左明明

（中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司， 遼寧 撫順 113000）

1 工程概況

山西某礦礦井采用主、副兩個(gè)立井開拓，中央并列式通風(fēng)方式。主井擔(dān)負(fù)礦井煤炭提升任務(wù)，井筒凈直徑4 m，凈斷面積12.56 m2；井口標(biāo)高+30.3 m，卸載口標(biāo)高+40.063 m，裝載口標(biāo)高-379.268 m；采用立井箕斗提升，提升高度426.6 m。提升機(jī)為2JK-3/30.505型單繩纏繞式提升機(jī)，配套電機(jī)采用YR450-6 型三相異步電動(dòng)機(jī)（6 000 V、500 kW）。提升容器為一對(duì)5 t箕斗，提升能力為92 萬t/a；副井擔(dān)負(fù)礦井矸石、人員和物料等輔助提升任務(wù)，采用罐籠提升，井筒直徑4.5m，凈斷面積14.13 m2，井口標(biāo)高+30.3 m，井底車場標(biāo)高-395 m，提升高度425.3 m。提升機(jī)為2JK-3.5/20 型單繩纏繞式提升機(jī)，配套電機(jī)采用YR450-64-8 三相異步電動(dòng)機(jī)（6 000 V、400 kW）。提升容器為一對(duì)1 t 礦車雙層單車罐籠，每次最多可提升24 人或2 輛礦車。

2 技術(shù)改造原因

山西某礦主井箕斗在提升過程中出現(xiàn)橫向擺動(dòng)較大的情況，主井罐道由煤炭工業(yè)部兗州煤礦設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，罐道采用38 kg/m 重軌，布置在箕斗兩側(cè)，每個(gè)箕斗各布置2 條罐道?；放c罐道接觸形式為滑動(dòng)摩擦。這種接觸形式導(dǎo)致鋼軌罐道與箕斗滑動(dòng)罐耳磨損量較大，需要每月更換箕斗滑動(dòng)罐耳，定期更換主井鋼軌罐道，這對(duì)礦井的正常生產(chǎn)造成了的影響，不利于經(jīng)濟(jì)效益最大化；此外，這種接觸形式還導(dǎo)致箕斗提升過程中的噪聲過大。為保證礦井安全生產(chǎn)，降低主井井筒裝備維護(hù)成本和檢修時(shí)間，發(fā)揮主井提升煤炭的最大能力，決定對(duì)主井裝備進(jìn)行改造。

2.1 改造技術(shù)原則

根據(jù)現(xiàn)代化礦井的實(shí)際運(yùn)行情況和經(jīng)驗(yàn)[1]，結(jié)合礦井現(xiàn)有主井提升系統(tǒng)和裝備情況，堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、裝備合理、縮短工期、減少投資、充分利用現(xiàn)有設(shè)施、減少井上下改造工程量、盡最大限度減少對(duì)礦井生產(chǎn)影響以及提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，對(duì)主井裝備進(jìn)行升級(jí)改造。

2.2 井筒裝備改造

現(xiàn)有主井井筒凈直徑為Φ4 m，井筒內(nèi)布置一對(duì)斷面為2 000 mm×1 086 mm 的5 t 多繩箕斗，曲軌卸載，鋼軌罐道，同側(cè)裝卸載。井筒裝備為鋼軌罐道和5 t箕斗。因鋼軌罐道直線度較大，抗彎強(qiáng)度較小，箕斗罐耳與鋼軌罐道之間磨損嚴(yán)重等原因，導(dǎo)致箕斗運(yùn)行不平穩(wěn)。為解決箕斗運(yùn)行穩(wěn)定問題，箕斗罐耳、罐道磨損嚴(yán)重問題以及運(yùn)行噪音問題，需對(duì)井筒罐道進(jìn)行更換或改造[2-3]。

井筒罐道按其結(jié)構(gòu)可分為鋼絲繩罐道和剛性罐道兩種，其結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)如下：

