趙 鵬

(華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100035)

立井臨時(shí)改絞混合提升設(shè)備選型計(jì)算

趙 鵬

(華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100035)

針對(duì)某基建礦井吊桶提升無(wú)法滿足高效建設(shè)的現(xiàn)狀，提出了雙罐籠加雙箕斗的混合提升臨時(shí)改絞方案。通過(guò)選型計(jì)算和安全校驗(yàn)，確定了罐籠提升系統(tǒng)采用18×7-28-1770型鋼絲繩、TXG2000/28型鑄鋼天輪、2JK-2.5/20型提升機(jī)，箕斗提升系統(tǒng)采用2JK-3.5/20型提升機(jī)的設(shè)備選型方案，并對(duì)其提升能力進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，立井臨時(shí)改絞混合提升系統(tǒng)能夠大幅提高礦井提升能力，縮短建井周期6個(gè)月，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可為基建礦井立井提升提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)保障。

立井；臨時(shí)改絞；混合提升；設(shè)備選型

立井井筒工程是礦井建設(shè)中的關(guān)鍵工程[1]。立井井筒在礦井建設(shè)中雖然僅占工程量的3.5%～5%，而工期卻占總工期的35%～40%，通過(guò)選擇合理的提升設(shè)備進(jìn)行臨時(shí)改絞，可在短時(shí)間內(nèi)形成較大提升能力，大大縮短礦井建設(shè)工期，節(jié)約建設(shè)成本，盡快創(chuàng)見(jiàn)效益[2-4]。國(guó)內(nèi)許多專家對(duì)井筒提升系統(tǒng)進(jìn)行研究，取得了一定成果，但對(duì)于混合提升臨時(shí)改絞的研究還相對(duì)較少[5-9]。某在建千萬(wàn)噸礦井，入風(fēng)立井、回風(fēng)立井短路貫通后，對(duì)入風(fēng)立井原吊桶提升進(jìn)行臨時(shí)改絞，提出雙罐籠與雙箕斗的混合式提升方案，并同步施工提升、供電等配套系統(tǒng)。該臨時(shí)改絞混合提升系統(tǒng)大大提高了礦井建設(shè)質(zhì)量和速度，同時(shí)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為煤礦建設(shè)期間臨時(shí)改絞方案及設(shè)備選擇提供了借鑒。

1 立井混合提升臨時(shí)改絞方案

井筒布置方案：2JK-2.5/20型絞車配2個(gè)1.5t單層單車鑿井罐籠；2JK-3.5/20型提升機(jī)配2個(gè)6t箕斗；布置膠質(zhì)風(fēng)筒2路；壓風(fēng)管1路；供水管1路；布置排水管2路；布置高壓電纜2路；臨時(shí)放炮電纜1路；布置通訊、信號(hào)、監(jiān)控電纜各1路。立井臨時(shí)改絞混合提升平面布置如圖1所示。

固定方式：電纜采用單繩懸吊，管路、風(fēng)筒均采用雙繩懸吊；管路、風(fēng)筒、動(dòng)力及放炮電纜等均懸掛于封口盤(pán)上；罐道繩和制動(dòng)繩掛于天輪平臺(tái)，并在井底設(shè)穩(wěn)繩生根平臺(tái)；穩(wěn)繩采用液壓螺桿拉緊裝置進(jìn)行張緊，制動(dòng)繩不需張緊。

施工方案：當(dāng)入風(fēng)立井臨時(shí)車場(chǎng)施工結(jié)束后，下放綜掘設(shè)備后即進(jìn)行入風(fēng)立井混合提升臨時(shí)改絞。井筒改絞時(shí)，井筒內(nèi)的管路和線路較多，其安裝應(yīng)遵循“先下后上，先管線后固定”的原則，即先進(jìn)行井筒下部工作，后進(jìn)行上部工作，先下放管路和電纜等，后安裝封口盤(pán)、上部套架及天輪平臺(tái)等。

圖1 立井臨時(shí)改絞混合提升平面布置/mm

2 立井混合提升系統(tǒng)的選型及驗(yàn)算

2.1 罐籠提升系統(tǒng)

