孫鵬飛

（遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166）

隨著隧洞開挖運輸?shù)仍O(shè)備的不斷改進和施工技術(shù)的不斷提高，選擇大坡度斜井施工方法也日益增多。而且隨著生產(chǎn)機械化的發(fā)展，加之斜井提升能力大，可實現(xiàn)斜井運輸機械化，還便于新水平的延伸，大坡度斜井快速施工工藝引起國內(nèi)外工程界廣泛關(guān)注和重視，同時斜井提升設(shè)備及配套附屬設(shè)備設(shè)計及應(yīng)用也在被重點研究。

大伙房水庫輸水工程4號斜井，投影長度1 160.89 m，坡度為25.56%，受其坡度限制，主洞開挖石渣運輸必須采用有軌方式，通過對斜井坡度、長度及工期計劃分析決定采用礦井提升機進行運輸。

1 提升設(shè)備選型及復(fù)核

首先根據(jù)主洞開挖任務(wù)量分解，確定分月及每天出渣工作量，擬決定采用2臺JK2.5×2.2型號的單滾筒礦井提升機，礦車采用8 m3礦車。

1.1 礦井提升機主要性能參數(shù)

1）卷筒直徑：φ 2.5 m；卷筒寬度：2.2 m，2.5 m；鋼絲繩直徑：31 mm；最大靜張力：90 kN；減速器名義速比：i=30；容繩量：現(xiàn)場已安裝一層454 m，二層933 m，三層1 454 m；新上場：一層521 m，二層1 088 m，三層1 690 m；速度：3.2 m/s；高壓電機功率：315 kW/10 kV 8極，轉(zhuǎn)速740 r/min。

2）提升機主要配置。主軸裝置：塑襯（帶繩槽）；主軸，材質(zhì)：45號；卷筒，材質(zhì)：16 Mn；基礎(chǔ)螺栓及配件：行星齒輪減速器；齒輪聯(lián)軸器：CL15；彈性聯(lián)軸器：B10；液壓站：B105；潤滑站：T801；牌坊式深度指示器：天輪裝置（2 m游動天輪，游距900 mm）。

1.2 設(shè)備參數(shù)復(fù)核

1.2.1 容繩率復(fù)核

根據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，該型礦井提升機的容繩率計算如下：

平均纏繞直徑：

式中：D為滾筒直徑，為2.5 m；nz為纏繞層數(shù)，取值為3；d為鋼絲繩直徑，為31 mm；ε為繩圈之間的間隙，取值為3。

將上述數(shù)值代入公式中，Dp=2.552 m。

三層纏繞繩長：

式中：B為滾筒寬度，取值為2.2 m；b為穿繩孔直徑，為d+5；d為鋼絲繩直徑，為31 mm；ε為繩圈之間的間隙，取值為3；nm為摩擦圈，取值為3；ng為多層纏繞時供移動用的繩圈，取值為4；Ls為試驗繩長度，取值為30 m。

將上述參數(shù)代入公式中，H3=1 443 m（與廠家提供的參數(shù)略有出入，應(yīng)是參數(shù)取值有一定差異所致）。

根據(jù)招標(biāo)文件，工程10號支洞施工長度與探度長度一致，為1 161.53 m，洞外長度按100 m計，根據(jù)《規(guī)范》要求，卷揚機上要留不少于3圈的鋼絲繩，同時應(yīng)有提升鋼絲繩試驗長度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉5 m，按提升鋼絲繩的使用壽命為3年計，則試驗長度為30 m；

經(jīng)復(fù)核：容繩率滿足要求。

1.2.2 滾筒直徑復(fù)核

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：提升裝置的滾筒的最小直徑與鋼絲繩直徑之比值不得小于80，且圍抱角大于90°；滾筒直徑D=80×31=2 480 mm＜2 500 mm，經(jīng)復(fù)核，滾筒直徑滿足規(guī)程要求；《規(guī)程》規(guī)定在多層纏繞情況下卷筒必須設(shè)有帶繩槽的襯墊，符合要求。

1.2.3 提升速度復(fù)核

經(jīng)復(fù)核，提升速度滿足設(shè)計要求。

1.2.4 最大靜張力復(fù)核

1）荷載計算

礦車自重：根據(jù)現(xiàn)場情況，采用8 m3側(cè)卸式礦車進行出渣，礦車特性見表1。

表1 礦車技術(shù)參數(shù)表

2）鋼絲繩選型

容量：8 m3；自重：5.093 t；載重20 t；最小轉(zhuǎn)彎半徑18 m；規(guī)矩900 mm；軸距2 600 mm；運行速度3.2 m/s。

