摘要：矿井提升机有时也叫矿井电梯，它是一种特殊形式的电梯，也可以看作是一种简易升降机。在矿井输送人和物的工程中，矿井提升机是非常重要的输送工具。矿井，特别是井下条件和工作环境与地面上相比，比较恶劣，因此必须保证矿井提升机的安全，必须认真了解和掌握它的结构、工作特性及设计方法等一系列问题。
关键词：井巷提升、提升机、发展研究
1.矿井提升类型
矿井提升类型简单可以分两种提升模式，一是立井提升、二是斜井提升。
1.1立井提升：立井双箕斗提升系统（图1），采用箕斗作为提升容器，一个箕斗在井底煤仓自动装载后，被提升到地面卸载；另一箕斗由地面下降到井下煤仓处装煤。提升机用缠绕卷筒式或多绳摩擦轮式，后者发展很快，其布置方式有井塔式和落地式。这种提升系统主要用作大、中型矿井的主井提升。立井双罐笼提升系统采用罐笼作为提升容器，主要用作大、中型矿井的副井提升，提升废石、矸石、人员、材料和设备。
1.2斜井提升：斜井箕斗提升系统工作过程与立井箕斗提升相同，用于产量较大或井筒倾角大于25°的斜井提升。斜井罐笼提升系统，现很少使用。斜井串车提升系统矿车作为提升容器，有单钩和双钩提升之分。但须有防跑车装置，防止跑车事故。这种系统投资小，基建快，多用于产量较小的斜井。斜井人车提升系统根据安全规定，人员上下的主要倾斜井巷,垂深超过50m，应装设机械运送人员的设备。斜井人车，就是这种设备之一。这种系统须有可靠的断绳防坠器和安全信号。
2.国外发达国家提升机发展现状
2.1晶闸管一电动机(SCR—D)直流低速直联拖动系统
部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管一电动机（以下简称SCR—D)系统所取代。如德国、瑞典等国家已有90％以上采用直流提升机，传动系统大都采用低速直联式(省去减速机)，使系统大为简化。如AEG公司采用低速直联的SCI—D系统，电机功率3000kW，额定转速55.8r/min，滚筒直径6.5m，提人速度17m/s，提物速度20m/s，提升高度1200m，具有完善的保护系统；采用磁场反并联，有平波电抗器及卧式深度发送装置：采用积分给定与行程给定相结合的双重给定信号；主回路采用两组三相桥组成12脉动顺抗整流，大大提高了功率因数。SIEMENS(西门子)公司、ABB公司、CEGELEC公司以及ASEA公司等都有相同类型的产品，其性能大同小异。此类系统的优点在于：体积小，重量轻，占地面积小，安装方便，建筑费用低；无减速器，总效率高，电能消耗少；维护工作量小，备件少，处理事故快；单机容量大，适用范围广；调速平滑，精度高；易于实现最佳控制和自动化，安全可靠；节电显著，5—8年可回收设备投资，是矿井节电的有效途径。其缺点在于：功率因数低，如三相桥平均功率因数只有0.45左右；无功冲击大，高次谐波对电网影响大。这些缺点可采用顺序控制和多脉冲整流的方法以及在电网上加谐波滤波器等措施使其抑制在一定的允许范围内。
2.2交流变频调速同步机驱动提升系统
SCR—D直流拖动系统趋于成熟，且采用了顺控技术等措施来提高功率因数，但其功率因数仍然较低，从而从电网吸收大量的无功功率，且对电网品质因数产生严重的影响，提升容量越大，问题越突出。再则，直流电机制造成本高，电枢回路的整流子限制了提升容量的进一步增加，且整流子，碳刷易磨损，加大了维护工作量，故障率高。因此换相整流子是个薄弱环节。由于存在上述两个问题，迫使人们又重新考虑交流拖动方式。自80年代初以来，交流变频供电的同步机拖动异军突起，在大型提升机中发展成为技术、经济均优的拖动方式。如SIEMENS公司1979年投运的2×4200kW、1×2650kw，额定转速55.8r/min；CEGELEC公司1983年投运的l×5480kw，额定转速69.5r/min；AEG公司1985年投运的l×3000kW，额定转速55.8r/min，ABB公司投运的l×4200kW额定转速45.86r/min；SIEMAG公司投运的2×4600kw等变频调速同步机拖动的提升机，经过多年的运行，均获得成功。
这种拖动系统主要有如下优点：①提升容量几乎不受限制，最大达10000kw，提升速度可达20m/s以上，提升高度1200m以上，滚筒直径达6.5m，这是直流系统难以达到的；②没有整流子和碳刷这一薄弱环节，保证了电机的可靠运行和降低了运行消耗；⑨功率因数高，可达0.9—l，极大地节省了电能：④动态品质好(和直流系统相同)，系统可在四象限平滑过渡和无级调速；⑤由于机械特性好，故起动转矩大。⑥同步机的价格和有色金属的消耗低于直流机；⑦调速范围宽。因此，多数专家认为，变频同步机拖动调速系统是大型提升机拖动的必然发展方向。
这种拖动系统的缺点是：①必须有专用的变频电源；②在恒转矩调速时，低速段电机的过载倍数有所降低；③高次谐波对电网有影响，需在电网上加滤波器等补偿措施加以缓解。
3.国内提升机的现状与发展趋向
3.1国内提升机电气传动系统现状
对于大型矿井提升机，主要采用晶闸管变流器—直流电动机传动控制系统和同步电动机矢量控制交一交变频传动控制系统。这两种系统大都采用数字控制方式实现控制系统的高自动化运行，效率高，有准确的制动和定位功能，运行可靠性高，但造价昂贵，中小矿井难以承受。
对于中、小型提升机，则多采用交流绕线式电动机转子切换电阻调速的交流电气传动系统，即TKD电控系统。这种电气传动系统设备简单，但属于有级调速，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒加减速控制，经常会造成过放或过卷事故。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，另外转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，影响生产效益。
3.2研制与发展.
(1)国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。
(2)在国内高压变频器应用领域，国产厂家占总供应商的比例在80%以上，但国产产品的应用基本集中在300KVA—3000KVA容量段，而在5000KVA以上超大功率产品基本上被ABB、西门子、东芝、三菱等跨国公司所垄断。前段时间智光电气成功研制7000KVA级超大功率高压变频器，将会改变未来市场竞争格局。
(3)可编程控制器（PLC）在提升机电控系统的应用
可编程控制器（PLC）具有可靠性高、抗干扰能力强、实现继电逻辑容易，基本免于维护等独特优点，特别适用于对我国占大部分的交流提升机继电一接触器电控系统进行技术改造。目前，已用可编程控制器（PLC）对TKD电控系统进行改造后显示出了很强的生命力。这是今后一段时期对我国占绝大多数采用继电控制的交流提升系统进行技术改造的必由之路。
参考文献：
[1]张莹，浅议矿井提升系统[J]，河南科技,2013.10.077.
[2]史峰，浅谈变频器在矿井提升系统中的应用[J]，中国科技纵横,2011.21.318.
论文作者:高占祥
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/28
标签：系统论文; 矿井论文; 斜井论文; 提升机论文; 箕斗论文; 拖动论文; 功率因数论文; 《电力设备》2019年第12期论文;