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超深井提升容器的設(shè)計(jì)概念
發(fā)布時(shí)間：2021-06-07 09:25
提出了超深井提升容器的設(shè)計(jì)概念，根據(jù)相關(guān)井筒布置及參數(shù)確立了提升容器的斷面及各部件的選型設(shè)計(jì)，并針對在同一井筒中的不同裝礦點(diǎn)裝載不同礦石并卸載于不同水平的要求，開發(fā)出多點(diǎn)裝礦、多點(diǎn)卸載系統(tǒng)。超深井提升容器的成功應(yīng)用可為將來深井或超深井提升容器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)或借鑒。
隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對各種礦產(chǎn)資源的需求不斷加大，對淺部礦井不斷開發(fā)，淺部礦產(chǎn)資源相應(yīng)減少。我國是一個(gè)礦產(chǎn)資源保有量大國，也是一個(gè)礦產(chǎn)資源的需求大國，因此，礦產(chǎn)資源的開發(fā)應(yīng)向礦井的深部化發(fā)展，相應(yīng)的深部礦井開采提升設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。為了安全有效地實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的開采應(yīng)用，深井或超深井提升容器的設(shè)計(jì)開發(fā)必不可少，井深小于800 m的礦井提升容器為淺部或中深井提升容器，井深超過 800 m的提升容器稱為深井提升容器，井深達(dá)到或超過 1 500 m的提升容器稱為超深井提升容器。超深井提升容器與淺部或中深井提升容器相比，具有自重輕、終端載荷大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。云南馳宏會(huì)澤礦業(yè)分公司3號豎井為礦山深部資源找探礦豎井工程，井深達(dá)到 1 526 m，為亞洲第二深井，屬超深礦井，相應(yīng)的提升容器可稱為超深井提升容器。
1 提升容器及相關(guān)參數(shù)
會(huì)澤礦業(yè)分公司3號豎井的井筒直徑為6.5 m，井筒布置為1臺箕斗配合1臺罐籠的混合提升方式。箕斗斷面為1 940 mm×2 0.0mm，罐籠斷面為5 0.0mm×2 0.0mm，井筒布置如圖1所示。箕斗有效容積為13 m3，最大載重 30.35t，自重 38 t，4 根尾繩總質(zhì)量為118.39 t，因此箕斗終端載荷為186.74 t。罐籠配合箕斗提升，自重 38 t，4 根尾繩總質(zhì)量為118.39 t，罐籠采用雙層結(jié)構(gòu)。
為了便于下放長材及大件，罐籠中盤設(shè)計(jì)為活動(dòng)式，取下中盤后的罐內(nèi)凈高達(dá)到 6.1 m；罐籠下盤設(shè)有活動(dòng)配重車，配重車質(zhì)量為15.175 t。在箕斗正常提運(yùn)時(shí)，配重車開進(jìn)罐籠下盤充當(dāng)配重；在罐籠提人時(shí)，配重車開出罐籠，同時(shí)箕斗不準(zhǔn)提礦，箕斗僅作配重用，罐籠每次提升最多允許乘 80 人/2 層。
2 結(jié)構(gòu)分析及構(gòu)配件選型
2.1 主繩懸掛裝置的選型
箕斗采用 6 根主繩提升。由于箕斗終端載荷較大(目前國內(nèi)在用提升容器中最大)，并且箕斗自重要求較小，主繩懸掛裝置不易選用過大型號。大型號的懸掛裝置自重也大，會(huì)影響箕斗本體的設(shè)計(jì)，只需滿足要求即可，本箕斗選用 XSZ-400(改)型懸掛裝置。
XSZ-400(改)型懸掛裝置是在 XSZ-400 型懸掛裝置的基礎(chǔ)上專門為該公司3號豎井修改設(shè)計(jì)的。由于3號豎井屬超深礦井，6 根提升鋼絲繩的伸長量不一致，需要有較大的調(diào)節(jié)高度。修改設(shè)計(jì)時(shí)，在保持原懸掛裝置破壞載荷及基本功能原理不變的情況下，使調(diào)節(jié)高度由 933 mm 增加到 1 200 mm，滿足了使用要求。
XSZ-400 型懸掛裝置是徐州煤礦安全設(shè)備制造有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造并應(yīng)用的成熟產(chǎn)品，它是針對國內(nèi)外普遍使用的液壓墊塊式調(diào)繩器存在的不能自動(dòng)調(diào)整鋼絲繩張力平衡而研制的一種實(shí)用新型產(chǎn)品。該裝置采用閉環(huán)無源液壓連通自動(dòng)調(diào)整平衡系統(tǒng)，能高精度地實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在動(dòng)靜狀態(tài)下的張力自動(dòng)平衡，使提升容器受力均勻，減小容器對罐道的沖擊，從而保障箕斗在井筒中高效運(yùn)行。單架懸掛裝置設(shè)計(jì)破壞載荷為4 0.0kN，6 架總的破壞載荷為24 0.0kN。最大靜載荷為24 0.0kN÷10.2400kN(≈245 t)＞ 186.74 t，滿足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的10 倍的安全系數(shù)。
罐籠的主繩懸掛裝置的選型與箕斗相同。
