矿山立井超深距离大载重提升系统及其配重分配方法与流程

本发明涉及一种矿山立井提升系统，尤其是一种矿山立井超深距离大载重提升系统及其配重分配方法，属于矿井提升技术领域。

背景技术：

矿山立井提升系统由于运行过程中的钢丝绳长度变化以及装卸载过程中载重值变化会造成应力波动现象，以及摩擦轮防滑安全系数的要求，限制了矿井生产中所能提升的深度以及单次所能装载运输的载重，这样使得矿井中煤炭的生产效率不高，且由于钢丝绳所能承受的应力循环次数有限，应力波动较大会造成提升系统的安全性较低，不利于矿井的安全高效生产。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种矿山立井超深距离大载重提升系统及其配重分配方法，能实现超深距离以及大载重运输且不会在系统运行过程中产生过大的应力波动。

本发明解决其技术问题采用的第一技术方案是：一种矿山立井超深距离大载重提升系统，包括提升钢丝绳、设置于井筒上部的摩擦轮、导向轮以及设置于井筒内部的配重、容器和平衡绳，若干根提升钢丝绳的每根均绕经导向轮和摩擦轮，最终两端分别与容器和配重的上端相连接，而容器和配重的下端通过平衡绳连接形成闭合系统；还包括左复绕轮和右复绕轮，二者相对于摩擦轮的中心左右对称布置，而其前后位置是相对错开的，左复绕轮和右复绕轮的水平高度一致且高于摩擦轮；导向轮由左导向轮和右导向轮构成，二者水平高度一致且低于于摩擦轮；左导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器的重心悬吊点，右导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重的重心悬吊点；容器上端连接的左侧采用复绕结构的提升钢丝绳依次向上绕经左导向轮、左复绕轮、摩擦轮、左复绕轮和摩擦轮之后，经由右导向轮，另一端连接至位于井筒右侧的配重的上方；配重上端连接的右侧采用复绕结构的提升钢丝绳依次向上绕经右导向轮、右复绕轮、摩擦轮、右复绕轮和摩擦轮之后，经由左导向轮，另一端连接至容器的上方。

第二技术方案是：一种矿山立井超深距离大载重提升系统，包括提升钢丝绳、设置于井筒上部的摩擦轮、导向轮以及设置于井筒内部的配重、容器和平衡绳，若干根提升钢丝绳中的每根均绕经导向轮和摩擦轮，最终两端分别与容器和配重的上端相连接，而容器和配重的下端通过平衡绳连接形成闭合系统，所述的导向轮由左导向轮和右导向轮构成，二者水平高度一致且低于摩擦轮；左导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器的重心悬吊点，右导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重的重心悬吊点；提升钢丝绳向依次绕经左导向轮、摩擦轮和右导向轮。

第三技术方案是：一种矿山立井超深距离大载重提升系统，包括提升钢丝绳、设置于井筒上部的摩擦轮和导向轮以及设置于井筒内部的配重、容器和平衡绳，若干根提升钢丝绳中的每根均绕经导向轮和摩擦轮，最终两端分别与容器和配重的上端相连接，而容器和配重的下端通过平衡绳连接形成闭合系统，所述的导向轮为一个左导向轮，其水平高度低于摩擦轮；左导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器的重心悬吊点；提升钢丝绳绕经左侧导向轮与摩擦轮。

第四技术方案是：一种矿山立井超深距离大载重提升系统，包括提升钢丝绳、设置于井筒上部的摩擦轮和导向轮以及设置于井筒内部的配重、容器和平衡绳，若干根提升钢丝绳中的每根均绕经导向轮和摩擦轮，最终两端分别与容器和配重的上端相连接，而容器和配重的下端通过平衡绳连接形成闭合系统；所述的导向轮为一个右导向轮，其水平高度低于摩擦轮；右导向轮与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重的重心悬吊点；提升钢丝绳绕经摩擦轮与右导向轮。

第五技术方案是：一种基于技术方案1至4任一项矿山立井超深距离大载重提升系统的配重和平衡绳的重量计算方法，包括如下步骤：

已知容器中的载重值、提升钢丝绳绳重以及提升高度，则：

mv＝mz+0.5m，

其中，mv为配重质量，mz为容器质量，m为装载质量，n1为提升钢丝绳的根数，n2为平衡尾绳的根数，ρ1为提升钢丝绳的单位长度质量，ρ2为平衡尾绳的单位长度质量，h为提升高度。

