王力生

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 100013)

0 引言

紅慶河礦井隸屬內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限公司，設(shè)計(jì)最大建設(shè)規(guī)模1 500萬t/a，主井井筒直徑為Φ9 500 mm，提升高度770 m，裝備2套提升設(shè)備均采用SIEMAG公司5×6塔式多繩摩擦式內(nèi)置電機(jī)提升機(jī)，配德國(guó)SIEMENS公司生產(chǎn)的(9 000 kW、3 300 V、58 r/min)內(nèi)裝式低速交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，最大提升速度為15.18 m/s。紅慶河煤礦副井井筒直徑10.5 m，提升高度683 m，裝備一套特制雙層大罐籠+平衡錘和一對(duì)特制交通罐籠。其中大罐籠+平衡錘提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)礦井交接班升降人員、整體升降液壓支架、無軌膠輪車運(yùn)送材料等提升任務(wù)。另一套特制交通罐籠提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)礦井零散人員及急救提升任務(wù)。2套提升設(shè)備均采用塔式多繩摩擦式提升機(jī)。副井大罐籠提升系統(tǒng)裝備SIEMAG公司一臺(tái)5.6×6塔式多繩摩擦提升機(jī)，配德國(guó)SIMENS公司生產(chǎn)的(3 800 kW，3 150 V、34.38 r/min)低速直聯(lián)懸掛式交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，最大提升速度為10.08 m/s。副井交通罐提升系統(tǒng)裝備SIEMAG公司一臺(tái)JKM2.25×4塔式多繩摩擦輪提升機(jī)，配SIMENS公司375 kW、690 V、743 r/min交流電動(dòng)機(jī)帶減速器傳動(dòng)方式，最大提升速度為7.61 m/s。四部提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)都選用德國(guó)SIEMAG公司交-直-交變頻器，制動(dòng)系統(tǒng)采用德國(guó)SIEMAG公司兩套ST3-F型液壓制動(dòng)系統(tǒng)。主副井四部提升機(jī)井筒罐道均采用矩形空芯組合罐道，矩形罐道型號(hào)規(guī)格見表1。

該主副井提升機(jī)自2016年9月投入運(yùn)行后，檢查測(cè)量了提升機(jī)罐道接頭的間隙發(fā)現(xiàn)，其提升機(jī)罐道接頭間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)《煤礦設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50946—2013)7.4.3第2條的規(guī)定，即規(guī)定中要求鋼軌、組合罐道罐道接頭間隙為2～4 mm，錯(cuò)茬不超過1 mm。為保證提升系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，反復(fù)進(jìn)行分析研究，重點(diǎn)探討罐道接頭間隙的施工方案。

1 罐道接頭間隙不足或缺失的原因及危害

1.1 罐道接頭間隙不足或缺失的原因

紅慶河煤礦提升機(jī)井筒是新建井筒，井筒都采用雙層澆筑，不存在井筒沉降問題。經(jīng)調(diào)查井筒罐道及罐道梁施工都是在冬季施工，施工中雖然采取預(yù)留罐道接頭間隙余量措施，但冬季施工罐道本身呈收縮狀態(tài)下安裝，并且冬季罐道梁及牛腿澆筑不可避免造成牛腿及罐道梁下沉，造成井筒罐道接頭間隙大范圍不足或缺失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，副井兩部提升機(jī)罐道間隙不足或缺失的達(dá)226處，主井井筒罐道接頭間隙不足或缺失的達(dá)143處。

1.2 罐道接頭間隙不足或缺失的危害

礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)煤礦井下與地面人員升降、物料運(yùn)輸及原煤生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，罐道是提升容器在井筒中運(yùn)行的導(dǎo)向裝置，用來減少提升容器的橫向擺動(dòng)，故對(duì)于罐道及罐道接頭間隙的維護(hù)是提升機(jī)維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，罐道接頭間隙不足或沒有會(huì)造成以下問題：

