大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用1

大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用内蒙能源长城三号（沙章图）煤矿第一部分•大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用任务书二0一二年重大科技项目计划任务书•1、主要研究内容：•沙章图矿井设计能力500万吨/年，提升设备为一台φ5×6塔式摩擦轮提升机，主井井筒深度大（主井755米），鉴于主立井提升箕斗为42T，吨位大、提升机直径大和绳数较多、电机功率大（6000KW）、井筒较深、控制系统复杂，以及煤、矸分运时尽量缩短转换时间，和防止装矸时大冲击力对系统安全运行的影响等，并考虑到本矿具备产能达800万t/a的能力，为此对主立井提升的安全、可靠性要求较高，需达到国际先进水平才能担当此任。主提升设备选型是否科学，对今后矿井生产建设影响巨大，发挥设备的最大效率，为矿井安全、高效生产提供保障。2.项目实施方案•比较分析各种方案，结合矿井提升能力、气候特点、工作要求等，按照技术上先进、经济上合理，生产上适用的原则，以及可行性、维修性、操作性等要求，进行多方调查和分析比较，确定最佳方案，并科学使用，完成主提升设备选型，确定施工方案，并指导施工。3、项目创新点（关键技术、特点、技术的先进性）•主提升设备选型技术方案经多方面比较，国内各生产厂家与国外国外公司的技术特点为：•在材质方面：•（1）国外厂家的主轴采用CK35(德国标准)锻钢，优于国内提升机所用的45钢；•（2）摩擦轮和制动闸盘采用ST5223(德国标准)钢,优于国内提升机所用的16Mn钢。•在结构和加工工艺方面：（1）国外产品的主导轮采用全焊接整体结构，使得结构简单、重量轻，便于加工和调整。•（2）摩擦衬垫为双绳槽斜楔式结构，配有拨绳装置实现两槽交替工作，衬垫使用寿命长，摩擦系数高且稳定，并采用特殊的燕尾槽斜线分开楔块结构，便于安装。在液压制动方面：•国外的恒减速液压站采用的是集成式阀组，其结构紧凑并对回油进行连续过滤监测，闸控系统具有自测试、自诊断、基本上能实现免维护，与电控系统配合能实现恒减速制动、恒力矩制动的自动转换，使得在紧急状态下的制动更准确、平稳和安全。在电控方面：•国内厂家多采用交－交变频传动系统，其主电路拓扑结构较复杂，功率元件数量和供电辅助设备较多，变压器容量大台数多，占地面积大；功率因数很低，无功冲击大，运行时产生较大的高次谐波。而国外厂家采用的交流变频传动系统采用交-直-交变频传动，所具有的低谐波、低电压降、低损耗，适用质量差的电网，和无需滤波器来校正功率因数和谐波抑制，无需熔断器，变压器数目减少，变压器功率减小等诸多优点。•提升机作为矿井的咽喉其安全性、可靠性要求非常高，在大型提升机传动系统中，采用ABB（ACS600）三电平交-直-交变频装置是主流方向。在控制系统方面：•国外提升机控制系统都是选用功能强大且专用的控制器（小型DCS）。4.技术、经济指标（经济效益和社会效益两方面）•经调研在技术、经济指标方面相比较，国外厂家生产的提升设备系统具备以下几点：•1、经分析本矿井型较大，且提升载荷大、速度高，从设备性能，投资，性价比角度比较，国外厂家生产的提升设备系统无论从技术能力方面还是售后服务方面都优于国内生产厂家。•2、虽同规格的提升机主机，引进比国产的价格高，但考虑到其国外提升系统的低故障率、低维修率，及其技术的先进性，以及近年国内同类矿井主提升机的配置情况，不论是从其技术方面，还是经济效益方面考虑，国外引进的提升机都优于国产提升机。•3、国外引进的提升设备，达到了国际先进水平。5.达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景•经多方论证国内同类矿井主提升机生产厂家与国外厂家的产品相比，在产品开发理念、设计标准、三维设计手段、加工工艺、材质的选用上都有一定的技术差距。•经调研在同等条件的矿井中采用国外的主提升设备方案有着广泛的推广和应用价值。