立井临时改绞混合提升设备选型计算

赵 鹏

(华电煤业集团有限公司，北京 100035)

立井临时改绞混合提升设备选型计算

赵 鹏

(华电煤业集团有限公司，北京 100035)

针对某基建矿井吊桶提升无法满足高效建设的现状，提出了双罐笼加双箕斗的混合提升临时改绞方案。通过选型计算和安全校验，确定了罐笼提升系统采用18×7-28-1770型钢丝绳、TXG2000/28型铸钢天轮、2JK-2.5/20型提升机，箕斗提升系统采用2JK-3.5/20型提升机的设备选型方案，并对其提升能力进行了计算。结果表明，立井临时改绞混合提升系统能够大幅提高矿井提升能力，缩短建井周期6个月，带来可观的经济效益，同时可为基建矿井立井提升提供理论基础和科学保障。

立井；临时改绞；混合提升；设备选型

立井井筒工程是矿井建设中的关键工程[1]。立井井筒在矿井建设中虽然仅占工程量的3.5%～5%，而工期却占总工期的35%～40%，通过选择合理的提升设备进行临时改绞，可在短时间内形成较大提升能力，大大缩短矿井建设工期，节约建设成本，尽快创见效益[2-4]。国内许多专家对井筒提升系统进行研究，取得了一定成果，但对于混合提升临时改绞的研究还相对较少[5-9]。某在建千万吨矿井，入风立井、回风立井短路贯通后，对入风立井原吊桶提升进行临时改绞，提出双罐笼与双箕斗的混合式提升方案，并同步施工提升、供电等配套系统。该临时改绞混合提升系统大大提高了矿井建设质量和速度，同时带来了可观的经济效益，也为煤矿建设期间临时改绞方案及设备选择提供了借鉴。

1 立井混合提升临时改绞方案

井筒布置方案：2JK-2.5/20型绞车配2个1.5t单层单车凿井罐笼；2JK-3.5/20型提升机配2个6t箕斗；布置胶质风筒2路；压风管1路；供水管1路；布置排水管2路；布置高压电缆2路；临时放炮电缆1路；布置通讯、信号、监控电缆各1路。立井临时改绞混合提升平面布置如图1所示。

固定方式：电缆采用单绳悬吊，管路、风筒均采用双绳悬吊；管路、风筒、动力及放炮电缆等均悬挂于封口盘上；罐道绳和制动绳挂于天轮平台，并在井底设稳绳生根平台；稳绳采用液压螺杆拉紧装置进行张紧，制动绳不需张紧。

施工方案：当入风立井临时车场施工结束后，下放综掘设备后即进行入风立井混合提升临时改绞。井筒改绞时，井筒内的管路和线路较多，其安装应遵循“先下后上，先管线后固定”的原则，即先进行井筒下部工作，后进行上部工作，先下放管路和电缆等，后安装封口盘、上部套架及天轮平台等。

图1 立井临时改绞混合提升平面布置/mm

2 立井混合提升系统的选型及验算

2.1 罐笼提升系统

2.1.1 提升钢丝绳选型计算

该立井井筒上口标高+1488.5m，井底马头门标高+1135.35m。罐笼安全系数ma提物时为7.5，提人时为9；提升高度353m；最大悬垂高度H0为380 m；罐笼自重Q1为2695kg；抓捕器重Q2为550kg；钢丝绳终端净荷载Q为3166kg。

1)钢丝绳终端荷载

钢丝绳终端荷载，见式(1)。

Q0=Q+Q1+Q2=6411kg

(1)

2)钢丝绳单位重量计算

钢丝绳单位重量计算，见式(2)

=2.893(kg/m)

(2)

式中σB为钢丝绳的公称抗拉强度，取σB=1770MPa。

3)钢丝绳选择及安全校验

根据计算结果，选18×7-28+FC-1770(GB/T8919-1996)型钢丝绳，其最小钢丝破断拉力总和为Qd=1.283×455000/9.81==59507kg，单位长度重量为PSB=3.06kg/m，最粗钢丝直径1.88mm。提人时和提物时的钢丝校验见式(3)和式(4)。

提人时

(3)

提物时

(4)

根据计算，所选18×7-28-1770型钢丝绳满足安全使用要求。

2.1.2 提升天轮的选型

根据《煤矿安全规程》规定[10-11]：D≥60d=60×28=1680mm(d为钢丝绳直径)；D≥900δ=900×1.88=1692mm(δ为最粗钢丝直径)。选用直径TXG2000/28型铸钢天轮，其破断力总和为65851kg，满足要求。

2.1.3 提升机的选择

1)钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力和静张力差

最大静张力见式(5)，最大静张力差见式(6)。

Fj=Q+PSB·H0=6411+3.06×380

=7573.8kg

(5)

=4328.8kg

(6)

2)提升机选选择

根据以上计算，选用2JK-2.5/20型提升机，性能参数见表1。

3)校验卷筒宽度

卷筒宽度校验见式(7)。

(28+3)=1712mm

(7)

式中：提升高度H取380m；试验绳长度30m；绳圈间隙ε取3；绳径d 为38mm；n缠绳层数。缠绕层数 n=B/BT=1712/1200=1.43(层)，需缠2层钢丝绳。

根据以上计算，所选绞车滚筒宽度符合规定。

4)电动机功率校核

电动机功率校核见式(8)。

P=Fj×Vm÷102÷ηc=7573.8×4.7÷102

÷0.85=410.6kW<470kW

(8)

