煤矿立井二次改绞天轮平台利用技术探讨

煤矿立井二次改绞天轮平台利用技术探讨勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01天轮平台技术概述02天轮平台结构组成03天轮平台布置原则04二次改绞技术方案CONTENTS目录05安装工艺与精度控制06安全规范与技术保障07工程案例与效益分析01天轮平台技术概述天轮平台的定义天轮平台的定义与核心功能天轮平台是煤矿立井凿井施工的核心悬吊设施，由天轮梁、天轮及附属钢结构组成，通常布置于井架顶部或暗立井封口盘以上，采用"日"字形或"目"字形框架结构。核心功能一：悬吊凿井设备承担悬吊凿井设备的功能，是立井开凿或延深施工中不可或缺的关键组成部分，所属类别为悬吊凿井设备。核心功能二：提升人员与物料具备提升人员物料的核心功能，在立井提升系统中，通过天轮与钢丝绳等部件配合，实现矿井内人员、矿石及设备的垂直运输。

立井二次改绞工程技术背景01原提升系统局限性分析传统立井提升系统存在提升能力不足问题，如正中煤矿原3m³手动装卸箕斗提升矸石时需人工控制装载量，单循环周期长，影响生产效率。同时部分设备老化，如非标钢管井架荷载能力和过卷高度难以满足新需求。

02二次改绞核心目标立井二次改绞旨在通过技术改造提升矿井提升能力，如正中煤矿改绞后提矸石能力达1572m³/天，提煤炭达1634m³/天；同时缩短改绞时间、节省预算投资，某案例利用临时凿井井架改造天轮平台，实现工期优化与成本控制。

03天轮平台改造必要性天轮平台作为核心悬吊设施，其结构和布置直接影响提升系统性能。通过天轮方位角偏移（如某案例偏移11°）、更换适配新提升机的天轮等改造，可适配新的提升机类型和罐道绳配置，如采用8根6×7+Fc-38-1670钢丝绳罐道，保障提升系统平稳高效运行。天轮平台改造的技术价值与意义缩短改绞工程周期利用临时凿井井架进行天轮平台改造，可有效减少传统改绞施工中的设备拆除与重建工序，如正中煤矿主立井改绞工程实现40天内完成机电安装，显著提升施工效率。降低项目预算投资通过优化天轮方位角偏移（如11°偏移改造技术）及二次改绞方案，减少井架主体结构更换成本，避免重复购置临时设施，实现预算资金的高效利用。提升矿井提升能力改造后提升系统适配更大容量设备，如改绞后双箕斗提升机提矸石能力达1572m³/天，提煤炭能力达1634m³/天，满足矿井高产高效生产需求。保障施工安全规范改造过程严格遵循《煤矿安全规程》，通过精确控制天轮绳槽中心线偏差≤2mm、钢梁水平度≤5mm，确保荷载传递路径稳定，符合井架承载结构安全验算标准。02天轮平台结构组成框架结构类型与典型形式

日字形框架结构由4根边梁、1根中梁及若干天轮梁构成，主梁选用工字形组合截面或加强型轧制工字钢，副梁采用标准轧制工字钢，通过高强度螺栓实现刚性连接。中梁轴线需偏离井筒中心线以适配吊盘悬吊需求。

目字形框架结构中梁轴线应与井筒中心线重合，确保荷载均衡分布。双绞车悬吊同一设备时要求天轮出绳方向一致，提升天轮保持水平，稳绳天轮布置于其两侧。

结构材料与连接方式主梁选用工字形组合截面或加强型轧制工字钢，副梁采用标准轧制工字钢，通过高强度螺栓实现刚性连接。天轮支承方式要求外缘与边梁间距≥60mm。主梁与副梁材料选型标准

主梁材料选型要求主梁选用工字形组合截面或加强型轧制工字钢，需具备高强度和刚性，以承担主要荷载。

副梁材料选型要求副梁采用标准轧制工字钢，通过高强度螺栓与主梁实现刚性连接，辅助分散荷载。

材料连接方式规范主梁与副梁的连接必须使用高强度螺栓，确保框架结构的整体稳定性和承载能力。天轮外缘间距要求天轮支承方式与关键参数计算

天轮支承方式要求外缘与边梁间距≥60mm，确保运行时不发生碰撞干涉，保障设备安全稳定运行。轴心升高值计算公式

轴心升高值通过公式$h=R(\\sqrt{1+\\tan^2β}-1)$计算确定，其中R为天轮半径，β为钢丝绳仰角，该参数直接影响钢丝绳的受力状态和运行轨迹。天轮绳槽中心线偏差标准

