一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统及方法与流程

本发明涉及一种矿井多绳提升装置，具体涉及一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统及方法，属于矿井提升技术领域。

背景技术：

多绳摩擦提升系统是一种应用于煤炭、金属、化工等矿山开采的提升系统，主要用于竖井、斜井中提升矿物、设备、升降人员。而随着超深立井提升系统的发展，多绳摩擦提升系统越来越广泛地被应用于大载重煤炭的运输，提升钢丝绳在实际运行过程中，不仅要承受静载荷，还要承受冲击载荷，冲击载荷的大小受初始激发条件的控制一般可达到正常静载荷的数倍，且随着立井深度的增加，当井深超过1700m时，由于尾绳重量的变化，在钢丝绳与提升容器的连接处出现应力波动较大，尤其当深度达到2000m左右时，运行过程中首绳的自重加上载重变化造成的张力波动，从而导致终端载重的有效载荷很小甚至降为零，因此普通多绳摩擦提升系统无法适用于超深立井。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统及方法，有效解决现有多绳提升系统在提升深度极限内有效载荷极小甚至为零的局限性，避免由于系统循环运行中的载重变化造成的张力波动值，增加提升系统在提升深度极限下的有效载荷。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统，包括首绳驱动装置、首绳、提升容器、尾绳，首绳绕过首绳驱动装置，且在首绳的末端分别连接两个提升容器的上端，两个容器的下端分别连接尾绳的两个末端，尾绳的绕绳端通过大载重预应力自适应系统控制应力的波动，所述的大载重预应力自适应系统设置在水平巷道内，包括尾绳左张紧系统、尾绳右张紧系统以及尾绳驱动装置，尾绳左张紧系统包括左驱动轮和左导向轮组，尾绳右张紧系统包括右驱动轮和右导向轮组；连接在左侧提升容器下端的尾绳绕过左驱动轮和左导向轮组后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置；连接在右侧提升容器下端的尾绳绕过右驱动轮和右导向轮组后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置；尾绳驱动装置与首绳驱动装置的驱动方向相同。

进一步的，所述左导向轮组和右导向轮组均包括一个导向轮且分别位于左驱动轮和右驱动轮的上方，左驱动轮的进绳端与左侧提升容器的中心线处于同一垂直线，左驱动轮的出绳端与左导向轮组的进绳端处于同一垂直线，左导向轮组的出绳端与尾绳驱动装置上侧的进绳端处于同一水平线；右驱动轮的进绳端与右侧提升容器的中心线处于同一垂直线，右驱动轮的出绳端与右导向轮组的进绳端处于同一垂直线，右导向轮组的出绳端与尾绳驱动装置下侧的进绳端处于同一水平线。

进一步的，所述左导向轮组和右导向轮组均包括两个导向轮，两个左导向轮分别设在左驱动轮两侧的下方，两个右导向轮分别设在右驱动轮两侧的下方；左导向轮一的进绳端与左侧提升容器的中心线处于同一垂直线，左导向轮一的出绳端与左驱动轮的进绳端处于同一垂直线，左驱动轮的出绳端与左导向轮二的进绳端处于同一垂直线，左导向轮二的出绳端与尾绳驱动装置上侧的进绳端处于同一水平线；右导向轮一的进绳端与右侧提升容器的中心线处于同一垂直线，右导向轮一的出绳端与右驱动轮的进绳端处于同一垂直线，右驱动轮的出绳端与右导向轮二的进绳端处于同一垂直线，右导向轮二的出绳端与尾绳驱动装置下侧的进绳端处于同一水平线。

进一步的，所述左导向轮组包括两个导向轮，两个左导向轮分别设在左驱动轮两侧的下方，左导向轮一的进绳端与左侧提升容器的中心线处于同一垂直线，左导向轮一的出绳端与左驱动轮的进绳端处于同一垂直线，左驱动轮的出绳端与左导向轮二的进绳端处于同一垂直线，左导向轮二的出绳端与尾绳驱动装置上侧的进绳端处于同一水平线；

右导向轮组包括三个导向轮，右导向轮二和右导向轮三分别设在右驱动轮两侧的上方，右导向轮一设在右导向轮二和右导向轮三的右上方，右导向轮一的进绳端与右侧提升容器的中心线处于同一垂直线，右导向轮一的出绳端与右导向轮二的进绳端处于同一水平线，右导向轮二的的出绳端与右驱动轮的进绳端处于同一垂直线，右驱动轮的出绳端与右导向轮三的进绳端处于同一垂直线，右导向轮三的出绳端与尾绳驱动装置下侧的进绳端处于同一水平线。