第二部分大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用工作技术报告•1绪论1.1项目建设背景•内蒙古西部矿区沙章图矿井设计能力500万吨/年，主井提升设备为一台φ5×6塔式摩擦轮提升机，主井井筒深度大（主井755米），鉴于主立井提升箕斗为42吨，吨位大、提升机直径大和绳数较多、电机功率大、井筒较深、控制系统复杂，以及煤、矸分运时尽量缩短转换时间，和防止装矸时大冲击力对系统安全运行的影响等，并考虑到本矿具备产能达800万t/a的能力，为此对主立井提升的安全、可靠性要求较高，需达到国际先进水平才能担当此任。主提升设备选型是否科学，对今后矿井生产建设影响巨大，发挥设备的最大效率，为矿井安全、高效生产提供保障。1.2概述•沙章图井田位于内蒙古自治区鄂托克前旗西约70km处，地处内蒙古自治区与宁夏回族自治区接壤地带，行政区划隶属鄂托克前旗新上海庙镇管辖。矿井设计生产能力5.0Mt/a。•主立井担负矿井提升煤炭任务。井口轨面标高+1248m，地面卸载标高+1266.3m，井底装载点标高+533.25m，提升高度744.4m。采用一对42t多绳提煤箕斗。•工作制度为年工作日330d，四班作业，其中三班工作，一班检修，每天作业时间不超过16h。•主立井提升系统的设备包括：提升设备机械、提升设备电气、装卸载自动化及提升信号通讯装置三大部分。2使用条件和基础数据•气象条件•气候类型：本区属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季严寒，夏季酷热，昼夜温差悬殊。•气温：年最高气温41.4℃，最低气温-28℃。•风向风速：最大风力达8级，一般为4～5级，多为北及西北风，春季时有沙尘暴天气。工程地质条件•本区位于毛乌素沙漠西南边缘，地形低缓平坦，起伏不大，东高西低。冰冻期自每年10月下旬至翌年3月下旬，最大冻土深度为1.09m。•地震烈度：抗震设防烈度为Ⅷ度，基本地震加速度为0.20g。井筒布置•主立井井筒直径Φ6.0m，两个箕斗在井筒中的布置中心线距离2.5m。3主井提升机机械设备选型•选型依据•提升容器采用一对外动力卸载式42t多绳提煤箕斗,井下装载方式为立式定量斗，最大提升高度744.4m。提升容器自重（包括首、尾绳悬挂装置等）63000kg，两个箕斗在井筒中的布置中心线距离2.5m。设计参数•提升设备提升速度：•正常最大提升速度13.09m/s•验绳速度0.3～0.5m/s•检查井筒不超过2m/s•正常提升主加速度：0.7m/s2•正常提升主减速度:0.7m/s2提升机控制方式•－自动控制•－手动控制•－检修运行方式•－紧急控制方式提升机主要参数•名称参数•提升机套数1•布置形式塔式•摩擦轮直径（m）5.0•导向轮直径（m）5.0•提升钢丝绳根数6•绳间距（mm）300•最大静张力（kN）1800•允许最大静张力差（kN）540•衬垫比压（MPa）≥2•衬垫摩擦系数≥0.25（采用进口摩擦衬垫）•提升机运行时的噪音（dB）≤854主井提升机电气设备选型•选型依据•提升机电气设备根据所提供的电网资料及电气设备安装处的环境条件进行设计制造。提升机的运行方式：•装、卸载站分别完成装、卸各道工序后，由控制系统发出开车信号，提升机按设计的速度图自动起动、运行、减速、爬行、停车，无须人工操作。增加的闭锁按钮相当于半自动操作，若闭锁按钮按下，提升机接到开车信号后，只能处于等待状态，只有绞车司机解除闭锁后，提升机才能自动运行。紧急操作•提升主电机的定子回路由两个定子绕组构成，由变频器内的两个逆变单元分别驱动，当变频器内两个整流单元，逆变单元或整流变压器中的任意一个不工作的情况下，把电机的两个原来分别由两个逆变单元所带的定子绕组改为以串联的方式连接起来，由可以正常工作的逆变单元驱动，进行全载半速运行，以保证生产的连续性。这可以通过转换开关来完成，手动操作开关拥有机电操作联锁装置和用以指示位置的辅助触点，只有当开关在正确的位置时，提升机才可以以一个或者两个逆变器来操作。另外，故障侧的高压断路器将自动断开。•控制及监控系统出现局部故障时，提升系统能用手动应急方式(速度限定在2m/s以内)完成本次提升。