深竖井开凿提升悬吊系统设计与工程应用∗

赵兴东，刘岩岩，徐继涛，董路群，李铁军

(1.东北大学井巷与地压控制研究中心， 辽宁沈阳 110819；2.中国华冶科工集团有限公司， 北京 100176)

深竖井开凿提升悬吊系统设计与工程应用∗

赵兴东1，刘岩岩1，徐继涛1，董路群2，李铁军2

(1.东北大学井巷与地压控制研究中心， 辽宁沈阳 110819；2.中国华冶科工集团有限公司， 北京 100176)

在深竖井施工过程中，悬吊及其提升系统是制约竖井开凿速度及安全的关键。本溪思山岭铁矿新建副井深度为1503.9m，断面净直径10m，属大断面超深竖井。超深竖井开凿对于井筒悬吊提升系统提出更高要求。针对思山岭矿竖井施工，进行悬吊提升设计，解决超深竖井施工提升悬吊中的一些问题。

思山岭矿；超深竖井；提升悬吊系统

1 工程概况

本溪思山岭铁矿隶属龙新矿业有限公司，该矿探明储量约为25亿t，从技术和经济考虑，选择竖井开拓。新建副井井筒中心坐标X＝62665.767，Y＝566829.743。井口标高＋215.200m，井底标高－1288.700m(含封底600mm厚)，井深1503.9m，井筒净直径10.0m，掘进断面直径11.2m。井颈段共40m，其中临时锁口段3.7m，采用1000mm厚砖砌支护，井颈段采用1000mm厚钢筋砼支护，井筒处支护厚度为600mm。

思山岭矿计划建设3条主井，1条副井，井深1509m，4条回风天井，本文设计对象为新开凿副井SJ1。

2 思山岭副井提升悬吊特点

(1)井下的爆破开挖量大，钢丝绳的长度加大导致自重增加，要求配备大容量吊桶和高强度提升钢丝绳[1]。

(2)超深竖井施工时，钢丝绳长，使吊桶摆动幅度加剧，使得吊桶碰撞吊盘、井壁的概率大大增加，增大提升风险。

(3)大断面深竖井施工，井内设备增加，悬吊稳车的钢绳数量要多于普通竖井。深部井下地压增大，提升悬吊时注意预防井下岩爆和高温火灾。

3 提升悬吊设备

3.1 井 架

对于1503m竖井的施工，井架的承载能力应该达到600 t以上，采用超深大井特型亭式井架，该井架规格尺寸大，天轮平台梁能覆盖井筒内的提升和悬吊设备设施[2]；井架结构好，强度高，承载力大，整体稳定性好，满足大直径超深井筒悬吊要求。

3.2 提升机

提升机主要用来向吊盘或者井底运送人员材料，以及排矸排水工作，超深竖井要求采用专有特制的大型提升机，主提升机为2JK－4.5×2.4/20，配备2 台1200 kW电机，副提升机为2JK－4.0×2.4/20，配置2台1000 kW电机，分布在井口两侧。

3.3 提升吊桶

吊桶的选择要考虑到井筒工作面的抓岩生产率和井筒断面的尺寸。

首先吊桶的一次提升循环时间T应小于或等于抓岩机装满一桶矸石的时间Tzh，即:

式中:VT——排渣吊桶容积，m3；

Ct——提升不均匀系数，Ct＝1.25；

Azh——井筒工作面抓岩机的总生产率(松散

体积)，此处取60m3/h。

吊桶的一次提升循环时间T，按井深度不同变化，平均取360 s。计算得出VT＝8.3m3。

要求吊桶容积至少为8.3m3，可采用主提升机双沟提升6m3的吊桶排渣，副提升机单沟提升5m3的吊桶排渣，既能满足生产要求，又能在净直径为10m井筒内下放。根据提升机及配套的电动机、减速器可知，主提升机最大提升速度为Vms＝6.96m/s，副提升机最大速度为Vms＝7.54m/s。提升能力见表1。

