一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统的制作方法

1.本发明涉及超深井大载重提升技术领域，特别是指尤其涉及一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统。


背景技术：

2.竖井提升是地下矿山开拓运输的常规方式，担负着矿、废石、人员、材料等的提升任务。目前常规竖井提升方式主要有单绳缠绕式提升系统和多绳摩擦式提升系统两种。多绳摩擦式提升系统相比单绳缠绕式提升系统，更适用于深井重载提升，适用深度在300m～1400m的竖井；多绳摩擦式提升又细分为塔式提升和落地式提升两种。两种提升方式均通过单台提升机进行提升，由驱动单元驱动摩擦轮带动钢丝绳和提升容器运动。受现有提升方式、装备水平限制，当开采深度超过1400m时，多绳摩擦式提升机无法实现一段提升，往往需要多段接力提升。
3.目前，针对超深井大载重提升的研究很多，主要开展了多绳缠绕式提升机研究，提升容器轻量化研究，提升牵引技术参数研究，钢丝绳结构性能及运行可靠性研究等。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，以解决提升首绳承载能力低、提升容器的载重占提升首绳的负荷比例小的技术问题。
5.本发明提供的技术方案如下：
6.本发明的一个目的在于提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，所述提升系统包括：第一摩擦轮和第二摩擦轮；
7.所述第一摩擦轮搭载第一提升首绳，所述第一提升首绳一端悬挂第一提升容器，所述第一提升首绳的另一端悬挂第二提升容器；
8.所述第二摩擦轮搭载第二提升首绳，所述第二提升首绳的一端绕过第一天轮悬挂所述第二提升容器，所述第二提升首绳的另一端绕过第二天轮悬挂所述第一提升容器；
9.所述提升系统还包括平衡尾绳，所述平衡尾绳的一端悬挂在所述第一提升容器底部，所述平衡尾绳的另一端悬挂在所述第二提升容器底部；所述平衡尾绳自由悬垂在井筒内，形成尾绳环。
10.在一个较佳的实施例中，所述第一摩擦轮、所述第一天轮和所述第二天轮布置在井塔上；所述第二摩擦轮布置在地面提升机房内。
11.在一个较佳的实施例中，所述第一提升首绳的数量为偶数，所述第二提升首绳的数量为偶数；所述第一提升首绳和所述第二提升首绳的数量相同。
12.在一个较佳的实施例中，所述第一提升首绳为四根或六根，所述第二提升首绳为四根或六根。
13.在一个较佳的实施例中，所述第一提升首绳为六根，所述第二提升首绳为六根；
14.在所述第一提升容器顶部，六根所述第一提升首绳与六根所述第二提升首绳，以
所述第一提升容器的第一中心线对称布置；
15.在所述第二提升容器顶部，六根所述第一提升首绳与六根所述第二提升首绳，以所述第二提升容器的第二中心线对称布置。
16.在一个较佳的实施例中，平衡尾绳的数量为八根，平衡尾绳的质量等于第一提升首绳和第二提升首绳的质量之和。
17.在一个较佳的实施例中，所述提升系统还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元为主驱动，以变频调速控制的方式驱动所述第一摩擦轮；所述第二驱动单元为从驱动，以变频调速控制的方式驱动所述第二摩擦轮；主驱动以闭环速度控制模式，从驱动为闭环力矩控制，两组驱动单元通过控制系统实现连锁控制。
18.本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
19.本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，通过提升方式和提升结构的改变，采用了双摩擦轮双驱动单元和更多数量的提升首绳，增大了提升首绳在摩擦轮上的总围包角，其摩擦力增加了一倍，增大提升载荷量；提高了提升首绳承载能力，以及降低了提升容器的载重占提升首绳的终端负荷比例，使提升深度、提升载重大幅增加。
20.本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，在现有装备水平下，可以实现2000m以上超深井、大载重的多绳摩擦提升，500万t/a规模的地下矿山，采用一套新型双驱多绳摩擦提升系统的提升深度可达2000m以上。