2.1.1 提升鋼絲繩選型計(jì)算

該立井井筒上口標(biāo)高+1488.5m，井底馬頭門(mén)標(biāo)高+1135.35m。罐籠安全系數(shù)ma提物時(shí)為7.5，提人時(shí)為9；提升高度353m；最大懸垂高度H0為380 m；罐籠自重Q1為2695kg；抓捕器重Q2為550kg；鋼絲繩終端凈荷載Q為3166kg。

1)鋼絲繩終端荷載

鋼絲繩終端荷載，見(jiàn)式(1)。

Q0=Q+Q1+Q2=6411kg

(1)

2)鋼絲繩單位重量計(jì)算

鋼絲繩單位重量計(jì)算，見(jiàn)式(2)

=2.893(kg/m)

(2)

式中σB為鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度，取σB=1770MPa。

3)鋼絲繩選擇及安全校驗(yàn)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選18×7-28+FC-1770(GB/T8919-1996)型鋼絲繩，其最小鋼絲破斷拉力總和為Qd=1.283×455000/9.81==59507kg，單位長(zhǎng)度重量為PSB=3.06kg/m，最粗鋼絲直徑1.88mm。提人時(shí)和提物時(shí)的鋼絲校驗(yàn)見(jiàn)式(3)和式(4)。

提人時(shí)

(3)

提物時(shí)

(4)

根據(jù)計(jì)算，所選18×7-28-1770型鋼絲繩滿足安全使用要求。

2.1.2 提升天輪的選型

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定[10-11]：D≥60d=60×28=1680mm(d為鋼絲繩直徑)；D≥900δ=900×1.88=1692mm(δ為最粗鋼絲直徑)。選用直徑TXG2000/28型鑄鋼天輪，其破斷力總和為65851kg，滿足要求。

2.1.3 提升機(jī)的選擇

1)鋼絲繩作用在滾筒上的最大靜張力和靜張力差

最大靜張力見(jiàn)式(5)，最大靜張力差見(jiàn)式(6)。

Fj=Q+PSB·H0=6411+3.06×380

=7573.8kg

(5)

=4328.8kg

(6)

2)提升機(jī)選選擇

根據(jù)以上計(jì)算，選用2JK-2.5/20型提升機(jī)，性能參數(shù)見(jiàn)表1。

3)校驗(yàn)卷筒寬度

卷筒寬度校驗(yàn)見(jiàn)式(7)。

(28+3)=1712mm

(7)

式中：提升高度H取380m；試驗(yàn)繩長(zhǎng)度30m；繩圈間隙ε取3；繩徑d 為38mm；n纏繩層數(shù)。纏繞層數(shù) n=B/BT=1712/1200=1.43(層)，需纏2層鋼絲繩。

根據(jù)以上計(jì)算，所選絞車滾筒寬度符合規(guī)定。

4)電動(dòng)機(jī)功率校核

電動(dòng)機(jī)功率校核見(jiàn)式(8)。

P=Fj×Vm÷102÷ηc=7573.8×4.7÷102

÷0.85=410.6kW<470kW

(8)

電動(dòng)機(jī)功率滿足使用要求。

2.2 箕斗提升系統(tǒng)

箕斗提升系統(tǒng)安全系數(shù)ma為6.5，最大懸垂高度H0為400 m，箕斗自重QZ為 4200kg，鋼絲繩終端凈荷載Q為6000kg。采用罐籠提升系統(tǒng)選型的方法進(jìn)行箕斗提升系統(tǒng)選型。選18×7-32+FC-1770(GB/T 8919-1996)型鋼絲繩，其最小鋼絲破斷拉力總和為Qd為77686kg，單位長(zhǎng)度重量為PSB=3.99kg/m，最粗鋼絲直徑2.18mm。選用Φ2.5m鑿井提升天輪，其允許最大繩徑Φ40mm，鋼絲繩全部破斷力總和11350kN。提升機(jī)選型見(jiàn)表2。

