤島狀況。對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信息傳輸，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、礦山用戶(hù)和管理部門(mén)信息的實(shí)時(shí)共享。
(4) 超深井用大型提升機(jī) 隨著我國(guó)礦山向大型化、高產(chǎn)化方向快速發(fā)展，開(kāi)采深度在 1 200 m 以上的礦井越來(lái)越多，超深井用大型提升機(jī)已成為我國(guó)礦山企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的方向。
結(jié)語(yǔ)
電力電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為礦井提升機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)，如永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)采用了永磁電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，新型電液制動(dòng)利用了伺服直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)，無(wú)人值守則依托智能傳感器及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無(wú)繩提升機(jī)則依靠同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)及智能控制技術(shù)。礦井提升機(jī)已經(jīng)由一個(gè)集機(jī)械、液壓和電氣復(fù)合的技術(shù)裝備發(fā)展為集高端電動(dòng)機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高科技產(chǎn)品。永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)、新型電液制動(dòng)提升機(jī)、無(wú)人值守提升機(jī)、無(wú)繩提升機(jī)也會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用，柔性、自適應(yīng)智能礦井提升機(jī)已見(jiàn)雛形，提升機(jī)新技術(shù)會(huì)迭代更新，迎來(lái)前所未有的發(fā)展新時(shí)代。
引文格式：
[1]趙瑞峰.礦井提升機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用研究及展望.[J].礦山機(jī)械,2021,49(4):1-6.
圖10 中礦傳動(dòng)礦井提升控制系統(tǒng)使用現(xiàn)場(chǎng)
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