21.本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，采用变频调速控制，实现双驱动单元同步驱动摩擦轮，确保双驱动单元功率平衡。
22.本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，布置两台多绳摩擦式提升机，作用在每个摩擦轮上的最大静张力和静张力差相同，即为提升系统产生最大静张力和静张力差的一半。
23.本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，在提升容器顶部，以提升容器中心线为基准对称布置提升首绳，实现提升首绳数量的倍增，每套提升首绳分别搭在不同的摩擦轮上，形成相对独立的布置方式，满足安全规范、行业标准的前提下，提升首绳按两行布置，不额外增加提升容器断面尺寸和井筒断面尺寸。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统的结构示意图。
26.图2是本发明第一提升容器和第二提升容器在井筒中的断面图。
具体实施方式
27.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
的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
29.需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
30.结合图1至图2，根据本发明的实施例，提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，包括：第一摩擦轮1和第二摩擦轮2。
31.第一摩擦轮1搭载第一提升首绳5，第一提升首绳5一端悬挂第一提升容器8，第二提升首绳5的另一端悬挂第二提升容器9。第二摩擦轮2搭载第二提升首绳6，第二提升首绳6的一端绕过第一天轮3悬挂第二提升容器9，第二提升首绳6的另一端绕过第二天轮4悬挂第一提升容器8。
32.根据本发明的实施例，第一摩擦轮1、第一天轮3和第二天轮4布置在井塔(图中未示出)上，第二摩擦轮2布置在地面提升机房(图中未示出)内。
33.根据本发明的实施例，提升系统还包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元为主驱动，以变频调速控制的方式驱动第一摩擦轮1。第二驱动单元为从驱动，以变频调速控制的方式驱动第二摩擦轮2。
34.在一个实施例中，第一驱动单元的主驱动通过闭环速度控制的方式驱动第一摩擦轮1，第二驱动单元的从驱动通过闭环力矩控制的方式驱动第二摩擦轮2。
35.在进一步地实施例中，第一驱动单元和第二驱动单元通过控制系统实现连锁控制。
36.根据本发明的实施例，提升系统还包括平衡尾绳7，平衡尾绳7的一端悬挂在第一提升容器8底部，平衡尾绳7的另一端悬挂在第二提升容器9底部，平衡尾绳自由悬垂在井筒10内，形成尾绳环。第一提升容器8的质量与第二提升容器9的质量相同。在一个实施例中，第一提升容器8和第二提升容器9为箕斗或罐笼。
37.本发明的实施例中，第一提升首绳5、第二提升首绳6和平衡尾绳7优选钢丝绳。
38.根据本发明的实施例，第一提升首绳5的数量为偶数，第二提升首绳6的数量为偶数，第一提升首绳5和第二提升首绳6的数量相同。更进一步地，第一提升首绳5和第二提升首绳6的数量为4根或6根。为满足超深井、大载重提升，第一提升首绳5和第二提升首绳6的数量优选6根。
39.根据本发明的实施例，平衡尾绳7的数量为8根，8根平衡尾绳7的质量等于6根第一提升首绳5和6根第二提升首绳6的质量之和，用于平衡掉第一提升首绳5和第二提升首绳6的重量，减小第一提升首绳5和第二提升首绳6作用在第一摩擦轮1和第二摩擦轮2上的张力
差。
40.如图2所示，在第一提升容器8顶部，6根第一提升首绳5与6根第二提升首绳6，以第一提升容器8的第一中心线11对称布置。在第二提升容器9顶部，6根第一提升首绳5与6根第二提升首绳6，以第二提升容器9的第二中心线12对称布置。
41.第一提升容器8和第二提升容器9，以井筒10的第一井筒中心线14对称的悬挂在井筒10内。第一提升容器8，以井筒10的第二井筒中心线13为对称轴悬挂在井筒10内。第二提升容器9，以井筒10的第二井筒中心线13为对称轴悬挂在井筒10内。
