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超深井提升容器的選型設計與應用

自動化設備的普及越來越廣泛,提出了超深井提升容器的設計概念,根據相關井筒布置及參數確立了提升容器的斷面及各部件的選型設計,并針對在同一井筒中的不同裝礦點裝載不同礦石并卸載于不同水平的要求,開發出多點裝礦、多點卸載系統。超深井提升容器的成功應用可為將來深井或超深井提升容器的設計提供指導或借鑒。

 

隨著人類社會經濟的發展,人們對各種礦產資源的需求不斷加大,對淺部礦井不斷開發,淺部礦產資源相應減少。我國是一個礦產資源保有量大國,也是一個礦產資源的需求大國,因此,礦產資源的開發應向礦井的深部化發展,相應的深部礦井開采提升設備應運而生。為了安全有效地實現礦產資源的開采應用,深井或超深井提升容器的設計開發必不可少,井深小于800 m的礦井提升容器為淺部或中深井提升容器,井深超過 800 m的提升容器稱為深井提升容器,井深達到或超過 1 500 m的提升容器稱為超深井提升容器。超深井提升容器與淺部或中深井提升容器相比,具有自重輕、終端載荷大、強度高等特點。云南馳宏會澤礦業分公司3號豎井為礦山深部資源找探礦豎井工程,井深達到 1 526 m,為亞洲第二深井,屬超深礦井,相應的提升容器可稱為超深井提升容器。

 

1 提升容器及相關參數

 

會澤礦業分公司3號豎井的井筒直徑為6.5 m,井筒布置為1臺箕斗配合1臺罐籠的混合提升方式;窋嗝鏋1 940 mm×2 0.0mm,罐籠斷面為5 0.0mm×2 0.0mm,井筒布置如圖1所示;酚行莘e為13 m3,最大載重 30.35t,自重 38 t,4 根尾繩總質量為118.39 t,因此箕斗終端載荷為186.74 t。罐籠配合箕斗提升,自重 38 t,4 根尾繩總質量為118.39 t,罐籠采用雙層結構。

 

1 豎井井筒的布置

為了便于下放長材及大件,罐籠中盤設計為活動式,取下中盤后的罐內凈高達到 6.1 m;罐籠下盤設有活動配重車,配重車質量為15.175 t。在箕斗正常提運時,配重車開進罐籠下盤充當配重;在罐籠提人時,配重車開出罐籠,同時箕斗不準提礦,箕斗僅作配重用,罐籠每次提升最多允許乘 80 /2 層。

 

2 結構分析及構配件選型

 

2.1 主繩懸掛裝置的選型

 

箕斗采用 6 根主繩提升。由于箕斗終端載荷較大(目前國內在用提升容器中最大),并且箕斗自重要求較小,主繩懸掛裝置不易選用過大型號。大型號的懸掛裝置自重也大,會影響箕斗本體的設計,只需滿足要求即可,本箕斗選用 XSZ-400()型懸掛裝置。

 

XSZ-400()型懸掛裝置是在 XSZ-400 型懸掛裝置的基礎上專門為該公司3號豎井修改設計的。由于3號豎井屬超深礦井,6 根提升鋼絲繩的伸長量不一致,需要有較大的調節高度。修改設計時,在保持原懸掛裝置破壞載荷及基本功能原理不變的情況下,使調節高度由 933 mm 增加到 1 200 mm,滿足了使用要求。

 

XSZ-400 型懸掛裝置是徐州煤礦安全設備制造有限責任公司設計制造并應用的成熟產品,它是針對國內外普遍使用的液壓墊塊式調繩器存在的不能自動調整鋼絲繩張力平衡而研制的一種實用新型產品。該裝置采用閉環無源液壓連通自動調整平衡系統,能高精度地實現鋼絲繩在動靜狀態下的張力自動平衡,使提升容器受力均勻,減小容器對罐道的沖擊,從而保障箕斗在井筒中高效運行。單架懸掛裝置設計破壞載荷為4 0.0kN,6 架總的破壞載荷為24 0.0kN。最大靜載荷為24 0.0kN÷10.2400kN(245 t)186.74 t,滿足《煤礦安全規程》規定的10 倍的安全系數。

 

罐籠的主繩懸掛裝置的選型與箕斗相同。

 

2.2 尾繩懸掛裝置的選型

 