1) 造成罐道調(diào)整困難。罐道應(yīng)力集中引起罐道錯(cuò)茬，造成滾輪罐耳磨損加劇，提升容器在井筒中運(yùn)行中擺動(dòng)及異響加大，給井筒維護(hù)帶來很大的困難。

2) 因溫度升高造成罐道膨脹伸長(zhǎng)。罐道伸長(zhǎng)形成物力應(yīng)力得不到釋放，當(dāng)應(yīng)力超過罐道剛度時(shí)，罐道會(huì)突然發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲變形，提升容器運(yùn)行到變形位置時(shí)，會(huì)突然卡罐，造成提升容器變形損壞，鋼絲繩突然受力造成斷繩甚至墜罐等惡性人員或機(jī)械事故。

2 提升機(jī)矩形罐道接頭所需間隙分析

紅慶河煤礦位于內(nèi)蒙古西部黃河中上游的鄂爾多斯高原腹地，平均海拔在1 000～1 500 m之間，自然地理環(huán)境獨(dú)具特色。根據(jù)內(nèi)蒙古氣象局對(duì)鄂爾多斯1971—2000年月度平均氣溫統(tǒng)計(jì)，見表2所示。

表2 鄂爾多斯市年度氣候溫度統(tǒng)計(jì) ℃

由表2看出，鄂爾多斯一年最高溫度為35.3 ℃，最低溫度為-28.4 ℃，立井井筒由于防寒而預(yù)防井筒結(jié)冰的需要，冬季都會(huì)對(duì)井筒供暖風(fēng)，一般要求井筒進(jìn)風(fēng)溫度不得低于4 ℃，因此，其提升機(jī)井筒溫度變化范圍基本為4 ℃～35 ℃之間，按矩形罐道熱膨脹公式:

L2=α×L1×(T2-T1)

(1)

式中:L2為矩形罐道溫度變化伸長(zhǎng)量；α為矩形罐道溫度膨脹系數(shù)，一般取13.2×10-6;L1為矩形罐道原長(zhǎng)度；T2為最高溫度；T1為最低溫度。

由式1可計(jì)算出一年中各矩形組合罐道，因溫度變化而造成伸縮量及罐道接頭間隙計(jì)算值，見表3所示。

表3 提升機(jī)罐道伸長(zhǎng)量及罐道接頭間隙計(jì)算值

3 氣割罐道接頭間隙施工方案的存在問題

經(jīng)過多方查詢及借鑒其他單位對(duì)罐道接頭間隙解決方案發(fā)現(xiàn)，對(duì)組合罐道接頭間隙解決方案都是采用氣割法，該方法主要存在的問題為：

1) 施工方案復(fù)雜，需要搭接多層平臺(tái)，施工強(qiáng)度大。

2) 施工中，垂直空間中多層平臺(tái)多人垂直多重作業(yè)，占用人員多，平臺(tái)空間狹小，有極大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3) 井筒中燒焊作業(yè)，對(duì)井筒中的電纜、管路、涂油鋼絲繩風(fēng)險(xiǎn)極大，極易造成井筒火災(zāi)、井筒墜物等重大事故。

4) 施工空間狹小，如果罐道接頭與罐道梁固定座之間的間隙不夠，氣割頭無法完整切割，需要罐道端頭脫離罐道支撐梁，多重平臺(tái)起吊作業(yè)下，人員風(fēng)險(xiǎn)極高，另外氣割作業(yè)高溫易造成罐道變形。

5) 單根罐道接頭間隙切割所需施工周期長(zhǎng)，影響礦井正常生產(chǎn)。

4 提升機(jī)罐道接頭間隙施工工藝的改進(jìn)措施

紅慶河煤礦井筒矩形罐道長(zhǎng)度達(dá)到12 m，每根罐道由4根罐道梁或牛腿支撐，罐道截面積達(dá)260 mm2，管壁厚度達(dá)14 mm，并且罐道接頭之間與罐道梁固定座之間僅有7 mm的間隙，氣割頭無法伸入進(jìn)行切割；如果采取氣割方案的話，需要拆解整根罐道使其脫離罐道支撐梁，才能進(jìn)行切割作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)及施工作業(yè)時(shí)間都不允許采用氣割作業(yè)施工。