进一步的，尾绳驱动装置两侧的尾绳张紧力分别为fa和fb，左驱动轮竖直方向上的张紧力和右驱动轮竖直方向上的张紧力分别为f和f，且设定f＝fa、f＝fb。

一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调方法，按如下步骤对尾绳驱动装置两侧的尾绳张紧力fa和fb进行调整：

第一步、给定fa和fb初始的fa0和fb0，其中fa0–fb0＝载重值＝mg。

第二步、当提升系统处于静止状态时：

(1)左侧底部装载，右侧顶部卸载的过程中：

左侧尾绳上的张紧力fa随着左侧装载，根据装载冲击力fazc，由fa0逐渐减小至faz1，直至装载完成，最后减小至faz1＝fa0–mg；右侧尾绳上的张紧力fb随着右侧卸载，根据卸载冲击力fbxc，由fb0逐渐增大至fbx1，直至装载完成，最后增大至fbx1＝fb0+mg；

(2)右侧底部装载，左侧顶部卸载的过程中：

左侧尾绳上的张紧力fa随着左侧卸载，根据卸载冲击力faxc，由fa0–mg逐渐增大至fax1，直至卸载完成，最后增大至fax1＝fa0；右侧尾绳上的张紧力fb随着右侧装载，根据装载冲击力fbzc，由fb0+mg逐渐减小至fbz1，直至装载完成，最后减小至fbz1＝fb0；

第三步、当提升系统处于运行状态时：

(1)左侧上提，右侧下放的过程中：

加速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg–ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg+ma不变；匀速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg不变；减速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg+ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg–ma不变；

(2)右侧上提，左侧下放的过程中：

加速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0+ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0–ma不变；匀速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0不变；减速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+ma不变；

其中m为系统装卸载的载重质量，a为提升系统运行过程中的加速度或者减速度的绝对值。

进一步的，所述的fa0与fb0的关系还需满足牵引的欧拉公式fa0/fb0<e^μα；

其中μ为摩擦系数，α为钢丝绳在摩擦轮上形成的围包角。

进一步的，fbz1与faz1相等，且在装载完成后的匀速上提过程中保持该值不变；fax1与fbx1相等，且在卸载完成后的匀速下放过程中保持该值不变。

fazc、faxc、fbzc、fbxc均根据任意时刻的流量和下落的距离等进行计算确定，即流量与速度的乘积：

fazc＝qaz·vaz,faxc＝qax·vax，fbzc＝qbz·vbz,fbxc＝qbx·vbx；

其中，qaz和qax分别为左侧容器装载和卸载的任意时刻流量，qbz和qbx分别为右侧容器装载和卸载的任意时刻流量，vaz和vax分别为左侧容器中装载和卸载的速度，vbz和vbx分别为右侧容器中装载和卸载的速度。

本发明克服了提升系统处于静止状态时由于装卸载过程中的顶部和底部容器中的载重变化造成的应力波动值，增强了系统运行的稳定性；同时本系统减小了提升系统运行过程中由于加减速造成首绳截面的应力波动幅值，保证了各截面的应力能随着系统运行平稳且缓慢地变化；通过调节各驱动装置的张紧力使整个提升循环中的应力波动的幅值控制在首绳自重的变化值之内，在一定程度上减轻了首绳的应力波动，因此更适用于超深立井的提升作业。

附图说明

图1是本发明中实施例一的结构示意图；

图2是本发明中实施例二的结构示意图；

图3是本发明中实施例三的结构示意图；

图4是本发明系统左侧装载-提升过程中的尾绳张紧力调节的流程图；

图5是本发明系统右侧装载-提升过程中的尾绳张紧力调节的流程图；

图中：1、首绳驱动装置，2、首绳，3、提升容器，4、尾绳，5、尾绳左张紧系统，5-1、左驱动轮，5-2、左导向轮组，5-2-1、左导向轮一，5-2-2、左导向轮二，6、尾绳右张紧系统，6-1、右驱动轮，6-2、右导向轮组，6-2-1、右导向轮一，6-2-2、右导向轮二，6-2-3，右导向轮三，7、尾绳驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。

