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超深井提升容器的設(shè)計概念
發(fā)布時間：2021-06-07 09:25
提出了超深井提升容器的設(shè)計概念，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，并針對在同一井筒中的不同裝礦點裝載不同礦石并卸載于不同水平的要求，開發(fā)出多點裝礦、多點卸載系統(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)計提供指導(dǎo)或借鑒。
隨著人類社會經(jīng)濟的發(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。我國是一個礦產(chǎn)資源保有量大國，也是一個礦產(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)運而生。為了安全有效地實現(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、強度高等特點。云南馳宏會澤礦業(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?；酚行莘e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)計為活動式，取下中盤后的罐內(nèi)凈高達到 6.1 m；罐籠下盤設(shè)有活動配重車，配重車質(zhì)量為15.175 t。在箕斗正常提運時，配重車開進罐籠下盤充當配重；在罐籠提人時，配重車開出罐籠，同時箕斗不準提礦，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，會影響箕斗本體的設(shè)計，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)計時，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)備制造有限責任公司設(shè)計制造并應(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調(diào)整鋼絲繩張力平衡而研制的一種實用新型產(chǎn)品。該裝置采用閉環(huán)無源液壓連通自動調(diào)整平衡系統(tǒng)，能高精度地實現(xiàn)鋼絲繩在動靜狀態(tài)下的張力自動平衡，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行。單架懸掛裝置設(shè)計破壞載荷為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澤礦3號井設(shè)計的。其單套設(shè)計破壞載荷為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，箕斗正常運行時的速度超過 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)動輪與底座間可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)使轉(zhuǎn)動輪靠緊鋼性罐道，箕斗通過滾輪罐耳的轉(zhuǎn)動沿著鋼罐道上下運行。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，受地理條件的限制無法運輸，所以罐籠采用散件運輸，在井口現(xiàn)場組裝，各構(gòu)部件間采用 10.9級高強度螺栓連接。
主立柱與上盤體用 64件M30的10.9級高強度螺栓連接，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 為高強度螺栓的預(yù)拉力，p=335 kN。
計算可得，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個卸載站，1號卸載站在 1 810 m 水平卸載混合礦，采用移動直軌卸載；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個卸礦點應(yīng)用在同一箕斗的卸礦方式在我國尚屬首次，會澤礦3號豎井是目前唯一在用的雙卸載點礦井。一般的礦井一個井筒采用一個卸礦點，多個水平的多點卸礦一般要打多個井筒。為了多點卸礦功能的順利實現(xiàn)，移動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。多點卸礦為礦山開采節(jié)約了大量成本，移動直軌卸載裝置如圖2所示。
圖2 移動直軌卸載裝置
移動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。在1號卸載站不工作時，移動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)動箕斗能準確無誤卸載與關(guān)閉箕斗，無二次動作發(fā)生。卸載控制系統(tǒng)設(shè)置本地操作臺，滿足手動、自動、遠程控制和運行參數(shù)監(jiān)控及顯示，并且要求卸載控制系統(tǒng)能夠準確地與主提升機接口進行數(shù)據(jù)傳輸，能形成全自動閉鎖控制。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)計與選型提供借鑒經(jīng)驗，雙卸載設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用提高了礦山開采的經(jīng)濟效益。