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为超深矿井研发“一种高效新型提升装备”

    随着全球资源和能源的日益紧缺以及经济社会发展对矿物资源的需求快速上升,向地球更深处寻找矿物资源、在更大范围内展开地球深部矿物的勘探开发,已成为包括我国在内的许多国家发展的重要战略选择。
    我国煤炭总量80%以上来自井下开采,目前大多数煤井都是深至地下500-800米的浅井,而我国煤炭资源埋藏深度在1000-2000米的约占总储量的53%。随着开采深度的增加,遇到的技术“短板”日益凸显。我国在使用深度超过1000米的超深井大型提升装备领域的研究起步较晚,严重制约了我国深部资源开发利用战略的实施。
    嘉博国际娱乐机械股份有限公司主持承担的国家973计划“超深井大型提升装备设计制造及安全运行的基础研究”项目,针对国家对深部资源开发的迫切需求,直面超深井、高效率、高安全等科学挑战,突破矿井提升装备理论和技术制约,对超深矿井多绳多层缠绕提升机设计理论及关键技术开展了系统深入的研究,并取得了一系列重要突破。
    项目建立了多绳多层缠绕提升系统动力学耦合模型,形成了时变柔性提升系统冲击与抑制方法;掌握了多层缠绕变形失谐机理,建立了缠绕空间运动耦合稳定理论;揭示了非定常工况下提升系统失稳机理,提出了张力协调控制方法;建立了基于多源信息融合的提升运动同步状态模型,揭示了提升、制动、罐道等典型故障机理。研制了多绳缠绕提升模拟试验台和并行驱动试验台,验证了上述理论。
    开发了超深井多绳缠绕提升系统结构型谱、非对称平行折线绳槽、高功率密度多通道恒减速智能电液制动系统;发明了钢丝绳张力主动调节装置、基于排绳外轮廓检测的排绳故障识别系统、基于多传感器融合的提升容器位置高精度连续检测系统;形成了超深矿井多绳多层缠绕提升系统设计技术、多目标协调安全运行控制技术、全状态智能感知与无人值守技术。
    针对超深井提升机高速重载、惯量巨大的情况,开发了TP1-125kN盘形制动器和TP1-150kN双油缸盘形制动器,具有单位体积内制动力大、制动平稳、结构紧凑、密封性好等优点,在同等制动力条件下,制动器体积降低30%,满足超深井高速重载提升系统的制动需求。开发了基于目标制动力反馈系统的恒减速智能电液制动系统,研制多通道电液制动系统,相互热备且具有100%的修复能力。采用模块化设计理念研制了超深井提升机多通道电液制动系统,由三联闸控柜、多通道液压站和制动器工作装置等组成,大限度减小了制动器体积,实现了高功率制动器的电液系统安全冗余与恒减速控制的平顺性。智能闸控系统采用全方位覆盖的安全控制理念和故障监控措施,实现全工况下提升系统和制动系统状态的全面监控。完全满足超深井矿物的高效、经济、安全提运要求。
    针对超深井提升机高速重载、惯量巨大的安全要求高的情况,开发了重力下放系统,当出现全矿停电、电机故障等事故,人员或者容器困于井中,装置可以利用提升机提升与下放侧的不平衡力,将被困人员或容器移动到安全工作面,避免发生恶性事故。
    项目研究成果为超深井提升系统设计和安全运行提供了基础理论,具有重要的工程应用价值。

              


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