2.2.1 鋼絲繩罐道

鋼絲繩罐道是利用鋼絲繩作提升容器運(yùn)行的罐道，上端固定在井架上，相對(duì)于剛性罐道，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、節(jié)省鋼材、施工期短；但罐道鋼絲繩、防撞繩、防墜器制動(dòng)繩對(duì)井架的荷載很大，井架的強(qiáng)度應(yīng)相應(yīng)增大，故井架需要作出相應(yīng)改造；其下端在井底用重錘或液壓裝置拉緊，井底水窩要求較深；在進(jìn)出車水平還需另設(shè)剛性罐道穩(wěn)罐；啟動(dòng)和停車時(shí)運(yùn)行速度不宜過大，這對(duì)全井提升速度有一定影響。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百五十七條規(guī)定，若使用鋼絲繩罐道，現(xiàn)容器與容器、容器與井壁、容器與井梁之間的間隙值均不符合要求，需要減小箕斗斷面。故使用鋼絲繩罐道既不能縮短工期、減少投資，又不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，該方案予以摒棄。

2.2.2 剛性罐道

剛性罐道常采用型鋼組合罐道、方鋼罐道或鋼軌罐道?，F(xiàn)代大中型礦井中多采用方鋼罐道，罐道和罐道梁之間采用螺栓連接，罐道梁與井壁多采用錨桿和托架。

方鋼罐道主要材料為空心方形型鋼，主要用于終端載荷較大、提升速度較高的提升系統(tǒng)，采用螺栓固定在罐道梁上。方鋼罐道側(cè)向抗彎曲和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大，剛性強(qiáng)度較大，截面系數(shù)大，可配合使用摩擦系數(shù)較小的膠輪滾動(dòng)罐耳。滾動(dòng)罐耳由一個(gè)端面滾輪和兩個(gè)側(cè)面滾輪組成一組圍抱矩形罐道，從而保證容器的穩(wěn)定運(yùn)行，提高提升速度，但其安裝工藝要求也較為嚴(yán)謹(jǐn)，安裝難度較大，首期投入費(fèi)用較多。方鋼罐道不會(huì)使井架載荷加大，對(duì)井架強(qiáng)度影響很??；由于提升容器運(yùn)行平穩(wěn)，罐道與罐耳磨損較小，抗腐蝕能力強(qiáng)，服務(wù)年限較長，近年來國內(nèi)外使用方鋼罐道逐漸增多。其中，環(huán)氧樹脂涂塑罐道具有耐腐蝕性強(qiáng)，拉強(qiáng)度和彎強(qiáng)度大，罐道的直線度、扭曲度小，抗靜電能力和阻燃性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)礦井提升能力和改造技術(shù)原則，主井井筒罐道采用方鋼罐道。能有效提高主井箕斗運(yùn)行穩(wěn)定性，解決罐道與罐耳磨損較大問題。

2.3 箕斗參數(shù)確定

箕斗采用鋼罐道箕斗，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用鋼罐道時(shí)，立井提升容器間距≥200 mm，提升容器與井壁間距≥150mm，容器與井梁間距≥150mm，容器與罐道梁間距≥40 mm，若采用原箕斗斷面為2 000 mm×1 086 mm，需切割部分井梁；或?qū)⒒窋嗝孀钚〕潭瓤s小，以達(dá)到對(duì)井梁不作改動(dòng)、減小工程量的目的?？紤]到防過緩沖，防撞梁高度不再改變，箕斗長度不再改變。

根據(jù)箕斗提升量及自重，選取滾輪罐耳型號(hào)為L25，滾輪直徑250 mm。

3 改造方案

3.1 井筒改造

根據(jù)井筒裝備布置圖情況和現(xiàn)場實(shí)際情況，本著縮短工期、減少投資、盡最大限度減少對(duì)礦井生產(chǎn)影響的原則，提出改造方案。

兩箕斗斷面不改動(dòng)，為2 000 mm×1 086 mm。拆除現(xiàn)有鋼軌罐道，每只箕斗布置兩道方鋼罐道，罐道規(guī)格為160 mm×160 mm×10 mm，罐道布置在箕斗正面，罐道中心線與箕斗中心線重合。在北側(cè)利用現(xiàn)有梯子間梁（工字鋼25b）作為罐道梁，需在南側(cè)井壁安裝用于固定罐道的托架。為滿足罐道安裝及規(guī)程間距要求，需要將北側(cè)梯子間工字鋼切掉部分翼緣，切割尺寸為800 mm×39 mm?？紤]到井筒罐道梁的強(qiáng)度及剛度要求，將18 號(hào)槽鋼與工字鋼腹板栓接，以達(dá)到加固罐道梁的目的，改造方案井筒平面布置如圖1 所示。