箕斗尾繩懸掛裝置選用 XWB-400(B)型,此懸掛裝置也是專為會澤礦3號井設計的。其單套設計破壞載荷為4 0.0kN,4 套尾繩懸掛裝置總的破壞載荷為16 0.0kN。最大靜載荷為16 0.0kN÷10.1600kN(163 t)118.39 t,滿足《煤礦安全規程》規定的10倍的安全系數。

 

配套罐籠的尾繩懸掛裝置的選型與箕斗相同。

 

2.3 滾輪罐耳裝置的選型

 

箕斗采用 2 220 mm的方鋼罐道,箕斗正常運行時的速度超過 13 m/s。由于井筒較深,要求罐道的裝配質量較高,以減輕箕斗在運行中對罐道的沖擊。

 

本箕斗選用 4LS35 型滾輪罐耳裝置。此滾輪罐耳裝置設有緩沖裝置,采用碟簧緩沖,緩沖力可調整;滾動輪采用聚氨脂材質,調整緩沖力的大小,能有效降低箕斗在運行中對罐道的沖擊。滾輪罐耳裝置底座焊接在箕斗框架的上部與下部,滾輪罐耳本體轉動輪與底座間可以調節,通過調節使轉動輪靠緊鋼性罐道,箕斗通過滾輪罐耳的轉動沿著鋼罐道上下運行。罐籠采用兩側鋼罐道布置型式,每側布置 2 220 mm的方鋼罐道,因此罐籠選用 8LS35 型滾輪罐耳。

 

2.4 本體結構及連接

 

箕斗本體采用框架式結構配合斗箱旋轉式卸礦。由于箕斗終端載荷較大,箕斗框架與主吊板采用 48M3010.9級鉸制孔螺栓連接,尾繩懸掛吊板用 40件該型螺栓連接。組裝后的罐籠外形尺寸較大,受地理條件的限制無法運輸,所以罐籠采用散件運輸,在井口現場組裝,各構部件間采用 10.9級高強度螺栓連接。

 

主立柱與上盤體用 64M3010.9級高強度螺栓連接,螺栓所受拉力

式中:n 為件數,n=64;µ 為摩擦面的抗滑移系數,µ=0.55;k 為抗剪連接系數,k=0.3;p 為高強度螺栓的預拉力,p=335 kN。

 

計算可得,F=3537.6 kN(361 t)186.74 t。

 

3 成果分析

 

(1)箕斗采用雙卸載系統,井筒布置了2個卸載站,1號卸載站在 1 810 m 水平卸載混合礦,采用移動直軌卸載;2號卸載站在 2 400 m 水平卸載氧化礦和廢石,采用固定曲軌卸載;凡捎 3 點裝礦,1號裝礦站在 1 554 m,2號裝礦站在 1 244 m,3號裝礦站在 894 m。

 

(2)這種2個卸礦點應用在同一箕斗的卸礦方式在我國尚屬首次,會澤礦3號豎井是目前唯一在用的雙卸載點礦井。一般的礦井一個井筒采用一個卸礦點,多個水平的多點卸礦一般要打多個井筒。為了多點卸礦功能的順利實現,移動直軌到位精度偏差不能超過±5 mm,并且應滿足鋼絲繩正常的彈性變形伸縮量的卸載要求。多點卸礦為礦山開采節約了大量成本,移動直軌卸載裝置如圖2所示。

 

2 移動直軌卸載裝置

移動直軌安裝在井筒套架梁上,采用滾輪支撐,滾輪設置潤滑油嘴,直軌由液壓缸驅動。在1號卸載站不工作時,移動直軌與箕斗間距不小于《煤礦安全規程》中要求的150 mm,保證箕斗全速通過。直軌、箕斗均需配置打開到位和關閉到位的檢測開關,檢測開關等級不低于IP67 級,卸載直軌滿足驅動箕斗能準確無誤卸載與關閉箕斗,無二次動作發生。卸載控制系統設置本地操作臺,滿足手動、自動、遠程控制和運行參數監控及顯示,并且要求卸載控制系統能夠準確地與主提升機接口進行數據傳輸,能形成全自動閉鎖控制。

 

4 結語

 

未來深部資源開采技術是我國礦山開采的方向,大型超深井提升容器及雙卸載設備在會澤礦3號井的成功應用,為我國深井開采用提升容器的設計與選型提供借鑒經驗,雙卸載設備的開發應用提高了礦山開采的經濟效益。



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