煤矿立井刚性罐道可行性论证

郑州嵘昌集团实业有限公司 关于煤矿立井罐笼使用钢性罐道 可行性论证方案 概述 立井井筒装备按罐道结构不同分为刚性及柔性钢丝绳罐道两种。 刚性井筒装备以副井安装工程量最多主要由罐道梁、托架、罐道、 梯子间、管路、电缆、井底套架、防撞梁、挡绳梁以及托管梁、电 缆支架等组成。罐道主要形式为组合槽钢、球扁钢、方钢等钢轨 罐道及木罐道已很少使用。 立井井筒装备 井筒装备是指安设在整个井深内的空间结构物，主要包括罐道、 罐道梁、井底支承结构、钢丝绳罐道的拉紧装置以及过卷装置、托 罐梁、梯子间、管路、电缆等。其中罐道和罐梁是井筒设备的主要 组成部分。 罐道作为提升容器运行的导轨，其作用是消除提升容器运行过 程中的横向摆动，保证提升容器高速、安全运行，并阻止提升容器 的坠落。井筒装备按罐道结构不同分为刚性装备（刚性罐道）和柔 性装备（钢丝绳罐道）两种。 一、立井刚性井筒装备 刚性井筒装备由刚性罐道和罐道梁组成，构成空间弹性结构。 刚性罐道是提升容器在井筒上下运行的导向装置。根据提升容器终 端荷载和速度大小，分别选用木质矩形罐道、钢轨罐道、型钢组合 罐道（包括球扁钢罐道） 、整体轧制异形钢罐道以及复合材料罐道等。 罐道梁是沿井筒纵向按一定距离（一般采用等距离） ，为固定刚 性罐道而设置的水平梁。一般都采用金属罐道梁。到七十年代则以 钢轨罐道、滑动罐耳为主；七十年代后期，出现了型钢组合罐道和 整体轧制罐道，配胶轮滚动罐耳，目前以采用冷弯方管罐道和钢 玻璃钢复合材料罐道为主。刚性罐道的结构型式如图 1-1 所示。 我国煤矿一般多采用 38、43kg/m 钢轨作罐道。钢轨罐道在侧 向水平力作用下，由于侧向刚性和截面系数过小易造成严重的容器 横向摆动。因而近年来在提升容器大、提升速度高的井筒中改用矩 形空心截面钢罐道，即型钢组合罐道。型钢组合罐道一般用两个 16 号槽钢加扁钢或角钢加扁钢焊接而成，故又称槽钢组合罐道。由于 型钢组合罐道的侧向弯曲和扭转阻力大，刚性强，截面系数大，配 合使用摩擦系数小的胶轮滚动罐耳，提升容器运行平稳，罐道与罐 耳磨损小，使用年限长，是一种比较好的刚性罐道。 实践证明，型钢组合罐道的加工组装消耗较大的人力和物力， 加工引起的罐道变形虽经校正但其误差还无法完全消除，影响安装 质量。因此，各种整体热轧异型截面罐道用来代替型钢组合罐道便 应运而生了。这种罐道不仅具有侧向刚性和截面系数大的特点，而 且加工、安装都易于保证质量。 为了解决钢罐道的防腐问题，在钢表面敷以玻璃钢，利用钢的 高强度和玻璃钢的耐腐蚀组合成钢玻璃钢复合材料罐道，其使用 寿命长；另外其重量轻，安装方便，罐梁层间距可根据条件设计， 目前这种罐道的使用已越来越多。 当采用组合罐道、胶轮滚动罐耳多绳摩擦提升时，提升容器横 向摆动小，运行平稳，有利于提高运行速度。刚性井筒装备自身及 其所受荷载均直接传给井壁，不增加井架负荷。因此，刚性设备在 我国煤矿中特别是大中型矿井中采用最为广泛。 钢轨罐道 目前地方小型矿井中仍有的应用钢轨罐道，一般为 38kg/m 钢轨。 钢轨的标准长度为 12.5m，固定在四层罐梁上，考虑井筒内冬 夏温差，罐道接头处留有 4.0mm 的伸缩缝，故罐梁层间距为 4.168m。 钢轨罐道的接头位置应尽量设在罐道与罐道梁连接的地方。过 去常用销子对接，但是，由于维修更换不便，使用过程易脱落和剪 断销子，故现在都改用钢夹子接头。