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一种地下水平驱动布置式超深牵引系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种地下水平驱动布置式超深牵引系统及使用方法，适用于超深立井多绳牵引系统，尤其适用于大载荷提升系统。

背景技术

就现代工业而言，无论从能源的角度还是从生产制造的角度来看，矿产资源的开发利用都是极其重要的。从工业革命开始至今，长久的开采已经使得靠近地表的矿产资源难以高效的维持工业的发展，开发地球深处的资源已是当今很多国家必须考虑的问题，所以超深井采矿工程技术的发展就显得非常关键。

在超深井采矿工程中，矿井提升系统是一项核心的部分，牵引系统的好坏直接决定着采矿效率的高低。一般的提升系统都以其中的天轮为驱动装置，但这会使得驱动装置不仅要受到自然磨损，还要承受来自提升物的大载荷，无疑会降低系统的寿命，还有可能导致事故的发生。因此通过具体手段改进牵引系统的结构排布有着十分重要的作用。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种地下水平驱动布置式超深牵引系统及使用方法，该牵引系统能够大大提高系统的运载量，提高驱动钢丝绳在滚筒上的包围角，使得驱动钢丝绳与轮间的摩擦力增大，能很大程度上减小驱动钢丝绳打滑的可能，降低驱动钢丝绳磨损的速度，结构简单，可靠性程度高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括天轮组、多绳导向轮组、单绳导向轮组、驱动钢丝绳、随动钢丝绳、驱动滚筒组、容器和张力平衡系统，天轮组置于地面以上；所述的多绳导向轮组由一个左边多绳导向轮和一个右边多绳导向轮成，左边多绳导向轮和右边多绳导向轮均布置在立井的井筒底部，且二者的中心轴线水平对称布置；所述的单绳导向轮组、驱动钢丝绳的数量均为M以及驱动滚筒组的数量为N，M为2～10，N为i+j，单绳导向轮组和驱动滚筒组均以水平对称的形式排布于绳导向轮组下方两侧；每个驱动滚筒组由分别相对应的一个驱动滚筒和一个复绕滚筒组成，每个单绳导向轮组分别由相对应的两个导向轮组成；所述的容器由一个左边容器和一个右边容器组成；所述的随动钢丝绳为一根；所述的张力平衡调节系统包括泵站、液压缸和卷筒，单绳导向轮组的每个导向轮均配有一个液压缸，偶数个卷筒都安装在左边容器的底部，各卷筒的中轴线都与主天轮中轴线相垂直，每个卷筒上缠绕两根驱动钢丝绳；右边容器的底部与所有驱动钢丝绳相连；每根驱动钢丝绳从其对应的卷筒绕起，依次经左多绳导向轮、该驱动钢丝绳左端水平对应的单绳导向轮、立井井筒底部左侧第一个驱动滚筒、立井井筒底部左侧第一个复绕滚筒、立井井筒底部左侧第二个驱动滚筒、立井井筒底部左侧第二个复绕滚筒、……、立井井筒底部左侧第i个驱动滚筒、立井井筒底部左侧第i个复绕滚筒、立井井筒底部右侧第一个复绕滚筒、立井井筒底部右侧第一个驱动滚筒、立井井筒底部右侧第二个复绕滚筒、立井井筒底部右侧第二个驱动滚筒、……、立井井筒底部右侧第j个复绕滚筒、立井井筒底部右侧第j个驱动滚筒、该驱动钢丝绳右端水平对应的单绳导向轮、右多绳导向轮以及右边容器(3-2)，其中i为1～4、j为1～4。

