某地下鐵礦副井平衡錘重量的確定

王鳳民

(保定平安安全評價有限公司, 河北保定市 71000)

某地下鐵礦副井平衡錘重量的確定

王鳳民

(保定平安安全評價有限公司, 河北保定市 71000)

以某地下鐵礦副井罐籠提升為例,以傳統方案計算平衡錘重量,并核算提升大件、提升礦石、提升人員、空運行時最大張力差。同時,考慮提升重載的張力差等于空運行的張力差以滿足防滑要求構建平衡錘計算模型,同理計算不同條件下的最大張力差。對比兩次計算的最大張力差,從而確定平衡錘重量。該計算方法對于其他礦山確定平衡錘重量具有一定的借鑒意義。

副井提升;平衡錘;重量計算

0 引 言

在地下礦山生產實踐中,提升單箕斗和單罐籠,都必須有平衡裝置,即平衡錘,以確保配重平衡。本文只針對豎井罐籠,平衡錘單繩提升。

在地下礦山,罐籠普遍用于副井人員及貨物提升,平衡錘重量的確定對于提升安全可靠十分重要。傳統確定平衡錘重量的方法,簡單考慮了提升礦石時罐籠質量、礦車質量、礦車有效裝載量等因素,并未考慮空罐、提升人員或貨物時張力差對平衡錘重量的影響,往往導致不能滿足防滑要求,故常發生鋼絲繩滑動事故。本文針對安徽省南部某地下鐵礦副井單容器平衡錘提升的實例,對合理平衡錘重量進行探討。

1 設計依據

某地下鐵礦礦區位于安徽省南部,礦區分布的含水巖組較單一,礦體產于富水性弱斷裂構造帶中,礦體圍巖為弱含水巖組,礦山開采＋240m以上礦體時,均位于侵蝕基準面以上,礦區東部水塘對礦床開采影響不大,為水文地質條件簡單的礦床。

塊狀崗閃長巖工程地質巖組分布在礦體的頂底板及外圍,巖石中裂隙發育中等,巖石堅硬且完整,抗風化能力強,巖體質量等級與巖石質量中等,部分呈碎裂結構,地下水活動微弱,該巖組穩定性較好。礦體賦存在構造破碎帶中,其頂底板為較軟弱巖組,巖體的穩定性較差,當坑道低于標準侵蝕面以下,冒落帶和裂隙帶可能誘發地表塌陷,工程地質條件中等。

區內歷史上無大的地震活動。礦業活動中所開采的坑道僅為侵蝕基準面以上,地下水提供了排泄通道,對礦區水資源環境影響輕微。礦區環境地質條件中等。

礦山副井擬設計采用單罐帶平衡錘提升,選擇罐籠自重3200kg,每次提一個礦車,礦車自重620 kg,載重2800kg,每次提人36人,最大件重2000kg。

2 傳統方法計算

根據傳統的方案確定平衡錘重量,計算公式為:

式中:Qc——平衡錘質量,kg;

Qr——提升罐籠質量,kg;

Qz——礦車載重量,kg

Qk——礦車自重,kg;

Nk——礦車數量,個。

平衡錘重量按提升礦石計算,得出Qc＝5220kg。

分別計算提升大件、提升礦石、提升人員、空運行時,天輪兩側鋼絲繩提升張力差(見表1)。由表1可知,最大張力差為20200N(空運行時)。

表1 傳統方案張力差計算結果

3 改進方法計算

對于單容器平衡錘提升而言,合理的平衡錘重量不僅能降低能耗而且能保證人員和設施的安全,防止出現狀況,甚至事故。天輪兩邊提升鋼絲繩的張力差是確定平衡錘重量是否合理的最重要的依據。確保鋼絲繩兩邊的最大張力差不超過罐籠提升機工作范圍是提升機正常工作的主要前提。而張力差是動態變化的,滿足防滑要求的安全計算必須考慮各種情況,單容器平衡錘提升機的防滑安全計算涉及到平衡錘重量的合理計算,特別是在提升重載(礦石)和空運行(空罐內無礦車或任何物件)時,一般要根據礦石載重合理增加平衡錘的重量,保證提升安全;當空罐時又需要減少平衡錘的重量,由于增加(減少)平衡錘重量在實際操作中非常麻煩,也不切實際。在實際罐籠運行過程中,無論罐籠在何種運輸過程都只是采用固定的平衡錘重量。下面將重點考慮提升重載(礦石)的張力差等于空運行(空罐內無礦車或任何物件)的張力差以滿足等拖動力防滑條件,以確定合理的平衡錘重量。

構建重載時,天輪兩側鋼絲繩提升張力差計算模型為:

同時,構建空載時,天輪兩側鋼絲繩張力差計算模型為:

在第一步的基礎上,令Fj1＝Fj2,可得出:

在確定載重和空載張力差的基礎上,使提升重載的張力差等于空運行時的張力差。保證重載及空載時,鋼絲繩防滑滿足要求。

根據式(4),得出Qc＝(Qk×Nk＋Qz)/2＋Qr＝4910kg

分別計算提升大件、提升礦石、提升人員、空運行時,天輪兩側鋼絲繩提升張力差,見表2。

按式(4),確定提升過程中最大張力差為17100 N(空運行和提升礦石時);按式(1),確定提升過程中最大張力差為20200N(空運行時)。最大張力差可能產生于提升大件、提升礦石、提升人員、空運行各過程,須經過計算才能確定。式(4)計算的張力差比式(1)小3100N。綜合兩次計算結果,以最大張力差作為主要判據,以最大張力差較小者,作為最終的平衡錘重量,以保證副井罐籠的平穩安全運行。由此,確定本地下鐵礦副井平衡錘為4910kg。平衡錘罐道分為木罐道、鋼絲繩罐道,罐道間距可根據礦井實際情況選擇,平衡錘懸掛裝置有楔形懸掛和桃形環懸掛兩種形式。平衡錘的配重塊分為一組多個。根據確定的罐道類型、罐道間距等可最終確定配重平衡錘。

表2 改進方案張力差計算結果

4 結 論

依據式(1)和式(4)的計算結果,通過核算最大張力差,從而確定了合理的平衡錘重量可避免由于設計不當而產生鋼絲繩打滑及電動機過載等事故,本文的計算方法對于其他礦山平衡錘重量的確定具有一定的參考借鑒意義。

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2017-04-07)

王鳳民(1974－),男,河北保定人,工程師,從事礦山地質及礦山安全評價工作,Email:13673129766＠163.com。