安装精度要求天轮绳槽中心线偏差≤2mm，以保证钢丝绳在绳槽内正常运行，减少磨损和跑偏风险。

高强度螺栓连接技术要求螺栓选型标准天轮平台主梁与副梁连接应选用高强度螺栓，通常采用符合国家标准的高强度螺栓，以确保框架结构的刚性连接和承载能力。

连接施工规范安装时需严格按照设计扭矩值进行紧固，确保螺栓连接的预紧力符合要求，防止连接松动影响平台整体稳定性。

质量验收指标连接部位应进行扭矩检查，螺栓拧紧后的外露丝扣数量应符合规范，且不得有裂纹、变形等缺陷，以保证连接强度和安全性。03天轮平台布置原则

主梁轴线与提升中心线垂直要求核心布置原则天轮平台主梁轴线必须与凿井提升中心线保持垂直关系，这是确保提升设备稳定运行和荷载均衡传递的基础。

结构受力优化垂直布置可使提升荷载通过主梁均匀传递至井架，避免产生附加扭矩，符合《煤矿安全规程》对井架及井筒装备的结构安全要求。

设备转换可行性保障通过精确偏移井筒中心线，结合主梁与提升中心线的垂直设置，为双绞车悬吊同一设备或多工序设备转换提供空间条件，如双绳悬吊管路推荐采用双槽天轮。

井筒中心线偏移设计规范偏移核心原则中梁轴线需偏离井筒中心线以适配吊盘悬吊需求，采用"目"字形结构时中梁轴线应与井筒中心线重合，确保荷载均衡分布。

偏移技术参数计算轴心升高值通过公式h=R(√(1+tan²β)-1)计算确定，其中R为天轮半径，β为钢丝绳仰角，保障钢丝绳运行轨迹合理。

行业应用标准双绞车悬吊同一设备时要求天轮出绳方向一致，提升天轮保持水平，稳绳天轮布置于其两侧，符合《煤矿安全规程》相关技术标准。

多绞车悬吊天轮布置方案

出绳方向一致性原则双绞车悬吊同一设备时，天轮出绳方向必须保持一致，确保提升过程中钢丝绳受力均衡，避免因方向偏差导致设备摆动或钢丝绳磨损。

提升与稳绳天轮位置关系提升天轮需保持水平状态，稳绳天轮应对称布置于提升天轮两侧，形成稳定的导向系统，保障提升容器在井筒内垂直运行，防止横向偏移。

多绳悬吊荷载均衡设计采用"目"字形框架结构时，中梁轴线应与井筒中心线重合，使各天轮荷载均匀分布于主梁和边梁，避免局部结构因受力集中产生变形或损坏。

方位角偏移技术应用通过天轮方位角偏移改造（如11°偏移案例），可适配临时凿井井架的复用需求，优化多绞车协同作业空间，缩短改绞工期并降低设备投入成本。

"日"字型与"目"字型结构应用对比结构组成差异"日"字型框架由4根边梁、1根中梁及若干天轮梁构成，主梁采用工字形组合截面或加强型轧制工字钢，副梁为标准轧制工字钢；"目"字型结构在"日"字型基础上增加中梁，形成双中梁布局，中梁轴线与井筒中心线重合以均衡荷载。

布置原则对比"日"字型中梁轴线需偏离井筒中心线适配吊盘悬吊，双绞车悬吊时要求天轮出绳方向一致；"目"字型中梁轴线与井筒中心线重合，稳绳天轮对称布置于提升天轮两侧，确保荷载均衡分布。

适用场景分析"日"字型适用于单提升系统或中小型井筒，刘庄煤矿案例中采用该结构，平台标高+28m，钢梁水平度≤5mm；"目"字型适用于双提升系统或大型井筒，需承载更大荷载时选用，通过双中梁设计优化受力传递路径。

技术参数控制两者均要求天轮外缘与边梁间距≥60mm，绳点位置偏差≤3mm；"日"字型主梁水平偏差≤3mm，"目"字型因双中梁结构，整体位置公差需控制在≤3mm，确保双提升系统同步运行精度。04二次改绞技术方案01临时凿井井架改造可行性分析井架结构承载能力验算临时凿井井架改造需进行井塔承载结构验算，确保其荷载传递路径（天轮→天轮梁→主梁→井架→基础）符合安全规范，断绳荷载作为结构设计控制因素。02天轮方位角偏移技术可行性通过天轮平台方位角偏移改造技术（如偏移11°案例），可适配新的提升需求，需确保主梁轴线与新提升中心线垂直，双绞车悬吊设备时天轮出绳方向一致。03安装精度保障可行性参考刘庄煤矿案例，钢梁水平度控制≤5mm，构件位置公差≤3mm，天轮绳点位置偏差≤3mm，现有安装工艺（如U形卡固定、分步吊装）可满足改造精度要求。04与改绞后提升系统匹配性改造后需与新提升机（如2JK-2.5/11.5型）、罐道绳（如8根6×7+Fc-38-1670钢丝绳）及提升容器匹配，确保提升能力提升（如提矸石达1572m³/天）。