其使用方法，具体过程如下：

当左边容器提升时，主天轮，驱动滚筒组和单绳导向轮组顺时针转动；辅助天轮和多绳导向轮组逆时针转动；驱动钢丝绳组和随动钢丝绳构成的闭合系统沿着相应的缠绕路径顺时针运动；当右边容器提升时，各轮的转向和钢丝绳的运动状态与左边容器提升时的运动状态相反；当驱动钢丝绳组的左右两侧张力不均时，各驱动钢丝绳所受的张力通过左侧M个单绳导向轮各轮分别传递给左侧液压缸组中各自依附的液压缸；左侧液压缸组通过左侧液压管路的控制发生动作，重新调节左侧M个单绳导向轮的位置，直至驱动钢丝绳组各根钢丝绳左侧部分的张力相等，左侧液压缸组中各液压缸停止动作，左侧M个单绳导向轮中各导向轮停止移动；驱动钢丝绳组右侧各驱动钢丝绳所受的张力通过右侧M个单绳导向轮各轮分别传递给右侧液压缸组中各自依附的液压缸；右侧液压缸组中的各液压缸通过右侧液压管路的控制发生动作，重新调节右侧的M个单绳导向轮中各导向轮的位置，直至驱动钢丝绳组各根钢丝绳右侧部分的张力和驱动钢丝绳左侧各绳的张力相等，右侧液压缸组中各液压缸停止动作，右侧M个单绳导向轮中各导向轮停止移动；与每一个卷筒连接的两条驱动钢丝绳，分别对该卷筒施加方向相反的有转动倾向的力矩；卷筒从两个驱动钢丝绳中张力较小的一侧转动，张力较大的钢丝绳从卷筒上松下，张力较小的钢丝绳在卷筒上绕紧，直至两条钢丝绳张力相等，卷筒不再转动。

相比现有技术，本发明的一种地下水平驱动布置式超深牵引系统及使用方法，具有以下优势：

1.该系统将驱动滚筒装置置于地下水平排布，通过驱动滚筒的转动实现容器的提升，比将驱动装置安装在天轮相比具有更高的可靠性，减少事故发生的可能性；

2.该系统的驱动装置集中，便于维修；且可根据实际工况选择合适数目的液压驱动装置，负载量较大，适用性较广泛；

3.该系统是多绳导向和单绳导向相结合的绕绳方式，能有效平衡驱动钢丝绳的张力，与传统的提升系统相比能充分发挥驱动钢丝绳的性能，延长其使用寿命。

4.多绳及多驱动装置的特点大大提高了系统的运载量，多组驱动滚筒的排布提高了驱动钢丝绳在滚筒上的包围角，使得驱动钢丝绳与轮间的摩擦力增大，很大程度上减小了驱动钢丝绳打滑的可能，降低了驱动钢丝绳磨损的速度。

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是本发明一个实施例的主视图。

图2是本发明实施例中第一驱动钢丝绳的绕绳方式示意图。

图3是本发明实施例中第二驱动钢丝绳的绕绳方式示意图。

图4是本发明实施例中第三驱动钢丝绳的绕绳方式示意图。

图5是本发明实施例中第四驱动钢丝绳的绕绳方式示意图。

图6是本发明实施例中驱动钢丝绳的排布俯视图。

图7是本发明实施例中地下布置左侧的部分的结构示意图。

图8是本发明实施例中左侧驱动滚筒组的绕绳细节示意图。

图9是本发明实施例中多绳导向轮组两侧驱动滚筒组的排布示意图。

图10-1和10-2分别是本发明实施例中左容器和右容器底部钢丝绳的排布示意图。

图中：1-1、主天轮，1-2、辅助天轮，2、随动钢丝绳，3-1、左边容器，3-2、右边容器，4、防坠网，5-1、左边多绳导向轮，5-2、右边多绳导向轮，6-1、左单绳导向轮Ⅰ，6-2、左单绳导向轮Ⅱ，6-3、左单绳导向轮Ⅲ，6-4、左单绳导向轮Ⅳ，8-1、右单绳导向轮Ⅰ，8-2、右单绳导向轮Ⅱ，8-3、右单绳导向轮Ⅲ，8-4、右单绳导向轮Ⅳ，7-1-2、左复绕滚筒Ⅰ，7-2-2、左复绕滚筒Ⅱ，7-3-2、右复绕滚筒Ⅰ，7-4-2、右复绕滚筒Ⅱ，7-1-1、左驱动滚筒Ⅰ，7-2-1、左驱动滚筒Ⅱ，7-3-1、右驱动滚筒Ⅰ，7-4-1、右驱动滚筒Ⅱ，9-1、第一驱动钢丝绳，9-2、第二驱动钢丝绳，9-3、第三驱动钢丝绳，9-4、第四驱动钢丝绳，10-1、左侧液压缸组，10-2、左侧液压管路，11-1、右侧液压缸组，11-2、右侧液压管路，12、泵站，13、卷筒Ⅰ，14、卷筒Ⅱ。

