营盘壕副井井口金属支持结构及罐道梁的结构设计

改造者:张九琴

营盘壕副井井口金属支持结构及罐道梁的结构设计

改造者:张九琴

营盘壕煤矿副井采用落地式提升方式，配特制双层大罐笼双层装车，最大件液压支架和特制平板车总重60t，罐笼自重（包括悬挂装置等）65t，平衡锤重量95t，属于现代化大型矿井。因此针对本矿副井井口提升系统金属支持结构及罐道梁进行结构分析和选型设计，以此对类似矿井设计起到参考、借鉴作用。

营盘壕煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西南方向的乌审旗境内，设计生产能力1000万t/a ，服务年限74a，其中一水平服务年限为62a 。工业场地内布置主、副、风3个井筒，其中副井井筒净直径φ10m，装备两套提升系统。

副井井口多套提升金属支持结构及稳罐罐道是矿井建设主要构筑物，和提升机共同承担建井初期煤炭/矸石、正常生产材料、设备以及人员的升降任务，对整个矿井的生产起着重要的作用，是矿井建设的生命线工程。井口金属支持结构必须具备强度高、结构性能好、抗震性强、承载载荷大、加工制造方便、不受季节及气候影响等条件。营盘壕副井采用落地式井架提升方式，该种提升方式对材料的选型，钢结构梁的受力提出了很大的难题。

副井提升系统

副井井筒装配两套提升系统，一套特制双层大罐笼配备平衡锤和一套特制交通罐配备平衡锤提升系统。其中大罐笼配平衡锤提升系统担负交接班升降人员，整体升降液压支架、无轨胶轮车运送材料等提升任务。另一对交通罐笼配平衡锤提升系统担负矿井零散人员提升以及急救提升任务。其井筒平面布置图如图1所示。

图1 副井井筒平面布置图

设计计算及选型结果

罐道与罐道梁的载荷计算公式

作用于罐道梁上的荷载，按其作用方向有竖直荷载PV和水平荷载PH。水平荷载按作用于罐道梁面的方向不同又有正面水平荷载和侧面水平荷载。

图2 罐道与罐道梁的连接方式

式中:Q—终端载荷

PY—罐道与罐道梁的正面水平力；

PX—罐道与罐道梁的测面水平力；

PZ—罐道与罐道梁的垂直力。

罐道与罐道梁的强度、刚度计算公式

式中:MX、My—绕X、Y轴的弯矩；

WX、Wy—关于X、Y轴的抗弯截面系数；Z—罐道及罐道梁的总挠度；

L—罐道与罐道梁的总跨度。

罐道及罐道梁选型及计算

营盘壕矿井罐道选用冷弯方管罐道，该种罐道结构合理，刚性强，整体性好，与相近规格型钢组合罐道相比惯性矩较大，罐道梁层距增大，降低材料的使用量，同时能够彻底解决组合罐道焊接工作及罐道加工中质量难于控制的问题，因此能够满足特大型矿井井筒装备高速重载提升容器的需要。

罐道梁选用金属罐道梁，，具有强度大，使用期限长，占用井筒断面小，施工安装方便等。

根据图1所示，拟选罐道梁3型号为H450X260X10X16， 长 度 为L=10100mm， 材料Q345-A，抗弯截面系数WX=2012.53cm3，Wy=360.8cm3，IX=45282cm4，Iy=4690cm4，通过分析计算可得罐道梁3上最大弯矩Mxmax=66300N.m，Mymax=53040N.m，总挠度Z=21.67mm，则有:

即所选用的型钢能够满足强度和刚度的要求。

同理可以确定其他罐道和罐道梁的型号。通过分析计算得到的罐道和罐道梁的型号如表1、表2所示。

表1 罐道规格表

表2 罐道梁规格表

罐道及罐道梁的连接

罐道与罐道梁之间采用高强度螺栓连接，双螺母紧固。螺栓连接与其他连接方式相比，可组装连接，连接可靠，结构简单，方便拆装，利于检修与更换等，罐道与罐道梁之间的连接方式如图2所示。

结束语

本文结合营盘壕副井多套提升系统，对井口罐道和罐道梁的结构进行了力学的分析与计算，合理选型与设计，该方案的设计选型不仅对营盘壕矿井具有重大意义，同时对于类似矿井的装配设计和选型也具有一定的借鉴作用。

张九琴

中煤科工集团南京设计研究院有限公司张九琴，女，1986年生，硕士研究生，助理工程师，主要从事矿山机械设计。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001