經(jīng)反復(fù)論證，決定用電動(dòng)管道往復(fù)鋸對(duì)罐道接頭間隙采用冷切割方案。

4.1 方案所需工器具及施工方法

1) 管道電動(dòng)切割鋸選型方案見表4所示。

表4 管道切割鋸選型參數(shù)

2) 電動(dòng)鋸條選型方案見表5所示。 通過計(jì)算，選擇鋸條厚度為2.5 mm的硬質(zhì)合金鋸條，可以一次把罐道接頭間隙切割到位，該型號(hào)鋸條適應(yīng)于高強(qiáng)度鋼與不銹鋼的切割，滿足矩形罐道接頭強(qiáng)度要求。

3) 作為管道往復(fù)切割鋸配套移動(dòng)供電單元，選擇3 kW的柴油發(fā)電機(jī)組，見表6所示。

表5 管道切割鋸鋸條選型參數(shù)

表6 3 kW柴油發(fā)電機(jī)組參數(shù)

4) 罐道接頭切割鋸切割工作臺(tái)設(shè)計(jì)制作。為便于施工設(shè)計(jì)了切割鋸切割工作臺(tái)，為分體結(jié)構(gòu)，兩組卡箍結(jié)構(gòu)裝置用螺栓緊固在需要切割罐道上，平臺(tái)端部設(shè)置切割鋸固定支架和切割鋸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，切割鋸工作工臺(tái)緊固在罐道大致位置后，靠調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)切割鋸鋸條與罐道接頭重合，便于切割成直線，切割工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)間不超過10 min即可完成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 罐道接頭間隙切割工作狀態(tài)

5) 罐道應(yīng)力釋放緩沖楔形墊塊制作。罐道接頭間隙用管道鋸進(jìn)行冷切割時(shí)，為預(yù)防快切割到終端時(shí)罐道應(yīng)力釋放造成夾鋸，需要在罐道接頭間隙切割到一半時(shí)，采用楔形墊塊分別塞在已經(jīng)切割過的罐道接頭間隙的三個(gè)端面中，靠楔形墊塊來承擔(dān)罐道應(yīng)力釋放。楔形墊塊采用硬度達(dá)到HRC60的高碳鋼制作而成，楔形墊塊寬度70 mm，長(zhǎng)度100 mm，楔形尖端0.5 mm，楔形尾端5 mm。

4.2 罐道接頭間隙的施工方案

1) 把柴油發(fā)電機(jī)、管道鋸及鋸條，切割工作平臺(tái)，常用工具以及工作人員(2～3)人共同進(jìn)入提升容器乘人間內(nèi)。

2) 檢修模式把容器停在需要切割罐道接頭處，并閉鎖提升機(jī)。

3) 在罐道上固定切割工作平臺(tái)，固定管道鋸，調(diào)整管道鋸的鋸條與罐道接頭縫對(duì)齊。

4) 打開發(fā)電機(jī)，開動(dòng)切割鋸進(jìn)行罐道切割。

5) 施工狀態(tài)見罐道接頭間隙切割工作狀態(tài)見圖1所示。

5 管道切割鋸切割的效果

罐道冷切割施工與相關(guān)單位氣割切割施工對(duì)比區(qū)別見表7所示。

表7 管道切割鋸切割的效果

6 結(jié)論

紅慶河煤礦提升機(jī)采取管道往復(fù)鋸冷切割方案進(jìn)行時(shí)工，每天檢修占用時(shí)間2 h，切割罐道接頭間隙不少于4個(gè)，經(jīng)過3個(gè)月的連續(xù)施工，在不影響正常檢修及礦井生產(chǎn)的情況下，圓滿完成了369處井筒罐道接頭間隙處理的工作，節(jié)省了大量的人力、物力，保證礦井的安全生產(chǎn)，這種新型的罐道接頭間隙施工方案為其他類似礦井問題處理提供了可靠的借鑒經(jīng)驗(yàn)。