42.根据本发明的实施例，第一提升首绳5借助第一摩擦轮1上的衬垫与第一提升首绳5之间的摩擦力驱动第一提升首绳5运动。第二提升首绳6借助第二摩擦轮2上的衬垫与第二提升首绳6之间的摩擦力驱动第二提升首绳6运动。
43.本发明第一提升首绳5和第二提升首绳6同时运动，使第一提升容器8和第二提升容器9上下移动，完成重载侧提升容器的提升和空载侧提升容器的下放。
44.例如，当第二提升容器9内装有装载物时，则第二提升容器9为重载侧提升容器，第一提升容器8为空载侧提升容器，通过第一提升首绳5和第二提升首绳6同时运动，使第一提升容器8和第二提升容器9上下移动，完成第二提升容器9的提升和第一提升容器8的下放。
45.下面对本发明提供的一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统的受力进行分析：
46.本发明8根平衡尾绳7的质量等于6根第一提升首绳5和6根第二提升首绳6的质量之和，即：2nph0＝n'qh0，
47.其中，n为第一提升首绳5和第二提升首绳6的数量；p为第一提升首绳5和第二提升首绳6每米的质量，kg/m；h0为第一提升首绳5和第二提升首绳6垂悬的长度，m；n'为平衡尾绳7的数量；q为平衡尾绳7每米的质量，kg/m。
48.作用在第一摩擦轮1两侧第一提升首绳5张力分别为：
49.s1＝(nph0+1/2qr+1/2q)
×
g，
50.s2＝(1/2n'qh0+1/2qr)
×
g，
51.其中，qr为第一提升容器8和第二提升容器9质量，kg；q为有效装载的装载物的质量，kg；g为重力加速度。
52.作用在第一摩擦轮1两侧第一提升首绳5的张力差为：
53.s
c1
＝s
1-s2＝1/2q
×
g。
54.同理，作用在第二摩擦轮2两侧第二提升首绳6张力分别为：
55.s4＝(nph0+1/2qr+1/2q)
×g56.s3＝(1/2n'qh0+1/2qr)
×
g。
57.作用在第二摩擦轮2两侧第二提升首绳6张力差为：
58.s
c2
＝s
4-s3＝1/2q
×
g。
59.由此，作用在第一摩擦轮1两侧第一提升首绳5的张力差s
c1
等于作用在第二摩擦轮2两侧第二提升首绳6张力差s
c2
，即s
c1
＝s
c2
。
60.上述受力分析，本发明作用在第一摩擦轮1和第二摩擦轮2上的张力分别为提升系统产生的重量(s1+s2+s3+s4)的一半。作用在第一摩擦轮1和第二摩擦轮2上的张力差分别为有效装载的装载物的重量的一半(1/2q
×
g)。
61.实施例一。
62.本实施例中以250万t/a规模的地下矿山为例，假设提升高度从1500m至2300m，按提升速度取16m/s，装载物(矿石)松散比重1.73t/m3。
63.第一提升容器8和第二提升容器9选择14m3至17m3的双箕斗，第一提升容器8和第二提升容器9自重30t至34t，装载物(矿石)有效提升量20t至25t。采用6根第一提升首绳5和6根第二提升首绳6(共12根)，第一提升首绳5和第二提升首绳6的直径为32mm到62m。采用8根平衡尾绳7，平衡尾绳7的直径为40mm到82mm。提升机选择2台6绳、直径为3.5m到6.5m的多绳摩擦提升机，两台提升机分别配置功率2200kw至2700kw的第一驱动单元和第二驱动单元，多机驱动功率不平衡系数取0.95，采用现有装备能够达到1500m至2300m提升深度的同时运行时间在19.5h以内能够完成提升任务。可提升高度1500m至2300m的计算结果见表1：
64.表1本发明在250万t/a规模的地下矿山的可提升高度
[0065][0066]
实施例二。
[0067]
本实施例中以500万t/a规模的地下矿山为例，假设提升高度从1500m至2100m，按提升速度取16m/s，装载物(矿石)松散比重1.73t/m3。
[0068]
第一提升容器8和第二提升容器9选择27m3至33m3的双箕斗，第一提升容器8和第二提升容器9自重41t至47.5t，装载物(矿石)有效提升量39t至48t。采用6根第一提升首绳5和6根第二提升首绳6(共12根)，第一提升首绳5和第二提升首绳6的直径为40mm到62m。采用8根平衡尾绳7，平衡尾绳7的直径为50mm到80mm。提升机选择2台6绳、直径为4m到6.5m的多绳摩擦提升机，两台提升机分别配置功率4000kw至4900kw的第一驱动单元和第二驱动单元，多机驱动功率不平衡系数取0.95，采用现有装备能够达到1500m至2100m提升深度的同时运行时间在19.5h以内能够完成提升任务。可提升高度1500m至2100m的计算结果见表2：
