多绳单层铝合金罐笼在和成矿业措施井应用探讨

赵斌

摘要：本文对和成矿业措施井现状进行了简单介绍，对目前存在的问题及解决方案及可行性进行了分析计算并对改造时的注意事项进行了说明。

关键词：措施井；铝合金罐笼；应用

一、和成矿业及其措施井情况简述

和成矿业发展有限公司位于安徽省芜湖市和县，设计采选生产规模为130万t/a，目前正处于前期建设阶段。措施井提升设施在正式投产前担负提前出矿任务，要达到 30万t/a矿石提升量。正式投产后，根据需要，亦可继续提矿石，亦可承担全矿设备、材料及零星人员等的提升或下放任务。

措施井在初设中采用多绳单层单罐配平衡锤提升，提升机型号为JKMD1.85×4（I）E型落地式多绳摩擦提升机，配用交流变频电动机，功率355kW；首绳四根、尾绳两根；平衡锤重量8.92吨；矿石松散体重：2.3t/m3；井口标高+7.8m；井下提升最低水平为320m；罐笼最低阶段尾绳环底端为334.5m；井架高度23.11米；提升容器为 3600×1450钢制罐笼，自重6.512t，内装2辆0.7m3翻转式式矿车，额定装载人数为30人；首绳为6V×30+FC三角股钢丝绳，直径φ20mm。措施井提升系统简图见图1。

二、存在的问题

根据金属非金属矿山安全规程（GB164232006）（以下简称安全规程）6.3.5.1条规定落地安装的摩擦轮式提升装置的主导轮和天轮与钢丝绳直径之比不小于100。因此初设中直径φ20mm钢丝绳能不满足安全规程要求。

三、提出改造方案及对可行性进行分析计算

（1）因硬铝合金材料的密度为278 gcm3、抗拉强度为412MPa、屈服强度为255MPa、延伸率為12%、弹性模量为71GPa，而普碳钢材料的密度为785 gcm3、抗拉强度为373MPa、屈服强度为226MPa、延伸率为26%、弹性模量为210GPa，由此可见铝合金的机械性能要优于普通碳钢，所以铝合金罐笼较普通钢罐笼具有以下优点：

①质量轻，强度高：铝合金的密度仅为钢的1/3，这样可以大大减轻罐笼的质量。而铝合金的抗拉强度与普通钢相当，故其比强度可为钢的3倍。

②耐腐蚀性能好：铝合金表面有钝化作用，抗氧化和耐酸碱性好。使用寿命较钢罐笼长一倍以上。

③降本节能，延长设备寿命：由于铝合金重量轻，降低了钢丝绳终端载荷，在同等提升能力的情况下，大大减轻了提升机负载，延长了提升机和衬垫等附件的使用寿命并且还能降低电力消耗。

在此考虑将现用钢罐笼替换为铝合金罐笼，减轻钢丝绳终端的悬挂重量，从而使钢丝绳直径得已减少的方案。

（2）下面将该方案的可行性进行计算。

①采用标准提升钢丝绳的实际安全系数公式：

m=nQp/[（Qd+npH0）g]

其中：n为钢丝绳数，Qp为一根标准钢丝绳所有钢丝破断力总和，N；Qd为提升钢丝绳终端负荷的质量，kg；p为一根标准钢丝绳每米质量，kg/m；H0为钢丝绳悬垂长度，m；g为9.80665m/s2。

②由前述措施井参数可知：钢丝绳悬垂长度H0=H+Hj+Hw；

其中：H提升高度为320+7.8=327.8m；Hj井架高度为2311m；Hw最低阶段到尾绳环底端的高度为334.5320=14.5m。

由此H0=327.8+23.11+14.5=365.41（米）

③参考生产厂家提供铝合金罐笼及钢丝绳悬挂装置等附件总重量约为4.2吨。

④参照宁夏钢丝绳样本，初步选取6V×21+7FC三角股钢丝绳，公称抗拉强度1870MPa，钢丝绳最小破断拉力为201kN，直径φ18mm，合成纤维芯理论重量1.18kg/m。

提升钢丝绳终端负荷的质量Qd=Q+Qr，其中Q为有效装载量，kg；Qr为提升容器质量，kg。

（3）由上述參数及公式得出：

①升矿石时：矿石松散体重2.3t/m3，矿车容积0.7m3，矿车自重720 kg ；一辆矿车载重为2.3×0.7=1.61（吨）。

Qd=4.2+（1.61+0.72）×2=8.86吨=8860kg

m=4×201000/[（8860+4×1.18×365.41）×9.80665]=7.74

②提升人员时：罐笼设计乘30人，人均重量按75kg计算，载重量为30×0.075=2.25（吨）。

Qd=4.2+2.25=6.45（吨）=6450kg

m=4×201000/[（6450+4×1.18×365.41）×9.80665]=10.03

（4）根据安全规程6.3.4.3条多绳摩擦提升钢丝绳安全系数：升降人员用的，不小于8；升降人员和物料用的，升降人员时不小于8，升降物料时不小于7.5；升降物料用的不小于7。可得出改用铝合金罐笼后，将首绳替换为6V×21+7FC三角股，直径φ18mm钢丝绳可以满足安全规程要求。因此该改造方案可行。

四、改造时需注意的问题

（1）因罐笼重量减轻，为保证摩擦系数及静张力差，需对平衡锤重量进行计算调整。同时应对提升系统的静防滑、安全制动防滑等不同工况的防滑系数进行验算，以保证系统运行的安全。

（2）在更换罐笼及钢丝绳时还应对天轮及滚筒的绳槽进行调整，以保证天轮及滚筒的绳槽直径最少比钢丝绳的公称直径大5%，并控制在5%～10%范围内，使钢丝绳与绳槽的接触面积尽可能增大。因绳槽过大会导致钢丝绳在绳槽中滑动，加剧钢丝绳的疲劳断丝；绳槽过小，钢丝绳会卡在绳槽中受到严重挤压磨损。

参考文献：

[1]煤炭工业出版社，矿山固定设备选型使用手册，200710，第1版. 主编：于励民， 仵自连.

[2]李宏.单层铝合金罐笼在金矿竖井提升系统中的应用.矿山机械， 2011，39（6）.