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超深井提升容器的设计概念
发布时间：2021-06-07 09:25
提出了超深井提升容器的设计概念，根据相关井筒布置及参数确立了提升容器的断面及各部件的选型设计，并针对在同一井筒中的不同装矿点装载不同矿石并卸载于不同水平的要求，开发出多点装矿、多点卸载系统。超深井提升容器的成功应用可为将来深井或超深井提升容器的设计提供指导或借鉴。
随着人类社会经济的发展，人们对各种矿产资源的需求不断加大，对浅部矿井不断开发，浅部矿产资源相应减少。我国是一个矿产资源保有量大国，也是一个矿产资源的需求大国，因此，矿产资源的开发应向矿井的深部化发展，相应的深部矿井开采提升设备应运而生。为了安全有效地实现矿产资源的开采应用，深井或超深井提升容器的设计开发必不可少，井深小于800 m的矿井提升容器为浅部或中深井提升容器，井深超过 800 m的提升容器称为深井提升容器，井深达到或超过 1 500 m的提升容器称为超深井提升容器。超深井提升容器与浅部或中深井提升容器相比，具有自重轻、终端载荷大、强度高等特点。云南驰宏会泽矿业分公司3号竖井为矿山深部资源找探矿竖井工程，井深达到 1 526 m，为亚洲第二深井，属超深矿井，相应的提升容器可称为超深井提升容器。
1 提升容器及相关参数
会泽矿业分公司3号竖井的井筒直径为6.5 m，井筒布置为1台箕斗配合1台罐笼的混合提升方式。箕斗断面为1 940 mm×2 0.0mm，罐笼断面为5 0.0mm×2 0.0mm，井筒布置如图1所示。箕斗有效容积为13 m3，最大载重 30.35t，自重 38 t，4 根尾绳总质量为118.39 t，因此箕斗终端载荷为186.74 t。罐笼配合箕斗提升，自重 38 t，4 根尾绳总质量为118.39 t，罐笼采用双层结构。
为了便于下放长材及大件，罐笼中盘设计为活动式，取下中盘后的罐内净高达到 6.1 m；罐笼下盘设有活动配重车，配重车质量为15.175 t。在箕斗正常提运时，配重车开进罐笼下盘充当配重；在罐笼提人时，配重车开出罐笼，同时箕斗不准提矿，箕斗仅作配重用，罐笼每次提升最多允许乘 80 人/2 层。
2 结构分析及构配件选型
2.1 主绳悬挂装置的选型
箕斗采用 6 根主绳提升。由于箕斗终端载荷较大(目前国内在用提升容器中最大)，并且箕斗自重要求较小，主绳悬挂装置不易选用过大型号。大型号的悬挂装置自重也大，会影响箕斗本体的设计，只需满足要求即可，本箕斗选用 XSZ-400(改)型悬挂装置。
XSZ-400(改)型悬挂装置是在 XSZ-400 型悬挂装置的基础上专门为该公司3号竖井修改设计的。由于3号竖井属超深矿井，6 根提升钢丝绳的伸长量不一致，需要有较大的调节高度。修改设计时，在保持原悬挂装置破坏载荷及基本功能原理不变的情况下，使调节高度由 933 mm 增加到 1 200 mm，满足了使用要求。
XSZ-400 型悬挂装置是徐州煤矿安全设备制造有限责任公司设计制造并应用的成熟产品，它是针对国内外普遍使用的液压垫块式调绳器存在的不能自动调整钢丝绳张力平衡而研制的一种实用新型产品。该装置采用闭环无源液压连通自动调整平衡系统，能高精度地实现钢丝绳在动静状态下的张力自动平衡，使提升容器受力均匀，减小容器对罐道的冲击，从而保障箕斗在井筒中高效运行。单架悬挂装置设计破坏载荷为4 0.0kN，6 架总的破坏载荷为24 0.0kN。最大静载荷为24 0.0kN÷10.2400kN(≈245 t)＞ 186.74 t，满足《煤矿安全规程》规定的10 倍的安全系数。
