智能換繩技術(shù)在鎳礦千米深井的應(yīng)用

楊莉萍，賈福音，張斑虎，唐音元，趙 亮

1蘭州市軌道交通有限公司 甘肅蘭州 730000

2徐州工大三森科技有限公司 江蘇徐州 221116

3金川集團(tuán)有限公司 甘肅金昌 737100

立 井摩擦提升首繩更換是礦山生產(chǎn)中占用時(shí)間長(zhǎng)、用人多、危險(xiǎn)性大的一項(xiàng)工作。特別是千米深井提升首繩的更換，一直是困繞生產(chǎn)、影響安全的難題[1]。一般常用的換繩方法是人工換繩法[2]，用間隔打板夾把新首繩與舊首繩固定在一起，由舊首繩附帶新首繩。新首繩的重力由板夾的夾持力承擔(dān)，板夾夾持力小易造成溜繩事故；板夾夾持力大，會(huì)對(duì)新首繩造成一定的損傷[3-4]。施工過(guò)程中單憑施工人員的經(jīng)驗(yàn)，存在一定的事故隱患。特別是新首繩是以自由狀態(tài)依附在受力的舊首繩上，新首繩受力時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)，致使新首繩在板夾處相對(duì)舊首繩產(chǎn)生相對(duì)位移而受損，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致新首繩報(bào)廢。由于舊首繩的內(nèi)應(yīng)力傳遞給了新首繩，加速了新繩的損壞，且換繩過(guò)程中容易造成新舊首繩絞在一起[5]。為改變長(zhǎng)期困繞礦井生產(chǎn)、影響安全的現(xiàn)狀，推動(dòng)以“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的安全要求，提高換繩的安全性及高效性，筆者針對(duì)金川 50 行主立井實(shí)際情況，采用智能換繩車(chē)換繩技術(shù)更換立井首繩[6-7]。

1 礦井提升參數(shù)及換繩參數(shù)計(jì)算

金川 50 行主立井是提升能力為 300 萬(wàn) t/a 的礦井，箕斗載重 30 t。

1.1 礦井提升參數(shù)

礦井提升參數(shù)如表 1 所列。

表1 提升機(jī)參數(shù)

采用智能換繩車(chē)更換主立井提升首繩，采用先雙收舊繩，再雙放新繩的“2·3·2”換繩工藝，即先收 2 根舊首繩，再放 2 根新首繩，重復(fù)操作 3 次，完成換繩。

1.2 換繩車(chē)及換繩參數(shù)的計(jì)算

換繩車(chē)性能參數(shù)如表 2 所列。

表2 換繩車(chē)性能參數(shù)

根據(jù)金川 50 行主井提升參數(shù)，筆者采用智能換繩車(chē)雙收、雙放換繩工藝，換繩車(chē)及換繩參數(shù)計(jì)算如下：

(1) 換繩車(chē)收繩拉力

式中：F1為換繩車(chē)收繩拉力，kN；W1為單根首繩自重，kN；K1為收繩拉力系數(shù)。

單根首繩自重

式中：H 為首繩全長(zhǎng)，取 799 m；q 為首繩單位自重，取 0.075 46 kN/m。

由歐拉公式可知，在收舊首繩時(shí)，換繩車(chē)收繩拉力 F1產(chǎn)生的額定拉力與首繩自重之比為收繩安全系數(shù) K1安，

式中：μ為摩擦因數(shù)，取 0.21；α為常數(shù)，取eμα＞ 2。

為保證換繩安全可靠，K1取 1.5，確保收繩拉力安全系數(shù)為 3。

(2) 換繩車(chē)放繩阻力

式中：F2為換繩車(chē)放繩阻力，kN；K2為放繩阻力系數(shù)。

由歐拉公式可知，在放新首繩時(shí)，換繩車(chē)放繩阻力 F2可承擔(dān)的額定負(fù)載與自重之比為放繩安全系數(shù)K2安

為保證換繩安全可靠，放繩實(shí)際安全系數(shù)大于4，K2取 2，確保放繩阻力安全系數(shù)為 4。

(3) 提升機(jī)檢修速度：vmin=0.3 m/s。

(4) 換繩車(chē)收、放繩速度設(shè)定為 v ＞ 0.3 m/s，滿足提升機(jī) 0.3 m/s 的速度要求。

(5) 同時(shí)更換 2 根首繩張力差驗(yàn)算

單根首繩自重 W1=60 kN，2 根首繩重 2W1=120 kN，提升機(jī)最大靜張力差 F=340 kN ＞ 2W1=120 kN，同時(shí)更換 2 根首繩滿足張力差要求。