有的矿井把罐道接头处轨头加 工成长 100150mm，深 3mm 的梢头，提升容器运行平稳、罐耳磨损 小，效果较好。钢轨罐道和工字钢罐道梁之间采用特制的罐道卡子 和螺栓连接固定。 钢轨罐道强度高，多采用于箕斗井和有钢丝绳断绳防坠器的 罐笼井。由于钢轨罐道在两个轴线方向上的刚度相差较大，抵抗侧 向水平力的能力较弱，所以采用钢轨罐道在材料上使用不够合理。 滑动罐耳对钢轨罐道的磨损严重，需要经常更换。 二、立井钢丝绳井筒装备 立井钢丝绳井筒装备亦称柔性装备。柔性装备采用钢丝绳作罐 道，不需设置罐道梁，具有节省钢材、节约投资；结构简单、安装 方便；井内无罐梁，通风阻力小；绳罐道具有柔性，提升容器运行 平稳等优点。因此，我国煤矿在七十年代曾广泛采用钢丝绳罐道代 替木罐道和钢轨罐道。由于密封钢丝绳依赖进口，提升容器在运行 中的摆动规律尚不清楚，限制了钢丝绳罐道的发展。近年来，由于 上述问题的解决和多绳提升的出现，又为钢丝绳罐道的使用开辟了 广阔的前景。在煤矿、金属矿中，在采用各种提升容器、终端荷载， 不同提升速度和不同井深的井筒中，都有采用钢丝绳罐道的。并已 显示出具有较好的发展前景。 钢丝绳罐道是利用钢丝绳作提升容器运行的轨道。罐道绳的两 端在井上和井底由专用装置固定和拉紧，井筒内不需设置罐道梁。 钢丝绳罐道主要包括：罐道钢丝绳、防撞钢丝绳、罐道绳的固定和 拉紧装置、提升容器上的导向装置、井口和井底进出车水平的刚性 罐道以及中间水平的稳罐装置等。 （一）罐道钢丝绳的选择和布置 目前使用的钢丝绳罐道有普通钢丝绳、密封钢丝绳和异形股钢 丝绳 3 种。用普通 67 或 619 钢丝绳作罐道时，货源广、投资省， 但不耐磨、寿命短、不够经济，只适用于小型煤矿的浅井。密封钢 丝绳和异形股钢丝绳表面光滑、耐磨性强、具有较大的刚性，是比 较理想的罐道绳。特别是异形股钢丝绳，它虽比普通钢丝绳贵 40，而使用寿命为普通钢丝绳的 23 倍。 提升容器沿绳罐道运行时，在各种横向力的作用下，一定会产 生摆动。为了保证提升容器运行平稳和提升工作安全，罐道绳必须 具有一定的拉紧力和刚度。 煤矿安全规程规定：“采用钢丝绳罐 道时，每 100m 钢丝绳的张紧力不得小于 10kN，每个容器设有四根 罐道绳时，每根钢丝绳的最小刚性系数不得小于 500N/m。 ” 罐道绳的直径大小，除应满足拉紧力和安全系数的要求外，还 应考虑罐道长期磨损及刚度的要求。罐道绳直径通常根据井筒深度、 提升终端荷重和提升速度等因素，按经验数据选取。然后，再验算 安全系数 m，即： （1-1） 6 0 qLQ Q m Z 式中 Qz罐道绳全部钢丝破断力总和，N； q罐道绳单位长度重力，N/m； L罐道绳的悬垂长度，m； Q0罐道绳下端的拉紧力，N，应按拉紧力和刚性系数要求取 较大值。 按罐道绳下端的最小拉紧力要求 Q0100L ， N （1-2） 按最小刚性系数要求，罐道绳下端所需拉紧力： （1-3） LL L nLL K Q 0 0 0 min 0 1 4 式中 Kmin罐道绳最小刚性系数，500N/m； L0罐道绳的极限悬垂长度，m； （1-4） m L B 0 B罐道绳的公称抗拉强度，MPa； m罐道绳的安全系数，m6； 罐道绳的重度，kg/m3，取 9000 kg/m3； 罐道绳的布置方式，一般有对角（2 根） 、三角（3 根） 、四角 和单侧（4 根）等几种。 