超大超深竖井施工提升和悬吊技术

2015-02-24纪灵波

现代矿业 2015年6期

关键词：井架竖井提升机

纪灵波

(中国华冶科工集团有限公司西南分公司)

超大超深竖井施工提升和悬吊技术

纪灵波

(中国华冶科工集团有限公司西南分公司)

分析了超大超深竖井施工中提升和悬吊系统存在的一些技术难题，从技术经济角度提出了有针对性的解决措施，为确保超大超深竖井的安全、高效施工提供参考。

超大超深竖井提升悬吊

尽管我国深部矿产资源开采技术特别是超大超深竖井施工技术取得了一些突破，但仍面临诸多技术难题。为此，对超大超深竖井施工中关于提升和悬吊的一些技术难题进行深入分析，并给出有针对性的解决措施。

1 提升和悬吊技术难点

目前，国内竖井最大净直径已经达到10 m，最大设计深度已经突破1 500 m。施工中提升和悬吊技术的难点有：①施工设备投入多、大型化、部分设备选型困难；②对提升设备、悬吊设备和悬吊设施可靠性要求较高；③凿井吊盘荷载重，需要多条钢丝绳悬吊，采用常规悬吊技术吊盘升降时，稳车同步性难以保证，稳车荷载忽大忽小，如不采取措施，悬吊稳车和钢丝绳甚至会产生严重的超载现象，危及施工安全，并且吊盘升降难以连续进行，耗时较长，影响井筒施工速度。

2 临时凿井井架选择

现有定型设计的凿井井架最大型号为Ⅴ型亭式井架，仅适用于井筒净直径7.5 m以下、井筒深度1 200 m 以下的竖井施工。无法满足超大超深竖井凿井时提升和悬吊荷载的要求，天轮平台尺寸也无法满足需要。目前，针对超大超深竖井施工，中国矿业大学已研制出了一种新型凿井井架，其特点有：

(1)天轮平台结构。新型的“目”字型天轮平台结构弥补了“日”字型结构的缺点。为了便于井筒的临时改绞，传统“日”字型天轮平台结构的井架中心线无法与井筒的中心线进行重合布置，应适当错开300～500 mm，井架的受力也呈现出不对称的状态。采用“目”字型天轮平台结构后，井筒临时改绞便无需考虑2个中心线的错开问题。此外，由于增加了一根横梁，缩短了梁间距，因此天轮平台梁规格相对较小。

(2)支撑结构。井架新型支撑结构呈“人”型，天轮平台采用“个”型支撑，整个结构采用“人”型支撑，有利于荷载下传。

(3)井架适用范围及主要尺寸。该凿井井架可满足净直径为8～12 m，深度为1 500 m的立井井筒施工要求；天轮平台高29.35 m，平台轴线尺寸为9.5 m×9.5 m；翻矸平台高12.0 m，平台轴线尺寸为14.94 m×14.94 m；井架柱底平面轴线尺寸为19.02 m×19.02 m。

3 提升系统

3.1 提升方式选择

超大超深竖井主要有2套单钩、3套单钩和1套双钩加1套单钩等3种提升方式。2套单钩提升方式仅适用于净直径为8.5 m以下的井筒提升，3套单钩方式和1套双钩加1套单钩提升方式适用于净直径为8.5 m以上的井筒提升。从节能方面考虑，1套双钩加1套单钩的提升方式优于3套单钩提升方式，不仅能够相对减少提升设备和配套设施的投入，而且能够节省人工费用。虽然双钩提升会在一定程度上延长调绳时间，但如果施工时间控制得当，几乎不会影响出渣时间。

3.2 吊桶的选择

为了保证出渣效率，提升能力应以满足抓岩机最大抓渣效率为原则，一般选择5 m3和6 m3的吊桶。大吊桶不仅提升能力大，提升效率高，而且节省设备占地。

3.3 提升机的选择

由于采用大吊桶出渣，提升钢丝绳自重较大，提升荷载较大，应尽可能选择滚筒直径较大的凿井专用提升机。如果用于双钩提升和用于以后临时改绞，在选择提升机时，其最大净张力差必须满足使用要求，否则极易损坏提升机减速器。目前，大量适合于超大超深竖井井筒施工的大型提升机相继问世，如中信重工制造的JK-4×2.7/20、JK-4.5×3.0/20、2JK-4×2.1/20、2JK-5×2.3/20、2JK-6×2.5/20和2JK-6.3×2.5/20单绳缠绕提升机，川矿制造的JKZ-4×3.5/17.8、JKZ-4.5×3.7/20、JKZ-5×4/20、JKZ-5.5×5/20、2JKZ-4×2.65/20、2JKZ-5×3/20和2JKZ-5.5×4/20单绳缠绕提升机等。