天轮方位角偏移设计与计算方位角偏移改造的必要性通过天轮方位角偏移改造（如某案例中偏移11°），可缩短改绞时间，节省预算投资，提高矿井提升能力，加快建设速度。

天轮方位角偏移设计原则主梁轴线需与凿井提升中心线垂直，中梁轴线可偏离井筒中心线以适配吊盘悬吊等需求，确保设备转换可行性及荷载均衡分布。

轴心升高值计算方法轴心升高值通过公式h=R(√(1+tan²β)-1)计算，其中R为天轮半径，β为钢丝绳仰角，以保证钢丝绳运行轨迹合理。

偏移改造的技术参数控制改造过程中需控制钢梁水平偏差≤3mm，构件位置公差≤3mm，天轮绳槽中心线偏差≤2mm，确保符合《煤矿安全规程》及国家标准要求。

改绞前后提升系统参数对比井架及平台配置对比改绞前采用非标钢管井架，天轮平台为临时凿井结构；改绞后采用IIIG型凿井井架，通过天轮方位角偏移11°改造，提升平台承载能力与稳定性。

提升机性能参数对比改绞前使用2JK-2/11.5提升机；改绞后更换为2JK-2.5/11.5提升机，静张力和静张力差符合更大比重物料提升规范，提升单循环周期缩短。

天轮及罐道绳参数对比改绞前为1.6m天轮、Φ24.5钢丝绳罐道（6根）；改绞后采用符合《煤矿安全规程》的提升天轮，罐道绳更换为8根6×7+Fc-38-1670钢丝绳，运行安全性显著提高。

提升能力量化对比改绞后按每小班5.5小时作业时间测算，提矸石能力达1572m³/天，提煤炭能力达1634m³/天，较改绞前非标系统提升效率大幅提升。改绞工程实施流程规划施工准备阶段组织专业人员进行图纸自审与会审，编制详细施工图预算及材料进场计划；完成技术交底工作，明确各工序质量要求与操作要点；准备施工所需钢材、钢丝绳等材料及吊装、测量等施工机具设备，确保其完好性。天轮平台改造阶段按编号顺序吊装钢梁，控制空位尺寸偏差≤14mm；安装天轮时保证绳点位置偏差≤3mm，通过公式h=R(√(1+tan²β)-1)计算确定轴心升高值；采用高强度螺栓连接钢梁，整体固定使用U形卡与槽钢连接，确保水平偏差≤3mm。设备安装与调试阶段更换提升机、天轮等设备，如将原1.6m天轮更换为符合《规程》要求的型号；安装新罐道绳，如采用8根6×7+Fc-38-1670钢丝绳作罐道绳；对提升系统进行全面调试，包括紧急制动、过载保护等安全装置，确保各设备运行正常。竣工验收阶段对照设计图纸及质量标准，对改绞工程进行分项验收，重点检查天轮平台安装精度、提升机性能等；进行空载试运行和负载试运行，验证提升能力及系统稳定性，如测算提矸石时每天提升力量可达1572m³，提煤炭时可达1634m³，确保符合预期目标。05安装工艺与精度控制