表1 罐籠提升機(jī)技術(shù)特征表

表2 箕斗提升機(jī)技術(shù)特征表

3 混合提升系統(tǒng)提升能力計(jì)算

3.1 罐籠提升能力計(jì)算

3.1.2 罐籠提升能力計(jì)算

罐籠提升包括加速、減速、爬行、停車及等速5個(gè)階段，一次循環(huán)提升時(shí)間Km為151.9s。罐籠提升能力計(jì)算見(jiàn)式(9)。

(9)

式中，礦車容積VZ取1.7 m3，礦車個(gè)數(shù)n 為1，礦車的裝滿系數(shù)Km取0.9，提升不均勻系數(shù)C取1.15。代入可得，AT=31.53 m3/h。

3.1.2 罐籠提升量計(jì)算

如果每天按18個(gè)小時(shí)計(jì)算，則每天的提升量計(jì)算見(jiàn)式(10)。

ATT=18·AT=18×31.53=567.54m3/d

(10)

該礦井巷道斷面混凝土消耗量為3.2m3/m，錨桿19根/m，網(wǎng)片60.83kg/m故采用一對(duì)1.5t單層一車鑿井罐籠可滿足五個(gè)綜掘(400m/月)、三個(gè)炮掘(150m/月)的支護(hù)材料的下放。單層一車鑿井罐籠有效面積4.12m2，額定乘人數(shù)23人，集中交接班時(shí)間按30min計(jì)算，則可下人數(shù)為：23×30×60÷151.9=272人。

3.2 箕斗提升能力計(jì)算

箕斗提升包括加速、減速、爬行、停車及等速5個(gè)階段，一次循環(huán)提升時(shí)間Km為136.02s。箕斗提升能力計(jì)算公式見(jiàn)式(11)。

(11)

式中，箕斗容積Vj取6.6m3，箕斗裝滿系數(shù)Km取0.9，提升不均勻系數(shù)C取1.15。代入可得，AT=136.7m3/h。

該礦巷道斷面巷道掘進(jìn)面積23.8m2，煤的松散系數(shù)按1.4，每天按20小時(shí)提升時(shí)間，每月按30天計(jì)算，則可滿足月進(jìn)尺2462m要求，滿足五個(gè)綜掘(400m/月)、三個(gè)炮掘(150m/月)施工。

4 結(jié) 論

雙箕斗與雙罐籠的混合式臨時(shí)改絞系統(tǒng)改造和設(shè)備選型的成功，使該礦基本建設(shè)時(shí)期提升能力大幅度提高，滿足全礦井二、三期的人員、材料設(shè)備、煤矸石等上下井的提升需要，極大的縮短了建井周期，由此帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)臨時(shí)改絞混合提升，井筒建設(shè)提前6個(gè)月竣工，節(jié)約工程造價(jià)、貸款利息及早出煤獲利等約一億余元，同時(shí)也為煤礦基建時(shí)期的立井提升提供了新思路和借鑒。

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Equipment selection calculation ofvertical shafttemporary change mixed lifting

ZHAO Peng

(Huadian Coal Industry Group Co.，Ltd.，Beijing 100035，China)

Sincea bucket hoist systemcan not satisfy efficient construction in mine construction stage，a mixed lifting scheme ofdouble cage with double skipin temporary change twist period isproposed.By computing and security check，equipment selection programis determined that the cage hoisting system uses a 18 × 7-28-1770 wire rope，TXG2000 / 28-type steel sheave，2JK-2.5 / 20-hoist，skip hoisting system uses 2JK- 3.5 / 20 hoist.，and its lifting capacity were calculated too.The results show that a mixed lifting scheme ofdouble cage with double skip in temporary change twist period can significantly increase lift capacity，shorten the construction cycle by six months，bring considerable economic benefits，and provide the theoretical basis and scientific support fora coal mine shaft hoist system construction.

vertical shaft；temporary change；mixedupgrade；equipment selection

2015-01-02

趙鵬(1969-)，男，工程師，本科學(xué)歷，1992年畢業(yè)于西安礦業(yè)學(xué)院機(jī)電工程專業(yè)，主要從事煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)管理工作，現(xiàn)任華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司規(guī)劃發(fā)展部主任。E-mail：peng.zhao@chdmy.com.cn。

TD 262.3

A

1004-4051(2015)08-0141-03