实施例一

如图1所示，一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统，包括首绳驱动装置1、首绳2、提升容器3、尾绳4，首绳2绕过首绳驱动装置1，且在首绳2的末端分别连接两个提升容器3的上端，两个容器3的下端分别连接尾绳4的两个末端，尾绳4的绕绳端通过大载重预应力自适应系统控制应力的波动，所述的大载重预应力自适应系统设置在水平巷道内，包括尾绳左张紧系统5、尾绳右张紧系统6以及尾绳驱动装置7，尾绳左张紧系统5包括左驱动轮5-1和左导向轮组5-2，尾绳右张紧系统6包括右驱动轮5-2和右导向轮组5-2；连接在左侧提升容器3下端的尾绳4绕过左驱动轮5-1和左导向轮组5-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；连接在右侧提升容器3下端的尾绳4绕过右驱动轮6-1和右导向轮组6-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；尾绳驱动装置7与首绳驱动装置1的驱动方向相同；

所述左导向轮组5-1和右导向轮组6-1均包括一个导向轮且分别位于左驱动轮5-2和右驱动轮6-2的上方，左驱动轮5-2的进绳端与左侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，左驱动轮5-2的出绳端与左导向轮组5-1的进绳端处于同一垂直线，左导向轮组5-1的出绳端与尾绳驱动装置7上侧的进绳端处于同一水平线；右驱动轮6-2的进绳端与右侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，右驱动轮6-2的出绳端与右导向轮组6-1的进绳端处于同一垂直线，右导向轮组6-1的出绳端与尾绳驱动装置7下侧的进绳端处于同一水平线；

尾绳驱动装置7两侧的尾绳张紧力分别为fa和fb，左驱动轮5-1竖直方向上的张紧力和右驱动轮6-1竖直方向上的张紧力分别为f1和f2，且设定f1＝2fa、f2＝2fb。

实施例二

如图2所示，一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统，包括首绳驱动装置1、首绳2、提升容器3、尾绳4，首绳2绕过首绳驱动装置1，且在首绳2的末端分别连接两个提升容器3的上端，两个容器3的下端分别连接尾绳4的两个末端，尾绳4的绕绳端通过大载重预应力自适应系统控制应力的波动，所述的大载重预应力自适应系统设置在水平巷道内，包括尾绳左张紧系统5、尾绳右张紧系统6以及尾绳驱动装置7，尾绳左张紧系统5包括左驱动轮5-1和左导向轮组5-2，尾绳右张紧系统6包括右驱动轮5-2和右导向轮组5-2；连接在左侧提升容器3下端的尾绳4绕过左驱动轮5-1和左导向轮组5-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；连接在右侧提升容器3下端的尾绳4绕过右驱动轮6-1和右导向轮组6-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；尾绳驱动装置7与首绳驱动装置1的驱动方向相同；

所述左导向轮组5-2和右导向轮组6-2均包括两个导向轮，两个左导向轮分别设在左驱动轮5-1两侧的下方，两个右导向轮分别设在右驱动轮6-1两侧的下方；左导向轮一5-2-1的进绳端与左侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，左导向轮一5-2-1的出绳端与左驱动轮5-1的进绳端处于同一垂直线，左驱动轮5-1的出绳端与左导向轮二5-2-2的进绳端处于同一垂直线，左导向轮二5-2-2的出绳端与尾绳驱动装置7上侧的进绳端处于同一水平线；右导向轮一6-2-1的进绳端与右侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，右导向轮一6-2-1的出绳端与右驱动轮6-1的进绳端处于同一垂直线，右驱动轮6-1的出绳端与右导向轮二6-2-2的进绳端处于同一垂直线，右导向轮二6-2-2的出绳端与尾绳驱动装置7下侧的进绳端处于同一水平线；

尾绳驱动装置7两侧的尾绳张紧力分别为fa和fb，左驱动轮5-1竖直方向上的张紧力和右驱动轮6-1竖直方向上的张紧力分别为f1和f2，且设定f1＝2fa、f2＝2fb。

实施例三

如图3所示，一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调系统，包括首绳驱动装置1、首绳2、提升容器3、尾绳4，首绳2绕过首绳驱动装置1，且在首绳2的末端分别连接两个提升容器3的上端，两个容器3的下端分别连接尾绳4的两个末端，尾绳4的绕绳端通过大载重预应力自适应系统控制应力的波动，所述的大载重预应力自适应系统设置在水平巷道内，包括尾绳左张紧系统5、尾绳右张紧系统6以及尾绳驱动装置7，尾绳左张紧系统5包括左驱动轮5-1和左导向轮组5-2，尾绳右张紧系统6包括右驱动轮5-2和右导向轮组5-2；连接在左侧提升容器3下端的尾绳4绕过左驱动轮5-1和左导向轮组5-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；连接在右侧提升容器3下端的尾绳4绕过右驱动轮6-1和右导向轮组6-2后由竖直方向改变为水平方向，再绕过尾绳驱动装置7；尾绳驱动装置7与首绳驱动装置1的驱动方向相同；