2.2 尾繩懸掛裝置的選型
箕斗尾繩懸掛裝置選用 XWB-400(B)型，此懸掛裝置也是專為會(huì)澤礦3號井設(shè)計(jì)的。其單套設(shè)計(jì)破壞載荷為4 0.0kN，4 套尾繩懸掛裝置總的破壞載荷為16 0.0kN。最大靜載荷為16 0.0kN÷10.1600kN(≈163 t)＞ 118.39 t，滿足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的10倍的安全系數(shù)。
配套罐籠的尾繩懸掛裝置的選型與箕斗相同。
2.3 滾輪罐耳裝置的選型
箕斗采用 2 根 220 mm的方鋼罐道，箕斗正常運(yùn)行時(shí)的速度超過 13 m/s。由于井筒較深，要求罐道的裝配質(zhì)量較高，以減輕箕斗在運(yùn)行中對罐道的沖擊。
本箕斗選用 4組 LS35 型滾輪罐耳裝置。此滾輪罐耳裝置設(shè)有緩沖裝置，采用碟簧緩沖，緩沖力可調(diào)整；滾動(dòng)輪采用聚氨脂材質(zhì)，調(diào)整緩沖力的大小，能有效降低箕斗在運(yùn)行中對罐道的沖擊。滾輪罐耳裝置底座焊接在箕斗框架的上部與下部，滾輪罐耳本體轉(zhuǎn)動(dòng)輪與底座間可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)使轉(zhuǎn)動(dòng)輪靠緊鋼性罐道，箕斗通過滾輪罐耳的轉(zhuǎn)動(dòng)沿著鋼罐道上下運(yùn)行。罐籠采用兩側(cè)鋼罐道布置型式，每側(cè)布置 2 根 220 mm的方鋼罐道，因此罐籠選用 8組 LS35 型滾輪罐耳。
2.4 本體結(jié)構(gòu)及連接
箕斗本體采用框架式結(jié)構(gòu)配合斗箱旋轉(zhuǎn)式卸礦。由于箕斗終端載荷較大，箕斗框架與主吊板采用 48件M30的10.9級鉸制孔螺栓連接，尾繩懸掛吊板用 40件該型螺栓連接。組裝后的罐籠外形尺寸較大，受地理?xiàng)l件的限制無法運(yùn)輸，所以罐籠采用散件運(yùn)輸，在井口現(xiàn)場組裝，各構(gòu)部件間采用 10.9級高強(qiáng)度螺栓連接。
主立柱與上盤體用 64件M30的10.9級高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓所受拉力
式中：n 為件數(shù)，n=64；µ 為摩擦面的抗滑移系數(shù)，µ=0.55；k 為抗剪連接系數(shù)，k=0.3；p 為高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力，p=335 kN。
計(jì)算可得，F(xiàn)=3537.6 kN(≈361 t)＞186.74 t。
3 成果分析
(1)箕斗采用雙卸載系統(tǒng)，井筒布置了2個(gè)卸載站，1號卸載站在 1 810 m 水平卸載混合礦，采用移動(dòng)直軌卸載；2號卸載站在 2 400 m 水平卸載氧化礦和廢石，采用固定曲軌卸載。箕斗采用 3 點(diǎn)裝礦，1號裝礦站在 1 554 m，2號裝礦站在 1 244 m，3號裝礦站在 894 m。
(2)這種2個(gè)卸礦點(diǎn)應(yīng)用在同一箕斗的卸礦方式在我國尚屬首次，會(huì)澤礦3號豎井是目前唯一在用的雙卸載點(diǎn)礦井。一般的礦井一個(gè)井筒采用一個(gè)卸礦點(diǎn)，多個(gè)水平的多點(diǎn)卸礦一般要打多個(gè)井筒。為了多點(diǎn)卸礦功能的順利實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)直軌到位精度偏差不能超過±5 mm，并且應(yīng)滿足鋼絲繩正常的彈性變形伸縮量的卸載要求。多點(diǎn)卸礦為礦山開采節(jié)約了大量成本，移動(dòng)直軌卸載裝置如圖2所示。
圖2 移動(dòng)直軌卸載裝置
移動(dòng)直軌安裝在井筒套架梁上，采用滾輪支撐，滾輪設(shè)置潤滑油嘴，直軌由液壓缸驅(qū)動(dòng)。在1號卸載站不工作時(shí)，移動(dòng)直軌與箕斗間距不小于《煤礦安全規(guī)程》中要求的150 mm，保證箕斗全速通過。直軌、箕斗均需配置打開到位和關(guān)閉到位的檢測開關(guān)，檢測開關(guān)等級不低于IP67 級，卸載直軌滿足驅(qū)動(dòng)箕斗能準(zhǔn)確無誤卸載與關(guān)閉箕斗，無二次動(dòng)作發(fā)生。卸載控制系統(tǒng)設(shè)置本地操作臺，滿足手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控及顯示，并且要求卸載控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地與主提升機(jī)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能形成全自動(dòng)閉鎖控制。4 結(jié)語
未來深部資源開采技術(shù)是我國礦山開采的方向，大型超深井提升容器及雙卸載設(shè)備在會(huì)澤礦3號井的成功應(yīng)用，為我國深井開采用提升容器的設(shè)計(jì)與選型提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，雙卸載設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用提高了礦山開采的經(jīng)濟(jì)效益。