相比现有技术，本发明的一种矿山立井超深距离大载重提升系统及其配重分配方法，首先，第一技术方案通过在高于摩擦轮水平高度的左右两侧均设置有复绕轮，用于使绕过摩擦轮的每根提升钢丝绳均能绕经两次复绕轮，以增大摩擦轮的围包角，能够有效增大所能装载的载重值，并且向上有一定倾角的复绕轮能减缓摩擦轮竖直向下的力以及水平方向所受的力。同时第五技术方案通过合理的配重值能减小系统中的应力波动，在一定程度上延缓了提升钢丝绳的寿命，并提高了提升系统的工作效率。其次，还通过在第一技术方案提升系统基础上退化复绕轮后形成适用于井筒较小(此处的较小，是与第一技术方案相比，这时的井筒直径略小于摩擦轮直径)且运输载重较小情况的第二技术方案的提升系统结构；进而还在第二技术方案的基础上再分别退化掉右导向轮和左导向轮后，形成了较第二技术方案结构所适用的井筒横截面积更大(此时的井筒直径与摩擦轮直径大致相等)而所运输载重相同的第三技术方案和第四技术方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一技术方案对应实施例的结构示意图。

图2是图1中钢丝绳左侧采用复绕结构的结构示意图。

图3是图1中钢丝绳右侧采用复绕结构的结构示意图。

图4是本发明第一技术方案对应实施例中容器与配重在井筒中的相对位置图。

图5是本发明第二技术方案对应实施例的结构示意图。

图6是本发明第三技术方案对应实施例的结构示意图。

图7是本发明第四技术方案对应实施例的结构示意图。

图中，110、210、310、410、摩擦轮，121、左复绕轮，122、右复绕轮，131、231、331、左导向轮，132、232、432、右导向轮，140、240、340、440、提升钢丝绳，150、250、350、450、配重，160、260、360、460、容器，170、270、370、470、平衡绳，180、280、380、480、井筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在图1至图4所示第一实施例中，对应本发明的第一个技术方案，该矿山立井超深距离大载重提升系统包括若干根提升钢丝绳、设置于井筒180上部的一个摩擦轮110、一个左复绕轮121、一个右复绕轮122、一个左导向轮131和一个右导向轮132以及设置于井筒180内部的一个配重150、一个容器160和若干根平衡绳170。左复绕轮121和右复绕轮122相对于摩擦轮110的中心左右对称布置，而其前后位置相对错开，左复绕轮121与右复绕轮122的水平高度一致且高于摩擦轮110；左导向轮131和右导向轮132水平高度一致且低于摩擦轮110；位于容器160同侧上方的左导向轮131与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器160的重心悬吊点，而位于配重150同侧上方的右导向轮132与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重150的重心悬吊点。

如图1所示，该提升系统中每根提升钢丝绳均会绕经左导向轮131、右导向轮132、摩擦轮110以及左复绕轮121或右复绕轮122，最终两端分别与容器160和配重150的上端相连接，而容器160和配重150的下端通过平衡绳170进行连接形成闭合系统。

如图2所示，为该方案提升系统中的提升钢丝绳左侧采用复绕的结构，与位于井筒180左侧的容器160上端连接的提升钢丝绳依次向上绕经左导向轮131、左复绕轮121、摩擦轮110、左复绕轮121、摩擦轮110之后，经由右导向轮132，另一端连接至位于井筒180右侧的配重150的上方，提升系统中容器160与配重150的下端通过平衡绳170进行连接，形成闭合系统。

如图3所示，为该方案提升系统中的提升钢丝绳右侧采用复绕的结构，与位于井筒180右侧的配重150上端连接的提升钢丝绳依次向上绕经右导向轮132、右复绕轮122、摩擦轮110、右复绕轮122和摩擦轮110之后，经由左导向轮131，另一端连接至位于井筒180左侧的容器160的上方；提升系统中容器160与配重150的下端通过平衡绳170进行连接，形成闭合系统。

如图4所示，给出了该方案提升系统中容器160与配重150在井筒180中的相对位置，这时提升钢丝绳的数量取6个，平衡绳170的数量与其一致即可，但不限于此，还可以是其他任意数值。