表1 提升能力随深度变化

采用2台HZ－6B中心回转抓岩机抓碴，抓岩能力为50～60m3/h，并用MWY6/0.3电动小挖作为辅助。井下爆破每炮进尺4.5m，岩石松散系数取1.7，每炮碴102×4.5×1.7＝780m3。每炮需排渣780m3，考虑工序准备和收尾时间，排完一渣炮实际需要9.5 h。

3.4 提升钢丝绳

提升钢丝绳在竖井施工中，用来提升吊桶、抓岩机，悬吊吊盘、模板、通风排水管、安全梯等设备。要求钢丝绳在安全系数范围内，钢丝绳的破断力大于其承载的总拉力，保证悬吊系统的平稳[3]。

以900m以下主提升钢丝绳选择为例，提升的容器有坐沟式6m3吊桶，重量2.218 t；渣9600×0.9÷ 1000＝8.64 t；附属装置重量0.521 t；吊桶一次排水量5.4 t；YSJZ－6.12新型液压高效伞钻重量12.8 t。

选用从德国进口的DIEPA D 1315 CZ－Φ42－2160，钢丝绳最大悬垂高度1540m，每米重量8.56 kg，总重量13.18 t。钢丝绳总破断力F总＝228.64 t。

提升物料时，按最重计算，副井施工出渣时提升最大重量为:

上下人员时，吊桶内可容9人，每人按75 kg计算，天轮下载荷重量为:Q人＝16.69 t。

提升物料时，钢绳安全系数为:M物＝228.64÷ 26.959＝8.48＞7.5；上下人员时，钢绳安全系数为: M人＝228.64÷16.59＝13.78＞9。因此，认为该钢丝绳可靠。

3.5 悬吊绞车

凿井绞车用于悬吊吊盘、模板、风筒、排水管、中心回转抓岩机、安全梯及管路缆线等凿井设备和拉紧稳绳，选凿井绞车时，除了考虑设备的悬吊方式外，应使悬吊的终端荷载与钢丝绳自重之和不超过凿井绞车的最大静张力值。本矿使用JZ型绞车系列，所允许的钢丝绳最大静张力为50～400 kN。根据悬吊的钢丝绳数，在井口布置20台不同型号的绞车。

4 提升系统布置

4.1 井口平面布置

根据所需求的提升悬吊设备，设计井口平面布置如图1所示。

4.2 天轮平台平面布置

天轮是矿井立井井架最上方调节钢丝绳运动方向的定滑轮。作用是撑起连接提升机卷筒和提升容器的钢丝绳，并引导钢丝绳转向[4]。天轮平台使用“个”型支撑结构，整体使用“人”型支撑，有利于上面荷载的下传，同时有利于改善翻矸平台下的空间。天轮平台安装在井架的上方，6根主梁使用自制工字钢梁，28根副梁使用I63a型号，长度为4590mm。提升天轮采用Φ3500铸钢天轮3套；吊盘采用MZS2.1－0－1×1.05天轮16套；模板采用MZS2.1－0 －1×1.05天轮4套，中心回转采用MZS2.1－0－1×1.05天轮4套；压风供水采用MZS2.2－0－2×1.05天轮2套，，排水管采用MZS2.2－0－2×1.05天轮2套，风筒采用MZS2.1－0－1×1.05天轮2套；安全梯采用MZS2.1－0－1×1.05天轮2套。

4.3 吊盘平面布置

吊盘是竖井施工向下掘进的工作平台，共分3层，直径为9800mm。吊盘采用防偏斜、防旋转技术，下层盘采用封闭技术，使吊盘坚固耐用、防炮崩和免清理。保证吊盘上的悬挂钢丝绳受力均匀，使用平衡悬挂装置，卸载钢丝绳上的旋转应力，保证吊盘不旋转。工作面上主要布置抓岩机、水仓、爆破通讯电缆、压风供水管等，其中2条动力电缆分别随中心回转抓岩机悬吊，爆破电缆及通讯信号电缆分别随2条吊盘绳悬吊。吊盘平面布置见图2。