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。

图1所示为本发明一个较佳实施例的地下水平驱动布置式超深牵引系统的整体布置形式。该系统包括两个天轮，两个水平对称布置的多绳导向轮，四个驱动滚筒，四个依附于驱动滚筒的复绕滚筒，两个容器，两个卷筒，八个水平对称布置的单绳导向轮，四根驱动钢丝绳和一根随动钢丝绳。所述的容器由一个左边容器3-1和一个右边容器3-2组成；所述的天轮由主天轮1-1和辅助天轮1-2组成；多绳导向轮组由左边多绳导向轮5-1和右边多绳导向轮5-2组成；每个驱动滚筒组由分别相对应的一个驱动滚筒(依次为左驱动滚筒Ⅰ7-1-1、左驱动滚筒Ⅱ7-2-1、右驱动滚筒Ⅰ7-3-1和右驱动滚筒Ⅱ7-4-1)和一个复绕滚筒(依次为左复绕滚筒Ⅰ7-1-2、左复绕滚筒Ⅱ7-2-2、右复绕滚筒Ⅰ7-3-2和右复绕滚筒Ⅱ7-4-2)组成；由位于左侧的两组驱动滚筒和复绕滚筒构成的左侧驱动滚筒组，与由位于右侧的两组驱动滚筒和复绕滚筒构成的右侧驱动滚筒组，关于主天轮1-1的中轴线对称分布；每个所述的驱动滚筒上都设有8个绳槽，每个复绕滚筒上均设有4个绳槽，每个多绳导向轮上均设有四个绳槽。每个单绳导向轮组分别由相对应的两个导向轮组成，即左单绳导向轮Ⅰ6-1和左单绳导向轮Ⅱ6-2组成一个左侧的单绳导向轮组，左单绳导向轮Ⅲ6-3和左单绳导向轮Ⅳ6-4组成一个右侧的单绳导向轮组；所有的单绳导向轮组中左侧四个单绳导向轮和右侧四个单绳导向轮均在其轴向方向相对错开布置。四根驱动钢丝绳组中各条钢丝绳所绕的单绳导向轮组的绳槽依次和四个复绕滚筒的四个相应的绳槽对应。张力平衡调节系统由泵站12、左侧液压缸组10-1、左侧液压管路10-2、右侧液压缸组11-1、右侧液压管路11-2、卷筒Ⅰ13和卷筒Ⅱ14组成；张力平衡调节系统分别对左右两侧的单绳导向轮组独立进行控制，即液压管路10-1和右侧液压缸组11-1不连通；所述张力平衡调节系统左右两侧单绳导向轮组中的每个导向轮均配有一个液压缸，各单绳导向轮均有沿水平方向左右运动的自由度。

继续参见图1，主天轮1-1置于地面以上，辅助天轮1-2置于主天轮1-1右下方。随动钢丝绳2绕过主天轮1-1的上轮缘半周两端下垂，左端下垂部分连接于左边容器3-1的顶端，右端下垂部分绕过辅助天轮1-2左轮缘连接于右边容器3-2顶端。左边容器3-1底端装有卷筒Ⅰ13和卷筒Ⅱ14，卷筒Ⅰ13上绕有第一驱动钢丝绳9-1和第二驱动钢丝绳9-2，卷筒Ⅱ14上面绕有第三驱动钢丝绳9-3和第四驱动钢丝绳9-4。所述左边多绳导向轮5-1和右边多绳导向轮5-2的中心轴线水平对称布置，靠近左边多绳导向轮5-1和右边多绳导向轮5-2的上方位置装有防止杂物坠落的防坠网4。如图2所示为第一驱动钢丝绳9-1的排布图，第一驱动钢丝绳9-1从卷筒Ⅰ13开始，绕过左边多绳导向轮5-1右侧轮缘的第一个绳槽，左单绳导向轮Ⅰ6-1，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第一个绳槽，左复绕滚筒Ⅰ7-1-2的第一个绳槽，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第二个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第二个绳槽，左复绕滚筒Ⅱ7-2-2的第一个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第一个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第一个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-2的第一个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-1的第二个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第二个绳槽，右复绕滚筒Ⅱ7-4-2的第一个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第一个绳槽，右单绳导向轮Ⅳ8-4，右边多绳导向轮5-2第一个绳槽，右边容器3-2底部。

