立井臨時改絞混合提升設備選型計算

趙 鵬

(華電煤業集團有限公司，北京 100035)

立井臨時改絞混合提升設備選型計算

趙 鵬

(華電煤業集團有限公司，北京 100035)

針對某基建礦井吊桶提升無法滿足高效建設的現狀，提出了雙罐籠加雙箕斗的混合提升臨時改絞方案。通過選型計算和安全校驗，確定了罐籠提升系統采用18×7-28-1770型鋼絲繩、TXG2000/28型鑄鋼天輪、2JK-2.5/20型提升機，箕斗提升系統采用2JK-3.5/20型提升機的設備選型方案，并對其提升能力進行了計算。結果表明，立井臨時改絞混合提升系統能夠大幅提高礦井提升能力，縮短建井周期6個月，帶來可觀的經濟效益，同時可為基建礦井立井提升提供理論基礎和科學保障。

立井；臨時改絞；混合提升；設備選型

立井井筒工程是礦井建設中的關鍵工程[1]。立井井筒在礦井建設中雖然僅占工程量的3.5%～5%，而工期卻占總工期的35%～40%，通過選擇合理的提升設備進行臨時改絞，可在短時間內形成較大提升能力，大大縮短礦井建設工期，節約建設成本，盡快創見效益[2-4]。國內許多專家對井筒提升系統進行研究，取得了一定成果，但對于混合提升臨時改絞的研究還相對較少[5-9]。某在建千萬噸礦井，入風立井、回風立井短路貫通后，對入風立井原吊桶提升進行臨時改絞，提出雙罐籠與雙箕斗的混合式提升方案，并同步施工提升、供電等配套系統。該臨時改絞混合提升系統大大提高了礦井建設質量和速度，同時帶來了可觀的經濟效益，也為煤礦建設期間臨時改絞方案及設備選擇提供了借鑒。

1 立井混合提升臨時改絞方案

井筒布置方案：2JK-2.5/20型絞車配2個1.5t單層單車鑿井罐籠；2JK-3.5/20型提升機配2個6t箕斗；布置膠質風筒2路；壓風管1路；供水管1路；布置排水管2路；布置高壓電纜2路；臨時放炮電纜1路；布置通訊、信號、監控電纜各1路。立井臨時改絞混合提升平面布置如圖1所示。

固定方式：電纜采用單繩懸吊，管路、風筒均采用雙繩懸吊；管路、風筒、動力及放炮電纜等均懸掛于封口盤上；罐道繩和制動繩掛于天輪平臺，并在井底設穩繩生根平臺；穩繩采用液壓螺桿拉緊裝置進行張緊，制動繩不需張緊。

施工方案：當入風立井臨時車場施工結束后，下放綜掘設備后即進行入風立井混合提升臨時改絞。井筒改絞時，井筒內的管路和線路較多，其安裝應遵循“先下后上，先管線后固定”的原則，即先進行井筒下部工作，后進行上部工作，先下放管路和電纜等，后安裝封口盤、上部套架及天輪平臺等。

圖1 立井臨時改絞混合提升平面布置/mm

2 立井混合提升系統的選型及驗算

2.1 罐籠提升系統

2.1.1 提升鋼絲繩選型計算

該立井井筒上口標高+1488.5m，井底馬頭門標高+1135.35m。罐籠安全系數ma提物時為7.5，提人時為9；提升高度353m；最大懸垂高度H0為380 m；罐籠自重Q1為2695kg；抓捕器重Q2為550kg；鋼絲繩終端凈荷載Q為3166kg。

1)鋼絲繩終端荷載

鋼絲繩終端荷載，見式(1)。

Q0=Q+Q1+Q2=6411kg

(1)

2)鋼絲繩單位重量計算

鋼絲繩單位重量計算，見式(2)

=2.893(kg/m)

(2)

式中σB為鋼絲繩的公稱抗拉強度，取σB=1770MPa。

3)鋼絲繩選擇及安全校驗

根據計算結果，選18×7-28+FC-1770(GB/T8919-1996)型鋼絲繩，其最小鋼絲破斷拉力總和為Qd=1.283×455000/9.81==59507kg，單位長度重量為PSB=3.06kg/m，最粗鋼絲直徑1.88mm。提人時和提物時的鋼絲校驗見式(3)和式(4)。

提人時

(3)

提物時

(4)

根據計算，所選18×7-28-1770型鋼絲繩滿足安全使用要求。

2.1.2 提升天輪的選型

根據《煤礦安全規程》規定[10-11]：D≥60d=60×28=1680mm(d為鋼絲繩直徑)；D≥900δ=900×1.88=1692mm(δ為最粗鋼絲直徑)。選用直徑TXG2000/28型鑄鋼天輪，其破斷力總和為65851kg，滿足要求。

2.1.3 提升機的選擇

1)鋼絲繩作用在滾筒上的最大靜張力和靜張力差

最大靜張力見式(5)，最大靜張力差見式(6)。

Fj=Q+PSB·H0=6411+3.06×380

=7573.8kg

(5)

