王俊杰 周忠诚 杨 旭
(铁法煤业(集团)有限责任公司矿山建设工程分公司,辽宁 铁岭 112700)
大强煤矿副井为千米竖井,井塔共10层。罐笼质量22.8t。主罐尺寸为5550mm×1990mm×7540mm,型号为GDG1.5/6/2/4K。副罐尺寸为5550mm×1380mm×7540mm,型号为GDG1.5/6/2/4。首绳悬挂装置质量5.38t,首绳共4根,型号为50NAT6×36WS+FC-1770-ZS/SZ,总质量44.64t。尾绳悬挂重1.41t,尾绳共2根,型号为PD8×4×19-196×31-1470,总质量43t。井塔及井口没有吊运罐笼的设施,井棚内的桥式起重机与井筒的最近距离为13m,井口起吊高度为12m。
因井口空间所限,为避免井口安装绞车较多,造成绞车的钢丝绳运行路线交叉,给施工带来混乱和安全隐患。结合现场情况,决定在井塔上安装2台JSDB-16双速绞车用于起吊,在井口安装2台JSDB-16双速绞车用于起吊和1台JSDB-13双速绞车用于水平牵引。
在井塔防撞梁下安装2台32t4-4型滑轮组,井塔起吊绞车通过滑轮组吊运罐笼。
在井棚桥式起重机和井筒之间设置2处吊装点,在2处吊装点下挂设2台20t4-4型滑轮组,井口起吊绞车通过滑轮组吊运罐笼。起吊设施具体布置位置如图1所示。
图1 起吊设施布置图
起吊设施布置及编号:井塔双速绞车—— 1#车和2#车,井口回柱绞车—— 3#车,井口双速绞车——4#车和5#车,井棚双梁桥式起重机—— 6#车。
2.1.1 双绞车吊罐
吊装最大质量为Q=22.8t,采用双绳4点起吊。绳扣数量n取4,安全系数取6,不平衡系数K1取1.25,动载荷系数K2取1.2,钢丝绳扣夹角取60°。绳扣受力形式如图2所示。计算所需钢丝绳扣的最小破断力F如公式(1)所示[1]。
图2 绳扣受力分析图
2.1.2 单绞车吊罐
当吊运罐笼时,可能出现单侧绳扣受力情况。计算所需钢丝绳扣的最小破断力如公式(2)所示。
式中:Q=15.74t,n=2,K2=1.2,得F=66t。
查表得6×19+FC-36-1670钢丝绳最小破断拉力总和为86.7t。因此选用直径不小于36mm钢丝绳扣吊运罐笼。
2.1.3 挂设滑轮组钢丝绳扣计算
吊装最大质量为Q1=22.8t,钢丝绳等机具质量为Q2=1t,在吊运罐笼过程中,可能出现单台绞车受力情况,绳扣数量n取4,安全系数取6,动载荷系数K2=1.2,计算所需钢丝绳扣的最小破断力如公式(3)所示。
式中:Q=Q1+Q2=23.8t,得F=23.8÷4×1.2×6=43t。
查表得6×19+FC-28-1670钢丝绳最小破断拉力总和为52.4t。因此选用直径不小于28mm钢丝绳扣来挂设滑轮组。
2.1.4 吊运罐笼的绞车及钢丝绳计算
通过2台滑轮组(4-4)来起吊罐笼,在吊运罐笼过程中,可能出现单台绞车受力情况,此时吊装最大质量Q取15.74t,动载荷系数K2取1.2,安全系数取6,绳子数量n=8。按此情况计算所需绞车钢丝绳最小破断力如公式(4)所示。
查表得6×19+FC-18-1670钢丝绳最小破断拉力总和为21.7t。因此施工时选用直径不小于18mm钢丝绳作为绞车钢丝绳。
单绳承受的最大力如公式(5)所示。
绞车均满足使用要求。
2.1.5 挂设滑轮组钢梁强度验算
起吊罐笼质量为P=22.8t=223440N,每个滑轮组选用1根40b工字钢作为承重钢梁,钢梁最大座间距L=2.6m,工字钢许用应力[σ]为160MPa,查表I40b工字钢抗弯截面系数[2]Wx=1140cm3。钢梁受力形式如图3所示,按单台滑轮组受力时进行验算[3],如公式(6)、公式(7)所示。
图3 钢梁受力分析图
满足要求。
例如井口出车侧的安全门、平台、罐道尖、四角道等。
在井塔防撞梁上方,副罐首绳两侧铺设2根I40b工字钢,工字钢紧贴首绳放置。在工字钢上面安装TSQ-30锁绳器,将首绳锁住固定。将主罐首绳悬挂装置的油缸打压,预留150mm到极限位置,将主罐底部停在井口上方7m位置。
在托罐梁上方,主罐2根扁尾绳两侧安装2根4m长32b工字钢,工字钢上放置4根500mm长12#矿用工字钢。在矿用工字钢上,每根尾绳两侧安装7副板卡,7副板卡依次紧贴在一起,板卡螺栓选用8.8级M30×200mm,螺栓紧固力力矩不小于1250N·m。利用7副板卡将尾绳锁在井口钢梁上。
将主罐顶部悬挂装置油缸卸压,使井口锁绳梁上方的尾绳松弛、弯曲、不受力,两根尾绳质量全部落在井口锁绳梁上。