圖1 井筒方案平面布置（單位：mm）

改造的優(yōu)點(diǎn)：該方案對(duì)箕斗斷面尺寸不作改變，同時(shí)，礦方考慮向箕斗廠家訂制輕型箕斗，提煤量有所增加，提高經(jīng)濟(jì)效益；該方案較充分利用井筒現(xiàn)有設(shè)施，投資較少，能解決現(xiàn)在提升中存在的問題。缺點(diǎn)：該方案需要在井筒中切割部分梯子間用梁，增加施工難度。

設(shè)計(jì)方案，本著減少投資、減少井上下改造工程量、盡最大限度減少對(duì)礦井生產(chǎn)影響以及提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，既能利用現(xiàn)有設(shè)施、減少工程量，解決現(xiàn)有問題，又有能提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 井口裝備改造

主井井口設(shè)有受煤倉及倉下給煤機(jī)、鋼軌罐道、卸載曲軌、過卷緩沖托罐裝置、防撞梁。

根據(jù)改造原則及井筒改造方案，需要拆除現(xiàn)有鋼軌罐道，安裝方鋼罐道。方鋼罐道規(guī)格為160 mm×160 mm×10 mm。在井口箕斗卸載位置，需要安裝方鋼穩(wěn)罐道，用于穩(wěn)定卸煤時(shí)的箕斗。穩(wěn)罐道與箕斗接觸方式為滑動(dòng)摩擦，穩(wěn)罐道長度10 m，布置于箕斗東西兩側(cè)，穩(wěn)罐道中心線與箕斗中心線重合。在井口受煤倉上箕斗卸載側(cè)位置，不再安裝用于支持滾動(dòng)罐耳的方鋼罐道，為箕斗卸載留出空間。非卸載側(cè)方鋼罐道安裝至井口防撞梁，方鋼罐道與方鋼穩(wěn)罐道要留有足夠的搭接長度。井口還安裝有卸載曲軌，卸載曲軌與箕斗卸載天輪配合使箕斗閘門開閉；礦方訂制箕斗時(shí)考慮新訂箕斗與現(xiàn)有曲軌配合問題，以便井口卸載曲軌不改動(dòng)，井口平面布置如圖2 所示。

圖2 井口平面布置（單位：mm）

現(xiàn)有主井井架為鋼井架，整體結(jié)構(gòu)不改變。需要在鋼井架上安裝支承架，用于支承鋼罐道，必要時(shí)局部安裝橫梁和局部加固。對(duì)現(xiàn)有井架所受載荷進(jìn)行核算，確保井架安全、不失穩(wěn)。

3.3 井底裝備改造

現(xiàn)有井底裝備包括給煤機(jī)、定量斗、測重裝置、控制系統(tǒng)、過放緩沖裝置、防撞梁、鋼軌罐道和清理撒煤設(shè)備。在井底箕斗裝載位置，需要安裝方鋼穩(wěn)罐道，用于穩(wěn)定裝載原煤時(shí)的箕斗。穩(wěn)罐道與箕斗接觸方式為滑動(dòng)摩擦，穩(wěn)罐道長度約10 m，布置于箕斗東西兩側(cè)，安裝于井底金屬支持結(jié)構(gòu)上，穩(wěn)罐道中心線與箕斗中心線重合。在井底裝載硐室箕斗裝載側(cè)位置，不再安裝用于支持滾動(dòng)罐耳的方鋼罐道，防止罐道阻礙原煤裝載。方鋼罐道安裝時(shí)，需在金屬支持結(jié)構(gòu)布置25b 工字鋼以支承箕斗北側(cè)方鋼罐道，需在南側(cè)井壁安裝托架以支承箕斗南側(cè)方鋼罐道，方鋼罐道安裝至井底防撞梁。設(shè)計(jì)時(shí)，確保方鋼罐道與方鋼穩(wěn)罐道有足夠的搭接長度，井底平面布置如圖3 所示。

圖3 井底平面布置（單位：mm）

4 結(jié)語

根據(jù)山西某礦礦井提升能力和改造技術(shù)原則，對(duì)主井井筒罐道采用方鋼罐道，能有效提高主井箕斗運(yùn)行穩(wěn)定性，解決罐道與罐耳磨損較大問題。保證了礦井安全生產(chǎn)，減少了主井井筒裝備維護(hù)成本和檢修時(shí)間，發(fā)揮主井提升煤炭的最大能力，通過對(duì)井筒改造、井口裝備升級(jí)及井底裝備改造，提高了施工工藝質(zhì)量，縮短了工期，降低了施工成本。