选择罐道绳布置方式时，应使罐道绳远离提升容器的回转中心， 以增大罐道绳的抗扭力矩，减少提升容器在运行中的摆动和扭转， 同时，应尽可能对称于提升容器布置，使各罐道绳受力均匀。 （二）钢丝绳罐道的拉紧和固定装置 罐道绳的拉紧方式有螺杆拉紧、重锤拉紧和液压螺杆拉紧等。 螺杆拉紧是将罐道绳下端用绳夹板固定在井底钢梁上，罐道绳的上 端用拉紧螺杆固定，并在井架上安设螺杆拉紧装置。当拧紧螺杆时， 罐道绳便产生一定张力。为防止罐道绳松弛，常在螺帽下加一压缩 弹簧。因这种拉紧方式的拉紧力有限，一般用于浅井。 （三）钢丝绳罐道设施 井口、井底刚性罐道和平稳罐装置 为了使矿车进出罐笼，必须设稳罐用的刚性罐道。其布置形式 多用四角布置。在井口、井底设专用的稳罐承接装置（如摇台稳罐 装置） 。 钢丝绳罐道的优势 钢丝绳罐道每个容器一般用四根钢丝绳导向，钢丝绳可布置在 容器四角，罐道绳上端固定在井架上，下端使用重锤张紧。与刚性 罐道相比，具有以下优点： 能保持井壁的完整性和封水性。因上端固定在井架上，下端 利用重锤张紧，不与井壁接触，无罐道梁窝，不会破坏井壁的完整 性和封水性。 井筒装备简单，安装工作量小，建设周期短，通风阻力小。 节约大量钢材，减少初期投资。在同样条件下，一套型钢组 合罐道需钢材远远高于一套钢丝绳罐道所需钢材。据统计每米井筒 所需钢材刚性罐道约为 0.64t，钢丝绳罐道约为 0.16t。 运行维护简单，维护成本低。钢丝绳罐道不再使用型钢组合 罐道的罐耳，而罐耳作为易损件费用又高，同时节约了罐耳的检查、 更换及间隙调整时间。 提高提升容器在井筒中的运行速度。钢丝绳罐道的使用特点 就是提升容器在井筒中运行平稳、无振动，安全程度较高，因此钢 丝绳罐道可以提高提升速度。 （6）与刚性罐道相比，无罐道梁窝，可减小井壁厚度。 但采用钢丝绳罐道时，容器之间及容器与井壁之间的间隙要求 较大，增大了井筒净断面积，井塔或井架的荷重增大，这些都限制 了钢丝绳罐道的应用。 现 状 目前，尤氏、嵘昌、昌隆、月亮煤矿副井罐笼提升均采用四角 （4 根）钢丝绳罐道，井口井底采用罐笼两长边 2 根长 6 米、 24kg/m 道轨作为稳罐装置，罐道钢丝绳两端利用螺栓连接固定，罐 道钢丝绳分别固定在井架梁、井底梁上，提升容器为 1T 非标罐笼， 采用单绳缠绕式提升机双码提升，井深分别为 180 米、170 米、170 米、80 米左右。 由于各矿井现用罐笼提升井筒使用时间较长，井壁砌筑严重变 形，造成井筒内各类装备间隙减小，维修量增大，增加了维修成本。 1、安全间隙的确定 提升容器相互之间，提升容器与罐梁、 井梁、井壁之间的安全间隙是布置井筒、设计井筒断面的重要参数， 应按煤矿安全规程的规定选取。 2、各矿实际井筒断面及井筒各类装备间隙见附图 安装刚性罐道前提条件 1、优化井筒断面，适当增大容器与钢梁的安全距离。 2、改进井筒壁砌筑结构和砌筑方式。 3、井口、井底承接装置及其他装备改造。 4、由于原井筒断面增大，井架尺寸随之应适当增大，根据实际应更 换井架。 结 论 一、使用钢丝绳罐道，较刚性罐道施工工艺简单，投资相对较 小，井筒内无需加装罐道粱进行改造，利用现有钢丝绳罐道无需进 行其他改造，能够实现安全运行条件。 使用钢丝绳罐道应注意： 1、加强钢丝绳罐道日常维护 2、严格按要求对井上、井下罐道绳及提升装置等设备进行定期 检查检修 3、应设专人负责对提升系统的维护 二、根据实际现状，使用刚性罐道施工工艺复杂，需要重新修 整井筒壁浇筑结构，加装井筒内的