[0069]
表2本发明在500万t/a规模的地下矿山的可提升高度
[0070][0071]
实施例一和实施例二采用现有国内提升装备水平，提升机按照最大规格型号φ6.5
×
6多绳摩擦提升机选型设计，采用本发明的提升系统进行超深井大载重提升，可实现提升高度2300m和提升高度2100m。在一些实施例中，若选用进一步进口提升机和钢丝绳，提升高度和提升能力可进一步增加。
[0072]
有以下几点需要说明：
[0073]
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
[0074]
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
[0075]
(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0076]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，其特征在于，所述提升系统包括：第一摩擦轮和第二摩擦轮；所述第一摩擦轮搭载第一提升首绳，所述第一提升首绳一端悬挂第一提升容器，所述第一提升首绳的另一端悬挂第二提升容器；所述第二摩擦轮搭载第二提升首绳，所述第二提升首绳的一端绕过第一天轮悬挂所述第二提升容器，所述第二提升首绳的另一端绕过第二天轮悬挂所述第一提升容器；所述提升系统还包括平衡尾绳，所述平衡尾绳的一端悬挂在所述第一提升容器底部，所述平衡尾绳的另一端悬挂在所述第二提升容器底部；所述平衡尾绳自由悬垂在井筒内，形成尾绳环。2.根据权利要求1所述的提升系统，其特征在于，所述第一摩擦轮、所述第一天轮和所述第二天轮布置在井塔上；所述第二摩擦轮布置在地面提升机房内。3.根据权利要求1所述的提升系统，其特征在于，所述第一提升首绳的数量为偶数，所述第二提升首绳的数量为偶数；所述第一提升首绳和所述第二提升首绳的数量相同。4.根据权利要求3所述的提升系统，其特征在于，所述第一提升首绳为四根或六根，所述第二提升首绳为四根或六根。5.根据权利要求4所述的提升系统，其特征在于，所述第一提升首绳为六根，所述第二提升首绳为六根；在所述第一提升容器顶部，六根所述第一提升首绳与六根所述第二提升首绳，以所述第一提升容器的第一中心线对称布置；在所述第二提升容器顶部，六根所述第一提升首绳与六根所述第二提升首绳，以所述第二提升容器的第二中心线对称布置。6.根据权利要求5所述的提升系统，其特征在于，平衡尾绳的数量为八根，平衡尾绳的质量等于第一提升首绳和第二提升首绳的质量之和。7.根据权利要求1所述的提升系统，其特征在于，所述提升系统还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元为主驱动，以变频调速控制的方式驱动所述第一摩擦轮；所述第二驱动单元为从驱动，以变频调速控制的方式驱动所述第二摩擦轮；主驱动以闭环速度控制模式，从驱动为闭环力矩控制，两组驱动单元通过控制系统实现连锁控制。

技术总结
本发明提供一种适于超深井大载重提升的双驱多绳摩擦提升系统，包括：第一摩擦轮和第二摩擦轮；第一摩擦轮搭载第一提升首绳，第一提升首绳一端悬挂第一提升容器，第一提升首绳的另一端悬挂第二提升容器；第二摩擦轮搭载第二提升首绳，第二提升首绳的一端绕过第一天轮悬挂第二提升容器，第二提升首绳的另一端绕过第二天轮悬挂第一提升容器；提升系统还包括平衡尾绳，平衡尾绳的一端悬挂在第一提升容器底部，平衡尾绳的另一端悬挂在第二提升容器底部。本发明采用双摩擦轮双驱动单元和两组多数量的提升首绳，增大了提升首绳在摩擦轮上的总围包角，其摩擦力增加了一倍，增大提升载荷量，使提升深度、提升载重大幅增加。提升载重大幅增加。提升载重大幅增加。


技术研发人员：王麒 段文权 刘敬智 赵辉军 马俊生 任旭东 王怀 于梓丰 薛培
受保护的技术使用者：北方矿业有限责任公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/7