远程诊断服务系统•远程诊断服务系统（RDS）是通过应用互联网技术及当今先进的IT技术，由工程师通过互联网远程访问用户现场的设备，实现对用户设备的快速的专家服务，解决用户设备出现的故障或远程对用户设备进行维护。5提升设备选型技术方案比较与研究应用•选型方案比较•现场调研后，考察组经过讨论对国内外提升方案做了比较：•1、本矿主立井提升不仅要担负提煤任务，还要担负提升矸石的任务，提升箕斗吨位大、提升机直径大、电机功率大、井筒较深、控制系统复杂，要求提升设备的自动化水平高。•2、考虑到矿井生产要具备达到800万t/a的提升能力，且提煤出口只有一个，因此就要求提升设备安全可靠，维护量低，以尽量减少设备对矿井生产能力的影响。国产提升设备这几年虽然在研发、加工制造水平有所提高，但比起国外同类产品上还是有一定的差距。•3、由于本矿所处地区为沙漠，冬季寒冷，气候条件较为恶劣，要求提升机液压制动系统质量较高，国外高水平的提升机设计水平能够在液控系统上给予相应的技术支持，产品可靠性更高。••4、ABB公司能够成套供应提升机机械系统和电控系统，能够提供一站式服务和配件供应。西马格公司只提供提升机机械部分，因西马格公司和西门子公司同为德国公司，因此国内矿井使用德国产品多为联合提供，西马格提供机械和闸控部分，西门子提供电动机和电控系统，在安装调试和设备维护方面，需要两个厂家进行协调，易产生扯皮现象，故在产品售后服务环节上ABB公司少于德国两家公司。•5、考虑到新矿集团（以新巨龙公司为代表）矿井多使用ABB公司产品，积累了使用经验，且内蒙古能源公司上海庙矿区周边矿井使用ABB公司产品较多，因此在对提升机的使用上更加容易沟通，维护上更加熟练，经验可互相交流和借鉴。另外由于周边矿井使用ABB公司产品多，因此在售后服务上也更加便捷。••6、高河矿井主、副井提升设备运行三年只是在变频器模块上损坏过一次，但副井（ABB公司）一天就更换好，而主井（西门子）三天才更换好，主要原因是西门子电控设备配套购买ABB公司变频器。•7、ABB公司中国总部设在北京，技术力量雄厚。故障诊断方面，可通过远程在线诊断技术，ABB专家可以在办公室为千里之外的现场进行系统的故障分析诊断。在技术培训方面，专门开发了针对提升机系统的培训课程，确保培训目标更加明确，培训效果更具有实际应用性。备品备件方面，ABB全球服务部及各备品备件配送中心唯一授权在中国进行备品备件销售的组织机构，可减少因缺少备件而造成的停车时间。6结论•沙章图矿井提煤出口只有一个，而且要具备达到800万t/a的提升能力，运能大，因此就要求提升设备安全可靠，提升设备的自动化水平高，以确保矿井的生产能力，再加上本矿所处地区冬季寒冷，气候条件较为恶劣，要求提升机液压制动系统质量高。•为了确保矿井的提升能力沙章图主井提升设备采用全套进口ABB设备。第三部分•《大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用》可行性报告最佳提升方案的确定•以科学理论为基础，比较分析各种方案，结合矿井提升能力、气候特点、工作要求等，按照技术上先进、经济上合理，生产上适用的原则，以及可行性、维修性、操作性等要求，进行了调查和分析比较，确定了最佳方案为采用进口大功率深井主提升设备。完成主提升设备选型，确定施工方案•根据沙章图矿井设计能力，主井井筒深度箕斗吨位、提升机直径大和绳数、电机功率、控制系统，以及煤、矸分运时尽量缩短转换时间，和防止装矸时大冲击力对系统安全运行的影响等，并考虑到本矿具备产能达800万t/a的能力，分别对提升机机械和电控部分做了详细选型设计。•主提升设备选型是否科学，对今后矿井生产建设影响巨大，发挥设备的最大效率，为矿井安全、高效生产提供保障。•现场大量的生产实践说明，ABB公司大功率深井主提升设备，能够发挥设备的最大效率，为矿井安全、高效生产提供保障。•总之，本项目取得的研究成果不仅具有实际应用价值，而且具有广阔的推广应用价值。第四部分•《大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究应用》经济效益分析报告一、大功率深井主提升设备选型技术方案比较与研究达到的具