如图3所示为第二驱动钢丝绳9-2的排布图，第二驱动钢丝绳9-2从卷筒Ⅰ13开始，绕过左边多绳导向轮5-1右侧轮缘的第二个绳槽，左单绳导向轮Ⅱ6-2，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第三个绳槽，左复绕滚筒Ⅰ7-1-2的第二个绳槽，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第四个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第四个绳槽，左复绕滚筒Ⅱ7-2-2的第二个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第三个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第三个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-2的第二个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-1的第四个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第四个绳槽，右复绕滚筒Ⅱ7-4-2的第二个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第三个绳槽，右单绳导向轮Ⅲ8-3，右边多绳导向轮5-2第二个绳槽，右边容器3-2底部。

如图4所示为第三驱动钢丝绳9-3的排布图，第三驱动钢丝绳9-3从卷筒Ⅱ14开始，绕过左边多绳导向轮5-1右侧轮缘的第三个绳槽，左单绳导向轮Ⅲ6-3，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第五个绳槽，左复绕滚筒Ⅰ7-1-2的第三个绳槽，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第六个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第六个绳槽，左复绕滚筒Ⅱ7-2-2的第三个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第五个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第五个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-2的第三个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第六个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第六个绳槽，右复绕滚筒Ⅱ7-4-2的第三个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第五个绳槽，右单绳导向轮Ⅱ8-2，右边多绳导向轮5-2的第三个绳槽，右边容器3-2底部。

如图5所示为第四驱动钢丝绳9-4的排布图，第四驱动钢丝绳9-4从卷筒Ⅱ14开始，绕过左边多绳导向轮5-1右侧轮缘的第四个绳槽，左单绳导向轮Ⅳ6-4，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第七个绳槽，左复绕滚筒Ⅰ7-1-2的第四个绳槽，左驱动滚筒Ⅰ7-1-1的第八个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第八个绳槽，左复绕滚筒Ⅱ7-2-2的第四个绳槽，左驱动滚筒Ⅱ7-2-1的第七个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第七个绳槽，右复绕滚筒Ⅰ7-3-2的第四个绳槽，右驱动滚筒Ⅰ7-3-1的第八个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第八个绳槽，右复绕滚筒Ⅱ7-4-2的第四个绳槽，右驱动滚筒Ⅱ7-4-1的第七个绳槽，右单绳导向轮Ⅱ8-2，右边多绳导向轮5-2的第四个绳槽，右边容器3-2底部。

如图6所示为各轮的相对分布位置，左侧驱动滚筒组(依次为左驱动滚筒Ⅰ7-1-1和左复绕滚筒Ⅰ7-1-2、左驱动滚筒Ⅱ7-2-1和左复绕滚筒Ⅱ7-2-2)和右侧驱动滚筒组(依次为右驱动滚筒Ⅱ7-4-1和右复绕滚筒Ⅱ7-4-2、右驱动滚筒Ⅰ7-3-1和右复绕滚筒Ⅰ7-3-2)关于主天轮1-1的中轴线对称分布。驱动钢丝绳组(包括第一驱动钢丝绳9-1、第二驱动钢丝绳9-2、第三驱动钢丝绳9-3、第四驱动钢丝绳9-4)中各条钢丝绳所绕的单绳导向轮组(包括左单绳导向轮Ⅰ6-1和右单绳导向轮Ⅳ8-4、左单绳导向轮Ⅱ6-2和右单绳导向轮Ⅲ8-3、左单绳导向轮Ⅲ6-3和右单绳导向轮Ⅱ8-2、左单绳导向轮Ⅳ6-4和右单绳导向轮Ⅰ8-1)的绳槽依次和四个复绕滚筒(即左复绕滚筒Ⅰ7-1-2、左复绕滚筒Ⅱ7-2-2、右复绕滚筒Ⅰ7-3-2、右复绕滚筒Ⅱ7-4-2)的四个相应的绳槽对应。左侧四个单绳导向轮(即左单绳导向轮Ⅰ6-1、左单绳导向轮Ⅱ6-2、左单绳导向轮Ⅲ6-3和左单绳导向轮Ⅳ6-4)和右侧四个单绳导向轮(右单绳导向轮Ⅰ8-1、右单绳导向轮Ⅱ8-2、右单绳导向轮Ⅲ8-3和右单绳导向轮Ⅳ8-4)均在其轴向方向相对错开布置。

图7所示为左侧四个单绳导向轮((即左单绳导向轮Ⅰ6-1、左单绳导向轮Ⅱ6-2、左单绳导向轮Ⅲ6-3和左单绳导向轮Ⅳ6-4)的位置分布和左侧驱动滚筒组的分布。四个单绳导向轮轴向和径向均相对错开布置。