所述左导向轮组5-2包括两个导向轮，两个左导向轮分别设在左驱动轮5-1两侧的下方，左导向轮一5-2-1的进绳端与左侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，左导向轮一5-2-1的出绳端与左驱动轮5-1的进绳端处于同一垂直线，左驱动轮5-1的出绳端与左导向轮二5-2-2的进绳端处于同一垂直线，左导向轮二5-2-2的出绳端与尾绳驱动装置7上侧的进绳端处于同一水平线；

右导向轮组包括三个导向轮，右导向轮二6-2-2和右导向轮三6-2-3分别设在右驱动轮6-1两侧的上方，右导向轮一6-2-1设在右导向轮二6-2-2和右导向轮三6-2-3的右上方，右导向轮一6-2-1的进绳端与右侧提升容器3的中心线处于同一垂直线，右导向轮一6-2-1的出绳端与右导向轮二6-2-2的进绳端处于同一水平线，右导向轮二6-2-2的的出绳端与右驱动轮6-1的进绳端处于同一垂直线，右驱动轮6-1的出绳端与右导向轮三6-2-3的进绳端处于同一垂直线，右导向轮三6-2-3的出绳端与尾绳驱动装置7下侧的进绳端处于同一水平线；

尾绳驱动装置7两侧的尾绳张紧力分别为fa和fb，左驱动轮5-1竖直方向上的张紧力和右驱动轮6-1竖直方向上的张紧力分别为f1和f2，且设定f1＝2fa、f2＝2fb。

如图4和图5所示，一种超深立井多绳摩擦大载重提升协调方法，按如下步骤对尾绳驱动装置7两侧的尾绳张紧力fa和fb进行调整：

第一步、给定fa和fb初始的fa0和fb0，其中fa0–fb0＝载重值＝mg；

第二步、当提升系统处于静止状态时：

(1)左侧底部装载，右侧顶部卸载的过程中：

左侧尾绳上的张紧力fa随着左侧装载，根据装载冲击力fazc，由fa0逐渐减小至faz1，直至装载完成，最后减小至faz1＝fa0–mg；右侧尾绳上的张紧力fb随着右侧卸载，根据卸载冲击力fbxc，由fb0逐渐增大至fbx1，直至装载完成，最后增大至fbx1＝fb0+mg；

(2)右侧底部装载，左侧顶部卸载的过程中：

左侧尾绳上的张紧力fa随着左侧卸载，根据卸载冲击力faxc，由fa0–mg逐渐增大至fax1，直至卸载完成，最后增大至fax1＝fa0；右侧尾绳上的张紧力fb随着右侧装载，根据装载冲击力fbzc，由fb0+mg逐渐减小至fbz1，直至装载完成，最后减小至fbz1＝fb0；

第三步、当提升系统处于运行状态时：

(1)左侧上提，右侧下放的过程中：

加速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg–ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg+ma不变；匀速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg不变；减速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–mg+ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+mg–ma不变；

(2)右侧上提，左侧下放的过程中：

加速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0+ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0–ma不变；匀速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0不变；减速运行时，左侧尾绳上的张紧力fa保持fa0–ma不变，右侧尾绳上张紧力fb保持fb0+ma不变；

其中m为系统装卸载的载重质量，a为提升系统运行过程中的加速度或者减速度的绝对值。

进一步的，所述的fa0与fb0的关系还需满足牵引的欧拉公式fa0/fb0<e^μα；

其中μ为摩擦系数，α为钢丝绳在摩擦轮上形成的围包角。

进一步的，fbz1与faz1相等，且在装载完成后的匀速上提过程中保持该值不变；fax1与fbx1相等，且在卸载完成后的匀速下放过程中保持该值不变。

fazc、faxc、fbzc、fbxc均根据任意时刻的流量和下落的距离等进行计算确定，即流量与速度的乘积：

fazc＝qaz·vaz,faxc＝qax·vax，fbzc＝qbz·vbz,fbxc＝qbx·vbx；

其中，qaz和qax分别为左侧容器装载和卸载的任意时刻流量，qbz和qbx分别为右侧容器装载和卸载的任意时刻流量，vaz和vax分别为左侧容器中装载和卸载的速度，vbz和vbx分别为右侧容器中装载和卸载的速度。