根據(jù)《規(guī)程》，以磨損為主要損壞原因時，如斜井提升應(yīng)選用外層鋼絲較粗的鋼絲繩，選用6×7+FC-φ31 mm鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強度為1 770 MPa，參考重量為3.48 kg/m，最小破斷拉力為572 kN。

3）提升機最大靜張力復(fù)核，見圖1。

圖1 提升機最大靜張力

礦車出碴狀態(tài)情況：

8 m3礦斗提升機受力最大狀態(tài)為礦車在滿載同時在鋼絲繩最長情況：

式中：Q為提升一次重量,20 000 kg；Qm為礦車的總重5 093 kg；α為井筒傾角,14.1°；f1為礦車運動時的阻力系數(shù),取0.015；P為鋼絲繩每米重量，按常規(guī)6×7φ31鋼絲繩取值3.48 kg/m；L為提升斜長1 300 m；f2為鋼絲繩運動阻力系數(shù)（鋼絲繩全部支承在地滾上，取 f2=0.15～0.20；鋼絲繩局部支承在地滾上，取 f2=0.25～0.40；鋼絲繩全部支承在底板或枕木上拖動時，取 f2=0.4～0.6），根據(jù)工程實際情況取值為0.3。

代入式（4）計算得F=87.1 kN＜90 kN。

4）8 m3礦斗提升機電動機功率

式中：F為最大靜張力；V為繩速，取值為2.8 m/s；η為功率因子，取值為0.9。

代入式（5）計算N=294 kW＜315 kW，經(jīng)計算，選配的電動機功率可以滿足要求。

5）鋼絲繩復(fù)核計算

8 m3礦車裝載碴料的情況：572/87.1=6.56＞6.5，經(jīng)復(fù)核，安全系統(tǒng)滿足規(guī)程要求。

2 提升系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)置渣倉、卸料區(qū)主要解決材料運輸與出渣之間的影響，盡最大可能減少影響正常的出渣作業(yè)。礦車平均運行速度按2 m/s，故礦車單程時間為1 300/2/60≈11 min，1臺礦車往返一次按25 min計算，1臺礦井提升機最大運輸效率為19.2 m3/h，2臺礦井提升機最大運輸效率為38.4 m3/h。為保證施工進度，施工過程中盡快將掌子面騰出，故在主支洞交叉口處設(shè)置一處35 m×3 m×6 m（長×深×寬）渣倉，在最不利的情況下，將開挖循環(huán)的全部渣料先運輸?shù)皆鼈}臨時存放，然后由礦車運輸出洞，不影響下一道工序的進行。

3 附屬設(shè)備配置

3.1 出渣設(shè)備

主洞開始施工前期階段，采用2臺LG953型裝載機先將掌子面渣料運輸?shù)酱嬖鼌^(qū)，為下一道施工工序爭取時間，然后由2臺裝載機配合將渣料裝入礦車內(nèi)運出洞外。當(dāng)主洞掌子面施工至距主支洞交叉口處200 m時，采用礦井提升機將2臺自卸車牽引至主洞內(nèi)，由1臺裝載機在掌子面處負責(zé)裝渣，自卸車將渣運輸?shù)街髦Ф唇徊嫣幵鼈}臨時存放，后由2臺裝載機配合將渣料裝入礦車內(nèi)運出洞外。

3.2 混凝土及材料運輸設(shè)備

主洞內(nèi)混凝土及材料采用混凝土罐車或自卸車無軌運輸，洞外材料在未出渣時間或礦車卸渣后處于洞口時，裝入礦車運至主洞，經(jīng)曲軌卸入卸料區(qū)。

3.3 人員運輸

進入主洞施工后，人員上下采用抱軌式人車進行接送。抱軌式人車運行至主支洞交叉口后，停放于副線停車位，以減少對出渣及材料運輸?shù)母蓴_。在主線上的礦車在卸料區(qū)停車位停好后，經(jīng)摘鉤、掛鉤工作，將停于副線的人車提至洞口下車點，完成人員運輸。

4 結(jié)語

采用礦井提升機運輸出渣，在北方受冬季低氣溫影響小，不需要對軌道及洞口保溫。其工序相對簡單，進度較快，該礦井提升機及附屬設(shè)備設(shè)計方案從可行性、安全性考慮均能夠滿足使用要求，為類似其他斜井運輸提供較好參考。

［1］王秀蘭.主斜井提升設(shè)備選型研究［J］.山東煤炭科技，2007（1）.

［2］楊健康.礦井提升設(shè)備應(yīng)用研究［J］.中國科技縱橫，2011（24）.