钢梁吊装施工工艺标准吊装顺序与编号控制钢梁吊装需严格按编号顺序进行，确保各构件安装位置准确，空位尺寸偏差控制在≤14mm范围内。

水平度与标高控制安装过程中需严格控制钢梁水平度，如刘庄煤矿案例中钢梁水平度控制≤5mm，平台标高设定为+28m。

构件位置公差要求构件位置公差需控制在≤3mm，以保证整体框架结构的稳定性和后续天轮安装的精度要求。

固定连接方式规范整体固定采用U形卡与槽钢连接，确保钢梁与井架结构形成刚性整体，满足荷载传递及安全承载要求。

天轮安装位置偏差控制技术绳点位置偏差控制标准天轮安装绳点位置偏差需严格控制在≤3mm，确保提升钢丝绳运行轨迹精准，避免因位置偏移导致的钢丝绳磨损或跳槽风险。

钢梁水平度与构件位置公差要求以刘庄煤矿案例为例，平台钢梁水平度控制≤5mm，构件位置公差≤3mm，通过高精度测量仪器实时监测，保障天轮安装基础的稳定性。

井架躯体底脚中心线偏差规范国家标准GB明确规定，井架躯体底脚中心线与设计位置偏差需≤±5mm，为天轮平台整体安装提供基准坐标控制依据。

空位尺寸偏差控制措施钢梁吊装阶段需按编号顺序控制空位尺寸偏差≤14mm，通过预先编号、顺序吊装及临时固定措施，确保天轮安装空间位置精度。整体固定连接工艺要求连接方式选择标准天轮平台整体固定采用U形卡与槽钢组合连接方式，确保构件刚性固定，符合《煤矿安全规程》中悬吊设施连接强度要求。高强度螺栓连接规范主梁与副梁连接使用高强度螺栓，连接面需经除锈处理，螺栓预紧力矩应符合设计要求，确保框架结构整体稳定性。连接部位位置公差控制构件位置公差需≤3mm，刘庄煤矿案例中通过编号顺序吊装控制空位尺寸偏差≤14mm，保障连接精度。防松与防腐处理要求所有连接螺栓需采取防松措施，如加装防松垫圈；外露连接部位应进行防腐涂装，提升长期使用可靠性。安装质量验收标准与方法结构安装精度标准钢梁水平偏差需≤3mm，整体水平度控制≤5mm；构件位置公差≤3mm，空位尺寸偏差≤14mm，确保框架结构稳定性。天轮安装关键参数天轮绳点位置偏差≤3mm，外缘与边梁间距≥60mm；轴心升高值按公式h=R(√(1+tan²β)-1)计算，保障钢丝绳运行轨迹精准。连接与固定质量要求高强度螺栓连接需达到设计扭矩值，U形卡与槽钢固定应牢固可靠，焊缝质量符合GB标准，无裂纹、气孔等缺陷。验收检测方法采用水准仪测量水平度，全站仪校准十字中心线偏差；使用扭矩扳手检查螺栓预紧力，直尺量测天轮间距及位移量，结合刘庄煤矿案例实测数据验证。06安全规范与技术保障

井塔承载结构验算要求01临时平台验算前提条件根据《煤矿安全规程》要求，临时天轮平台布置前必须对井塔承载结构进行验算，确保其荷载承载能力满足施工需求[1][3]。

02荷载传递路径分析荷载传递路径为：天轮→天轮梁→主梁→井架→基础，验算需覆盖各节点及整体结构的强度、刚度和稳定性[3]。

03断绳荷载控制因素结构设计需将断绳荷载作为关键控制因素，确保井塔在极端工况下仍能保持结构安全[3]。

提升孔口安全防护措施全封闭防护设计要求提升孔口需实施全封闭防护，防止人员、物料坠落及异物进入井筒。封闭设施应采用强度符合要求的钢材或复合材料制作，确保结构稳固可靠。

防护装置技术参数防护栏高度不应低于1.2m，栏杆间距不大于0.3m，底部应设置不低于0.18m的挡脚板。防护门应具备自动关闭功能，开启方向应朝向安全区域，关闭后应能有效锁闭。

安全警示标识设置规范孔口周边应清晰设置"禁止入内"、"注意坠落"等醒目的安全警示标识，标识牌尺寸、颜色、字体应符合国家标准，保证在良好照明和恶劣天气条件下均能清晰辨识。

日常检查与维护制度建立每日班前检查、每周专项检查及月度全面检查制度。检查内容包括防护装置的完整性、牢固性，警示标识的清晰性，发现损坏或异常情况须立即停用并整改，严禁带病运行。

荷载传递路径与承载能力分析荷载传递路径天轮平台荷载传递路径为：天轮→天轮梁→主梁→井架→基础，确保荷载从悬吊设备逐级传递至井架基础。

承载能力核心控制因素断绳荷载是天轮平台结构设计的关键控制因素，钢丝绳荷载严禁超过井架承载能力，需严格按《煤矿安全规程》进行验算。

双绳悬吊管路技术要求双绳悬吊管路推荐采用双槽天轮，以平衡荷载分布，提升系统运行的稳定性与安全性。

临时平台承载结构验算临时天轮平台布置前必须验算井塔承重结构，确保其满足施工期间的荷载要求，符合相关安全规范。断绳荷载防护技术规范

荷载传递路径设计要求断绳荷载防护需明确荷载传递路径为：天轮→天轮梁→主梁→井架→基础，确保力流传递顺畅，避免应力集中。双绳悬吊设备防护措施双绞车悬吊同一设备时，应采用双槽天轮，确保出绳方向一致，提升天轮保持水平，稳绳天轮布置于两侧以分散断绳冲击力。断绳荷载作为结构设计控制因素天轮平台结构设计必须将断绳荷载纳入控制因素，严格按照《煤矿安全规