电动机功率满足使用要求。

2.2 箕斗提升系统

箕斗提升系统安全系数ma为6.5，最大悬垂高度H0为400 m，箕斗自重QZ为 4200kg，钢丝绳终端净荷载Q为6000kg。采用罐笼提升系统选型的方法进行箕斗提升系统选型。选18×7-32+FC-1770(GB/T 8919-1996)型钢丝绳，其最小钢丝破断拉力总和为Qd为77686kg，单位长度重量为PSB=3.99kg/m，最粗钢丝直径2.18mm。选用Φ2.5m凿井提升天轮，其允许最大绳径Φ40mm，钢丝绳全部破断力总和11350kN。提升机选型见表2。

表1 罐笼提升机技术特征表

表2 箕斗提升机技术特征表

3 混合提升系统提升能力计算

3.1 罐笼提升能力计算

3.1.2 罐笼提升能力计算

罐笼提升包括加速、减速、爬行、停车及等速5个阶段，一次循环提升时间Km为151.9s。罐笼提升能力计算见式(9)。

(9)

式中，矿车容积VZ取1.7 m3，矿车个数n 为1，矿车的装满系数Km取0.9，提升不均匀系数C取1.15。代入可得，AT=31.53 m3/h。

3.1.2 罐笼提升量计算

如果每天按18个小时计算，则每天的提升量计算见式(10)。

ATT=18·AT=18×31.53=567.54m3/d

(10)

该矿井巷道断面混凝土消耗量为3.2m3/m，锚杆19根/m，网片60.83kg/m故采用一对1.5t单层一车凿井罐笼可满足五个综掘(400m/月)、三个炮掘(150m/月)的支护材料的下放。单层一车凿井罐笼有效面积4.12m2，额定乘人数23人，集中交接班时间按30min计算，则可下人数为：23×30×60÷151.9=272人。

3.2 箕斗提升能力计算

箕斗提升包括加速、减速、爬行、停车及等速5个阶段，一次循环提升时间Km为136.02s。箕斗提升能力计算公式见式(11)。

(11)

式中，箕斗容积Vj取6.6m3，箕斗装满系数Km取0.9，提升不均匀系数C取1.15。代入可得，AT=136.7m3/h。

该矿巷道断面巷道掘进面积23.8m2，煤的松散系数按1.4，每天按20小时提升时间，每月按30天计算，则可满足月进尺2462m要求，满足五个综掘(400m/月)、三个炮掘(150m/月)施工。

4 结 论

双箕斗与双罐笼的混合式临时改绞系统改造和设备选型的成功，使该矿基本建设时期提升能力大幅度提高，满足全矿井二、三期的人员、材料设备、煤矸石等上下井的提升需要，极大的缩短了建井周期，由此带来了可观的经济效益。通过临时改绞混合提升，井筒建设提前6个月竣工，节约工程造价、贷款利息及早出煤获利等约一亿余元，同时也为煤矿基建时期的立井提升提供了新思路和借鉴。

[1] 瞿武.煤矿建设期间混合立井临时改绞技术[J].建井技术，2013，34(6):44-46.

[2] 闫昕岭.平顶山砂岩段立井井筒施工关键技术[J].煤炭工程，2015，47(3):41-43.

[3] 熊才智，李全河，刘自鑫，等.立井井筒提升容器与井壁之间的安全间隙分析与控制[J].建井技术，2007，28(2):37-39.

[4] 肖俊.井筒装备安装提升系统设计及应用[J].煤炭技术，2014，33 (8):261-263.

[5] 李福固.矿井运输与提升[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.[6] 张瑞君，程传印，李顺.煤矿立井双容器提升井筒关键点设置探讨[J].矿山机械，2010，38(22):80-82.

[7] 刘建超，李宗旭.井筒二次提升改造方案的选择及实施[J].中州煤炭，2011(9):99-102.

[8] 吴凤理.刘东煤矿混合井提升系统改造的实践[J].煤炭科技，2005(4):28-30.

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[10] 崔云龙.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[11] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

Equipment selection calculation ofvertical shafttemporary change mixed lifting

ZHAO Peng

(Huadian Coal Industry Group Co.，Ltd.，Beijing 100035，China)

Sincea bucket hoist systemcan not satisfy efficient construction in mine construction stage，a mixed lifting scheme ofdouble cage with double skipin temporary change twist period isproposed.By computing and security check，equipment selection programis determined that the cage hoisting system uses a 18 × 7-28-1770 wire rope，TXG2000 / 28-type steel sheave，2JK-2.5 / 20-hoist，skip hoisting system uses 2JK- 3.5 / 20 hoist.，and its lifting capacity were calculated too.The results show that a mixed lifting scheme ofdouble cage with double skip in temporary change twist period can significantly increase lift capacity，shorten the construction cycle by six months，bring considerable economic benefits，and provide the theoretical basis and scientific support fora coal mine shaft hoist system construction.

vertical shaft；temporary change；mixedupgrade；equipment selection

2015-01-02

赵鹏(1969-)，男，工程师，本科学历，1992年毕业于西安矿业学院机电工程专业，主要从事煤矿安全生产技术管理工作，现任华电煤业集团有限公司规划发展部主任。E-mail：peng.zhao@chdmy.com.cn。

TD 262.3

A

1004-4051(2015)08-0141-03