图8为左侧两个驱动滚筒组(即左驱动滚筒Ⅰ7-1-1和左复绕滚筒Ⅰ7-1-2、左驱动滚筒Ⅱ7-2-1和左复绕滚筒Ⅱ7-2-2)的相对分布位置，绕绳方式已在上文叙述，在此说明驱动导向轮组中驱动滚筒和复绕滚筒的相对布置方式。每一个驱动滚筒组中，各驱动滚筒上有8个绳槽，各复绕滚筒上有4个绳槽。复绕滚筒中的绳槽与驱动滚筒两个相邻绳槽的槽脊相对布置。

图9为多绳导向轮组(左边多绳导向轮5-1和右边多绳导向轮5-2)两侧的驱动滚筒组的布置位置和绕绳方式。

图10-1和10-2所示分别为左边容器3-1和右边容器3-2底部钢丝绳的连接方式，左边容器3-1底部安置卷筒Ⅰ13和卷筒Ⅱ14，卷筒Ⅰ13上绕有第一驱动钢丝绳9-1和第二驱动钢丝绳9-2，卷筒Ⅱ14上绕有第三驱动钢丝绳9-3和第四驱动钢丝绳9-4，四条驱动钢丝绳均从其相应的卷筒Ⅰ13或卷筒Ⅱ14两侧出绳，具体排布以图10-1为例说明：左边容器3-1底部通过轴承支座固定安置卷筒Ⅰ13和卷筒Ⅱ14，与每个卷筒Ⅰ13连接的两根驱动钢丝绳中，每根驱动钢丝绳的一端，通过钢丝绳卡扣在卷筒Ⅰ13的外圆柱侧面的靠近端面处与卷筒Ⅰ13连接；两根提升钢丝绳在卷筒Ⅰ13上有相同的螺旋缠绕方向；两条驱动钢丝绳的出绳端分布于卷筒轴中部的两侧，均从卷筒Ⅰ13下侧出绳。

当左边容器3-1提升时，主天轮1-1，驱动滚筒组(左侧驱动滚筒组+右侧驱动滚筒组)和单绳导向轮组顺时针转动；辅助天轮1-2和多绳导向轮组逆时针转动。驱动钢丝绳组和随动钢丝绳2构成的闭合系统沿着相应的缠绕路径顺时针运动。当右边容器3-2提升时，各轮的转向和钢丝绳的运动状态与左边容器3-1提升时的运动状态相反。

当驱动钢丝绳组的左右两侧张力不均时，各驱动钢丝绳所受的张力通过左侧四个单绳导向轮各轮分别传递给左侧液压缸组10-1中各自依附的液压缸。左侧液压缸组10-1通过左侧液压管路10-2的控制发生动作，重新调节左侧四个单绳导向轮的位置，直至驱动钢丝绳组各根钢丝绳左侧部分的张力相等，左侧液压缸组10-1中各液压缸停止动作，左侧四个单绳导向轮中各导向轮停止移动。驱动钢丝绳组右侧各驱动钢丝绳所受的张力通过右侧四个单绳导向轮各轮分别传递给右侧液压缸组11-1中各自依附的液压缸。右侧液压缸组11-1中的各液压缸通过右侧液压管路11-2的控制发生动作，重新调节右侧的四个单绳导向轮中各导向轮的位置，直至驱动钢丝绳组各根钢丝绳右侧部分的张力和驱动钢丝绳左侧各绳的张力相等，右侧液压缸组11-1中各液压缸停止动作，右侧四个单绳导向轮中各导向轮停止移动。

与卷筒Ⅰ13连接的第一驱动钢丝绳9-1和第二驱动钢丝绳9-2，分别对卷筒Ⅰ13施加方向相反的有转动倾向的力矩。卷筒Ⅰ13从第一驱动钢丝绳9-1和第二驱动钢丝绳9-2中张力较小的一侧转动，张力较大的钢丝绳从卷筒上松下，张力较小的钢丝绳在卷筒上绕紧，直至两条钢丝绳张力相等，卷筒不再转动。与卷筒Ⅱ14连接的第三驱动钢丝绳9-3和第四驱动钢丝绳9-4的张力调节方式和卷筒Ⅰ13的调节方式一致。

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。