目前，我国提升机变频调速技术正日益成熟，但由于矿山企业对该项技术缺乏深入了解以及价格昂贵等因素的影响，导致该项技术在矿山并未得到广泛应用。实践证明，虽然提升机变频调速控制系统价格是电阻调速控制系统的4～5倍，但节能效果明显，尤其是单钩提升可节能约35%；实现无级调速，运行速度易控制，安全性能好，能够实现软停和软起，消除了电动机硬起动过程中对电网的冲击，整个系统的寿命和机械部分寿命大大延长；具有柔性化控制，系统运行平稳、安全、可靠。因此，该项技术在超大超深竖井施工中值得推广。

3.4 提升钢丝绳的选择

迪帕公司生产的特殊钢丝绳结构特征有：①外圈股数15股，每股结构为紧密型，表面更加光滑，提高了抗冲击和耐摩性能，该公司所有防旋转型钢丝绳外股均采用紧密型结构，反复卷扬的磨耗远低于非紧密型结构，内圈结构为6(大)+6(小)股，重量和数量与外圈15股结构相当，内圈和外圈采用反方向绕股，是真正防旋转的钢丝绳；②采用同向捻，钢丝与每股同方向，即所谓的线接触，减少了股与股，绳与绳，绳与卷轴之间的磨损，延长了使用寿命，直径10 mm以上的钢丝绳采用的细钢丝数量达328根，大大提高了柔韧性，更易于安装。因此，该公司生产的不旋转钢丝绳可以作为超大超深竖井施工提升钢丝绳的首选。

4 吊盘悬吊问题及解决措施

4.1 存在的问题

(1)稳车同步性差。吊盘为多台稳车共同悬吊，通常稳车电机控制系统复杂，同步性差，调速不均，各钢丝绳拉力明显不均，部分稳车达到最大荷载甚至严重超载(吊盘下放时易出现)，而部分稳车所受荷载较小，甚至钢丝绳处于松弛状态，每上升或下放一次吊盘需要反复调绳。

(2)冲击性大。几台大功率稳车同时直接启动或转子加电阻启动，对电网和传动机构的冲击损害较大。

(3)吊盘扭转明显。由于吊盘绳之间扭矩无法相互抵销，井筒施工至深部时，吊盘扭转明显，若不及时发现和调正，将会发生吊桶与吊盘喇叭口相碰的现象。

(4)抓岩时吊盘震颤严重。由于吊盘悬吊钢丝绳存在弹性变形，固定于吊盘上的中心回转抓岩机在工作时，悬吊钢丝绳终端荷载不断发生变化，吊盘会发生明显震颤，井筒越深震幅越大，使得已调正的吊盘发生扭转，影响抓渣效率和吊桶提升安全。

4.2 解决措施

(1)保持吊盘稳车同步。采用稳车群变频调速集控系统，对吊盘稳车进行变频调速集中控制，在稳车启动至停车的时间段内，各绳位移接近，使吊盘在井筒中能够平稳的上下移动；若累积误差较大时，也可以分别对各绳进行调整或分组调整，另外，还可以减少启动时的峰值功率损耗,功率因数由0.85提高至0.95以上，实现节能；减少电动机启停对传动机构的冲击, 延长设备的使用寿命；避开直接启动形成的强大电流对电网的冲击，保障同一供电线路上其他设备的正常运行；降低多台吊盘稳车启动时的噪音。实践证明，仅依赖于稳车群变频调速集控系统无法完全解决吊盘绳受力不均的问题。

(2)保持吊盘绳张力均衡。在吊盘上层盘，加装钢丝绳张力液压自动平衡系统，使得各悬吊钢丝绳所受拉力大致相等。上下吊盘通过对液压缸行程进行监控，确保各液压缸处于最大行程以内，便可确保各吊盘悬吊钢丝绳张力基本相等。

(3)保证吊盘升降顺畅以及盘面基本水平。在吊盘上、下层盘安装稳盘器，一方面可以保证吊盘升降顺畅，另一面可以控制吊盘纵向位移，不至于使吊盘盘面过度倾斜。

(4)控制吊盘震颤。吊盘导向装置的导向轮上部与井壁之间，采用特制钢楔塞紧，钢楔必须采用锁链或钢丝绳与吊盘连接，以防钢楔坠落井底。其原理是，当中心回转抓岩机抓起渣时，吊盘随之下降，此时钢楔靠自重随导向轮紧贴井壁下降；当抓岩机卸载后，吊盘将上升，此时钢楔则会阻止导向轮上升。如此经抓岩机几次反复抓渣，吊盘震颤幅度将越来越小，最终使吊盘趋于局部小幅震颤，保证抓岩的正常进行。