罐笼的主绳悬挂装置的选型与箕斗相同。
2.2 尾绳悬挂装置的选型
箕斗尾绳悬挂装置选用 XWB-400(B)型，此悬挂装置也是专为会泽矿3号井设计的。其单套设计破坏载荷为4 0.0kN，4 套尾绳悬挂装置总的破坏载荷为16 0.0kN。最大静载荷为16 0.0kN÷10.1600kN(≈163 t)＞ 118.39 t，满足《煤矿安全规程》规定的10倍的安全系数。
配套罐笼的尾绳悬挂装置的选型与箕斗相同。
2.3 滚轮罐耳装置的选型
箕斗采用 2 根 220 mm的方钢罐道，箕斗正常运行时的速度超过 13 m/s。由于井筒较深，要求罐道的装配质量较高，以减轻箕斗在运行中对罐道的冲击。
本箕斗选用 4组 LS35 型滚轮罐耳装置。此滚轮罐耳装置设有缓冲装置，采用碟簧缓冲，缓冲力可调整；滚动轮采用聚氨脂材质，调整缓冲力的大小，能有效降低箕斗在运行中对罐道的冲击。滚轮罐耳装置底座焊接在箕斗框架的上部与下部，滚轮罐耳本体转动轮与底座间可以调节，通过调节使转动轮靠紧钢性罐道，箕斗通过滚轮罐耳的转动沿着钢罐道上下运行。罐笼采用两侧钢罐道布置型式，每侧布置 2 根 220 mm的方钢罐道，因此罐笼选用 8组 LS35 型滚轮罐耳。
2.4 本体结构及连接
箕斗本体采用框架式结构配合斗箱旋转式卸矿。由于箕斗终端载荷较大，箕斗框架与主吊板采用 48件M30的10.9级铰制孔螺栓连接，尾绳悬挂吊板用 40件该型螺栓连接。组装后的罐笼外形尺寸较大，受地理条件的限制无法运输，所以罐笼采用散件运输，在井口现场组装，各构部件间采用 10.9级高强度螺栓连接。
主立柱与上盘体用 64件M30的10.9级高强度螺栓连接，螺栓所受拉力
式中：n 为件数，n=64；µ 为摩擦面的抗滑移系数，µ=0.55；k 为抗剪连接系数，k=0.3；p 为高强度螺栓的预拉力，p=335 kN。
计算可得，F=3537.6 kN(≈361 t)＞186.74 t。
3 成果分析
(1)箕斗采用双卸载系统，井筒布置了2个卸载站，1号卸载站在 1 810 m 水平卸载混合矿，采用移动直轨卸载；2号卸载站在 2 400 m 水平卸载氧化矿和废石，采用固定曲轨卸载。箕斗采用 3 点装矿，1号装矿站在 1 554 m，2号装矿站在 1 244 m，3号装矿站在 894 m。
(2)这种2个卸矿点应用在同一箕斗的卸矿方式在我国尚属首次，会泽矿3号竖井是目前唯一在用的双卸载点矿井。一般的矿井一个井筒采用一个卸矿点，多个水平的多点卸矿一般要打多个井筒。为了多点卸矿功能的顺利实现，移动直轨到位精度偏差不能超过±5 mm，并且应满足钢丝绳正常的弹性变形伸缩量的卸载要求。多点卸矿为矿山开采节约了大量成本，移动直轨卸载装置如图2所示。
图2 移动直轨卸载装置
移动直轨安装在井筒套架梁上，采用滚轮支撑，滚轮设置润滑油嘴，直轨由液压缸驱动。在1号卸载站不工作时，移动直轨与箕斗间距不小于《煤矿安全规程》中要求的150 mm，保证箕斗全速通过。直轨、箕斗均需配置打开到位和关闭到位的检测开关，检测开关等级不低于IP67 级，卸载直轨满足驱动箕斗能准确无误卸载与关闭箕斗，无二次动作发生。卸载控制系统设置本地操作台，满足手动、自动、远程控制和运行参数监控及显示，并且要求卸载控制系统能够准确地与主提升机接口进行数据传输，能形成全自动闭锁控制。4 结语
未来深部资源开采技术是我国矿山开采的方向，大型超深井提升容器及双卸载设备在会泽矿3号井的成功应用，为我国深井开采用提升容器的设计与选型提供借鉴经验，双卸载设备的开发应用提高了矿山开采的经济效益。