(6) 同時(shí)換 2 根首繩襯墊比壓為 0.72 MPa＜2 MPa。

2 智能換繩車(chē)施工流程

2.1 智能換繩車(chē)施工布置

換繩前，設(shè)備在井口就位，施工中各設(shè)備布置如圖 1 所示。

圖1 換繩車(chē)施工圖

2.2 換繩施工流程

(1) 換繩車(chē)就位

換繩車(chē)開(kāi)到井口，導(dǎo)繩輪進(jìn)入井筒中，固定導(dǎo)繩輪[8]，收繩絞車(chē)與放繩絞車(chē)在換繩車(chē)尾部就位并固定。

(2) 引雙舊首繩進(jìn)換繩車(chē)

把換繩車(chē)側(cè) 1 號(hào)箕斗提升到井口，首繩從南到北分別為 1～ 6 號(hào)繩，1 與 6、2 與 5、3 與 4 號(hào)繩分別為3 個(gè)批次同時(shí)更換首繩。根據(jù)首繩現(xiàn)狀，更換首繩時(shí)先換 2、5 號(hào)首繩，再換 1、6 號(hào)，最后更換 3、4 號(hào)首繩，把 2、5 號(hào)首繩從容器端斷開(kāi)，斷開(kāi)的舊首繩從換繩車(chē)前部引入換繩車(chē)。換繩車(chē)以收舊繩拉力拉緊2 根舊首繩。首繩分布如圖 2 所示。

圖2 首繩分布圖

(3) 收 2 根舊首繩

啟動(dòng)提升機(jī)，以 0.3 m/s 的速度提井底 2 號(hào)箕斗，換繩車(chē)隨提升機(jī)連續(xù)收舊繩，當(dāng) 2 號(hào)箕斗到達(dá)井口時(shí)，提升機(jī)停車(chē)，換繩車(chē)停車(chē)，斷開(kāi)換繩車(chē)側(cè) 2號(hào)、5 號(hào)舊首繩。

(4) 翻繩

舊首繩從換繩車(chē)放出，按繩捻向把 2、5 號(hào)新首繩從換繩車(chē)后部穿入，從換繩車(chē)前部送出的新首繩與斷開(kāi)的舊繩連接，此時(shí)把 2 號(hào)箕斗側(cè)的 2、5 號(hào)舊首繩從箕斗懸掛處斷開(kāi)，換繩車(chē)放新首繩，提升機(jī)下放2 號(hào)箕斗，在井口收舊首繩，舊首繩牽引新繩到達(dá) 2號(hào)箕斗側(cè)，留住 2 號(hào)與 5 號(hào)新首繩，反向開(kāi)提升機(jī)使2 號(hào)箕斗返回到井口，把新首繩與箕斗懸掛連接。

(5) 放新首繩

圖3 收舊首繩流程

圖4 翻繩流程

換繩車(chē)?yán)o新首繩并給出預(yù)拉阻力，開(kāi)動(dòng)提升機(jī)，以 0.3 m/s 的速度下放井口 2 號(hào)箕斗，新首繩在換繩車(chē)同步預(yù)張力下放繩，當(dāng)換繩車(chē)側(cè) 1 號(hào)箕斗到達(dá)井口位置，提升機(jī)停車(chē)。由＠TT 擇繩裝置卡固 2 根新首繩，換繩車(chē)放新首繩，當(dāng)新首繩長(zhǎng)度滿足要求時(shí)斷開(kāi)新首繩，并與 1 號(hào)箕斗懸掛連接。調(diào)定繩張力，此時(shí) 2 根首繩更換完成。

(6) 循環(huán)操作

以同樣方法重復(fù)步驟 (1)～(5) 依次更換其余首繩，完成首繩更換工作。

3 結(jié)語(yǔ)

利用智能換繩技術(shù)更換主井 6 根首繩，僅需 12人，用時(shí) 17 h；與原來(lái)人工換繩需要 60 多人，用 120多小時(shí)相比，既安全又高效。特別是換繩車(chē)無(wú)損夾持技術(shù)，在不損傷新繩的前提下，新首繩經(jīng)過(guò)綜合預(yù)拉伸，不僅消除了首繩損傷隱患，而且大大減少了調(diào)繩次數(shù)。此次換繩實(shí)踐證明，智能換繩技術(shù)解決了長(zhǎng)期困擾礦山多繩摩擦式提升機(jī)首繩更換難題，不僅提高了換繩的安全性，也為礦山帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。