图1 井口平面布置

图2 吊盘平面布置

5 提升悬吊系统

主提升机2JK－4.5×2.4/20，各配备2台1200 kW电机，双钩提升6.0m3吊桶排碴。副提升机2JK －4.0×2.1/20，配备2台1000 kW电机，单钩提升5.0m3吊桶排碴。YSJZ－6.12液压伞钻，由主提升机提吊出入井口，在凿岩时也由其悬吊，以保证伞钻不倾斜或翻倒。

Φ9800mm三层吊盘，选用8根35w×7－Φ44－1960不旋转钢丝绳和8台JZ－25/1800稳车悬吊。HZ－6B中心回转抓岩机两台，均选用35w×7－Φ34－1960不旋转钢丝绳和JZ－25/1800稳车悬吊。Φ159×4.5压风管和Φ57×3.5供水管，选用2根35w ×7－Φ42－1960不旋转钢丝绳和2台JZ－40/1800稳车悬吊。安全梯选用35w×7－Φ26－1960不旋转钢丝绳和1台专用JZA－10/1800安全梯专用稳车悬吊。1000mm玻璃钢风筒，选用2根35w×7－Φ42－1960不旋转钢丝绳和2台JZ－40/1800稳车悬吊。Φ108mm排水管，－602.5m水平以上用2根35w×7 －Φ36－1960不旋转钢丝绳和一台2JZ－25/1800稳车悬吊，－602.5m水平以下选用2根35w×7－Φ38－1960不旋转钢丝绳和一台2JZ－25/1800稳车悬吊。风水带绳选用18×7－Φ16－1870钢丝绳，由吊盘上2 t绞车悬吊。

6 提升安全措施

(1)实时监测钢丝绳在提升悬吊时的受力状态，保证钢丝绳的受力在安全范围[5]。实时监测井下地压的变化，爆破平底后及时支护井壁，预防井下水灾和火灾。

(2)吊桶装满轩石后，提到适当的高度，把钩工必须停钩稳罐，其他人员离开吊桶的摆动范围，防止吊桶摆动伤人。

(3)吊盘提落至指定位置时，必须对吊盘进行调平校正，确保吊桶、中线顺利通过。吊盘周边不得少于4个支撑点，支撑要牢固，吊盘固定后，各稳车必须切断电源锁好开关。

7 结 论

(1)超深竖井提升悬吊面临很多的安全和技术难题，针对问题提出合理的布置设计，保证施工的安全性，加快了施工速度。

(2)该工程从提升系统的设计和设备配置方法并结合深竖井施工的特点，在施工中不断对天轮平台和吊盘进行改进，使其能更好的满足生产要求。

[1]孔繁军.大直径1500m深竖井施工技术难点与对策分析[J].中国矿山工程，2015(1):35-36.

[2]杜闯东.大台竖井施工设备配套技术[A].中国土木工程学会第十一届.隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C]. 2004.

[3]胡钦刚.超深井凿井用钢丝绳的选择与正确使用[J].采矿技术，2014，14(6):89-91.

[4]张 诚.悬挂提升系统中悬挂装置的连接与调试.矿业科技[J].2014:276.

[5]李彦臣，段汝健.锦屏一级水电站出线竖井施工提升系统安全设计[J].水利水电施工，2011(3):50-52.

2015-05-06)

国家自然科学基金资助项目(51174044，51474052)；国家高技术研究发展计划(863)项目(2011AA060400)；辽宁省教育厅人才项目(LJQ2012024)；辽宁省人事厅人才项目(2013921070)；2014年北京市科技计划重大科技成果转化落地培育项目(Z141100003514012)；2013年财政部施工新技术研究与开发资金项目(2013[235]号).