=4328.8kg

(6)

2)提升機選選擇

根據以上計算，選用2JK-2.5/20型提升機，性能參數見表1。

3)校驗卷筒寬度

卷筒寬度校驗見式(7)。

(28+3)=1712mm

(7)

式中：提升高度H取380m；試驗繩長度30m；繩圈間隙ε取3；繩徑d 為38mm；n纏繩層數。纏繞層數 n=B/BT=1712/1200=1.43(層)，需纏2層鋼絲繩。

根據以上計算，所選絞車滾筒寬度符合規定。

4)電動機功率校核

電動機功率校核見式(8)。

P=Fj×Vm÷102÷ηc=7573.8×4.7÷102

÷0.85=410.6kW<470kW

(8)

電動機功率滿足使用要求。

2.2 箕斗提升系統

箕斗提升系統安全系數ma為6.5，最大懸垂高度H0為400 m，箕斗自重QZ為 4200kg，鋼絲繩終端凈荷載Q為6000kg。采用罐籠提升系統選型的方法進行箕斗提升系統選型。選18×7-32+FC-1770(GB/T 8919-1996)型鋼絲繩，其最小鋼絲破斷拉力總和為Qd為77686kg，單位長度重量為PSB=3.99kg/m，最粗鋼絲直徑2.18mm。選用Φ2.5m鑿井提升天輪，其允許最大繩徑Φ40mm，鋼絲繩全部破斷力總和11350kN。提升機選型見表2。

表1 罐籠提升機技術特征表

表2 箕斗提升機技術特征表

3 混合提升系統提升能力計算

3.1 罐籠提升能力計算

3.1.2 罐籠提升能力計算

罐籠提升包括加速、減速、爬行、停車及等速5個階段，一次循環提升時間Km為151.9s。罐籠提升能力計算見式(9)。

(9)

式中，礦車容積VZ取1.7 m3，礦車個數n 為1，礦車的裝滿系數Km取0.9，提升不均勻系數C取1.15。代入可得，AT=31.53 m3/h。

3.1.2 罐籠提升量計算

如果每天按18個小時計算，則每天的提升量計算見式(10)。

ATT=18·AT=18×31.53=567.54m3/d

(10)

該礦井巷道斷面混凝土消耗量為3.2m3/m，錨桿19根/m，網片60.83kg/m故采用一對1.5t單層一車鑿井罐籠可滿足五個綜掘(400m/月)、三個炮掘(150m/月)的支護材料的下放。單層一車鑿井罐籠有效面積4.12m2，額定乘人數23人，集中交接班時間按30min計算，則可下人數為：23×30×60÷151.9=272人。

3.2 箕斗提升能力計算

箕斗提升包括加速、減速、爬行、停車及等速5個階段，一次循環提升時間Km為136.02s。箕斗提升能力計算公式見式(11)。

(11)

式中，箕斗容積Vj取6.6m3，箕斗裝滿系數Km取0.9，提升不均勻系數C取1.15。代入可得，AT=136.7m3/h。

該礦巷道斷面巷道掘進面積23.8m2，煤的松散系數按1.4，每天按20小時提升時間，每月按30天計算，則可滿足月進尺2462m要求，滿足五個綜掘(400m/月)、三個炮掘(150m/月)施工。

4 結 論

雙箕斗與雙罐籠的混合式臨時改絞系統改造和設備選型的成功，使該礦基本建設時期提升能力大幅度提高，滿足全礦井二、三期的人員、材料設備、煤矸石等上下井的提升需要，極大的縮短了建井周期，由此帶來了可觀的經濟效益。通過臨時改絞混合提升，井筒建設提前6個月竣工，節約工程造價、貸款利息及早出煤獲利等約一億余元，同時也為煤礦基建時期的立井提升提供了新思路和借鑒。

[1] 瞿武.煤礦建設期間混合立井臨時改絞技術[J].建井技術，2013，34(6):44-46.

[2] 閆昕嶺.平頂山砂巖段立井井筒施工關鍵技術[J].煤炭工程，2015，47(3):41-43.

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[4] 肖俊.井筒裝備安裝提升系統設計及應用[J].煤炭技術，2014，33 (8):261-263.

[5] 李福固.礦井運輸與提升[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.[6] 張瑞君，程傳印，李順.煤礦立井雙容器提升井筒關鍵點設置探討[J].礦山機械，2010，38(22):80-82.

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[8] 吳鳳理.劉東煤礦混合井提升系統改造的實踐[J].煤炭科技，2005(4):28-30.

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[10] 崔云龍.簡明建井工程手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2004.

[11] 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，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

趙鵬(1969-)，男，工程師，本科學歷，1992年畢業于西安礦業學院機電工程專業，主要從事煤礦安全生產技術管理工作，現任華電煤業集團有限公司規劃發展部主任。E-mail：peng.zhao@chdmy.com.cn。

TD 262.3

A

1004-4051(2015)08-0141-03