在井口2m、3m、4mm高的套架梁上铺设4块跳板,将原尾绳板卡按从下到上顺序拆除5副。在下层罐内放置2个起吊架,并挂设2台2t手拉葫芦,通过2根Φ16mm钢丝绳扣分别与尾绳环连接,操作手拉葫芦,将尾绳环稍微上提,使尾绳环与罐笼之间的连接板不受力,拆除罐笼与尾绳环的连接销轴。松罐内2台手拉葫芦,将尾绳环落在井口地面上。将井塔2台起吊绞车通过滑轮组连接到罐笼吊点,上提绞车使其受力。拆除首绳悬挂装置与罐笼的销轴。
吊运旧罐笼出井筒步骤如下。1)指挥1#车、2#车下放罐笼约2m左右停车(罐顶低于4层楼板)。将4#车连接到罐顶T板南侧销轴孔内,上提4#车,下放1#车、2#车。将罐笼向井筒出车侧方向运动。2)当罐笼向外行走至极限位置时,将3#车通过Φ18mm钢丝绳扣连接到罐笼底部。上提3#车,使其受力。3)将5#车连接到罐顶T板北侧销轴孔内,上提5#车,使其受力。摘掉1#车连接绳扣,下放2#车,同时上提3#车、4#车、5#车,当2#车不受力时,摘掉2#车连接绳扣。该过程中要保证罐笼顶部与临时尾绳板卡之间有足够的安全距离。4)上提3#车、5#车,同时下放4#车,使罐笼彻底离开井筒。5)将平板车运送至罐笼下方。下放4#车、5#车,将罐笼落在平板车上。6)在井口将旧罐笼解体。上提3#车,将罐笼下半部向出车侧方向运动。7)下放4#车、5#车,将罐笼上半部落在另一台平板车上并运走。旧罐笼吊运过程如图4所示。
图4 罐笼吊运过程
3.6.1 新罐笼吊运
新罐笼吊运步骤如下。1)用6#车钩头通过40t链子和2个25t卡环连接到新罐笼T板,将新罐笼吊起,向北侧方向行走至极限位置,落在准备好的平板车上。2)将4#车连接到罐笼顶部T板北侧销轴孔,使其受力。将6#车改吊到罐笼南侧中部吊点,保持4#车、6#车微受力。将3#车连接在罐笼南侧底部,上提4#车,下放6#车,并始终保持3#车微受力,将罐笼向北侧移动,当罐笼T板到达4#车滑轮组下方时停止。3)将4#车改吊到罐笼顶部T板南侧销轴孔,使其受力。将5#车连接到罐笼顶部T板北侧销轴孔,摘掉6#车连接绳扣。4)上提4#车、5#车,将平板车运走。上提5#车,下放3#车、4#车,将罐笼向井筒方向移动。5)将2#车滑轮组通过Φ36mm钢丝绳扣挂设到罐顶北侧吊点位置,上提2#车、5#车,下放3#车、4#车,将罐笼向井筒方向移动。6)当罐笼顶部到达5#车滑轮组下方时,将4#车改吊到罐笼顶部南侧吊点,使其受力。摘掉5#车连接绳扣。7)将1#车滑轮组通过Φ36mm钢丝绳扣挂设到罐笼顶部南侧吊点。上提2#车,下放3#车、4#车,将罐笼向井筒方向移动,同时保证罐笼与尾绳之间的安全距离。8)当1#车滑轮组起吊角度合适并能够受力时,上提1#车、2#车,保持3#车、4#车受力,继续向井筒内吊运罐笼。当罐笼底部高过尾绳临时板卡时,下放3#车、4#车,3#车、4#车不受力,停车摘掉3#车、4#车连接绳扣。9)操作1#车、2#车,使罐笼直立于井筒内。同时上提1#车、2#车,将罐笼吊到安装位置。
3.6.2 安装首尾绳悬挂装置
施工人员在罐笼底部破开2个150×150mm的方孔,在下层罐内放置2个起吊架,并挂设2台2t手拉葫芦,通过Φ16mm钢丝绳扣吊住尾绳环,罐底和套架梁下手拉葫芦配合将尾绳环吊到罐笼正下方,同时调整尾绳环和连接板的位置,将销轴、止退销、止退垫安装到位。尾绳悬挂装置安装完成后,上提罐笼到原位置,安装首绳悬挂与罐笼连接销轴。利用尼龙绳将尾绳头穿过尾绳环恢复到原位置,将原尾绳板卡恢复安装就位。将首绳悬挂装置打压,当锁尾绳梁上方的尾绳已经拉直且受力、板卡不受力时停止打压。拆除井口锁尾绳的板卡和钢梁,拆除井塔锁首绳的锁绳器和钢梁。
安装主罐的滚轮罐耳同样方法更换副罐。
3.6.3 恢复到原位置
将井口出车侧的安全门及滑道、平台、罐道尖、四角道等设施恢复到原位置。
该工程关键点在于如何保证施工的安全和工期。该方案在吊运罐笼过程中,罐笼上方采用4个吊点连接,且当计算设施强度时,是按照单台绞车出现失效情况考虑的,最大程度杜绝此类风险的发生。使用的滑轮组、钢梁、钢丝绳扣、绞车等设施强度都经过了严密的计算,完全满足施工要求。该工程采用3班24h连续作业,原计划施工工期为8天。采用了上述的施工工艺后,实际施工工期只用了7天,提前1天将罐笼交予矿方运行生产。通过该方案,该次施工圆满的完成了罐笼更换工程。不仅保障了作业的安全,还缩短了施工工期,提高了施工效率,得到了矿方的认可与好评。经过这次施工实践,采用多台绞车吊运这种又高又重的罐笼方案,取得了优异的成绩,具有很大的推广价值。