该实施例具体有益效果表现如下：在摩擦轮110的左右两侧对称布置复绕轮，增大了摩擦轮110的围包角，从而在保证摩擦轮110不打滑的情况下增大了所能提升的载重值；同时高于摩擦轮110水平面的复绕轮保证钢丝绳缠绕时向上形成一定的倾角，减缓摩擦轮110竖直向下的力，以及减缓了水平方向所受的力；另外在容器160的对应侧采用配重150，合理地加载配重值，能够适当的减小系统运行中产生的应力波动。

在图5所示的第二实施例中，对应本发明的第二个技术方案，是图1所示的提升系统中复绕轮退化后的提升系统结构，适用于小载重的情况，即适用于与第一技术方案相比较小的井筒280，这时的井筒280直径略小于摩擦轮210直径，且运输载重较小。该矿山立井超深距离大载重提升系统包括若干根提升钢丝绳、设置于井筒280上部的一个摩擦轮210、一个左导向轮231和一个右导向轮232以及设置于井筒280内部的一个配重250、一个容器260和若干根平衡绳270，左导向轮231和右导向轮232水平高度一致且低于摩擦轮210；位于容器260同侧上方的左导向轮231与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器260的重心悬吊点，而位于配重250同侧上方的右导向轮232与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重250的重心悬吊点；提升钢丝绳向依次绕经左导向轮231、摩擦轮210和右导向轮232；而容器260和配重250的下端通过平衡绳270进行连接形成闭合系统。

在图6所示的第三实施例中，对应本发明的第三个技术方案，为图5所示的提升系统中右侧导向轮退化后的提升系统结构，这种结构所适用的井筒380横截面积相较于图5所示结构对应的井筒380大(此时的井筒380直径与摩擦轮310直径大致相等)而所运输载重相同，仅有提升钢丝绳左侧需要导向轮进行导向。该矿山立井超深距离大载重提升系统包括若干根提升钢丝绳、设置于井筒380上部的一个摩擦轮310、一个左导向轮331以及设置于井筒380内部的一个配重350、一个容器360和若干根平衡绳370；左导向轮331和的水平高度低于摩擦轮310；导向轮为一个左导向轮331，其水平高度低于摩擦轮310；位于容器360同侧上方的左导向轮331与提升钢丝绳接触的水平位置对应容器360的重心悬吊点；提升钢丝绳绕经左侧导向轮与摩擦轮310。

在图7所示的第四实施例中，对应本发明的第四个技术方案，为图5所示的提升系统中左侧导向轮退化后的提升系统结构，这种结构所适用的井筒480横截面积与图5所示结构对应的井筒480相同，不同之处仅在于导向轮设置在摩擦轮410的不同侧。该矿山立井超深距离大载重提升系统包括若干根提升钢丝绳、设置于井筒480上部的一个摩擦轮410、一个右导向轮432以及设置于井筒480内部的一个配重450、一个容器410和若干根平衡绳470；右导向轮432和的水平高度低于摩擦轮410；导向轮为一个右导向轮432，其水平高度低于摩擦轮410；位于配重450同侧上方的右导向轮432与提升钢丝绳接触的水平位置对应配重450的重心悬吊点；提升钢丝绳绕经摩擦轮410与右导向轮432。

对于本发明各实施例个技术方案中的提升系统，基于已知的容器140、240、340、410中的载重值、提升钢丝绳绳重以及提升高度，来设置容器140、240、340、410相对侧的配重150、250、350、450的重量。配重150、250、350、450与平衡绳170、270、370、470重量的确定方法为：

主要是通过保证提升过程中容器140、240、340、410上方和配重上方刚好绕过摩擦轮410的截面的张力波动值相同来确定配重的重量；而平衡绳170、270、370、470的重量是通过计算容器140、240、340、410上方刚好绕过摩擦轮410的截面与刚好不绕到摩擦轮410上的截面的张力波动，保证这两个截面最大张力波动值相同来确定，具体配重150、250、350、450和平衡绳170、270、370、470的重量满足：

mv＝mz+0.5m

其中，mv为配重质量，mz为容器质量，m为装载质量，n1为提升钢丝绳140、240、340、440的根数，n2为平衡尾绳的根数，ρ1为提升钢丝绳140、240、340、440的单位长度质量，ρ2为平衡尾绳的单位长度质量，h为提升高度。

其中，mv为配重质量，mz为容器质量，m为装载质量，n1为提升钢丝绳的根数，n2为平衡尾绳的根数，ρ1为提升钢丝绳的单位长度质量，ρ2为平衡尾绳的单位长度质量，h为提升高度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。