某地下铁矿副井平衡锤重量的确定

2017-07-24王凤民

采矿技术 2017年4期

关键词：天轮罐笼副井

王凤民

(保定平安安全评价有限公司, 河北保定市 71000)

某地下铁矿副井平衡锤重量的确定

王凤民

(保定平安安全评价有限公司, 河北保定市 71000)

以某地下铁矿副井罐笼提升为例,以传统方案计算平衡锤重量,并核算提升大件、提升矿石、提升人员、空运行时最大张力差。同时,考虑提升重载的张力差等于空运行的张力差以满足防滑要求构建平衡锤计算模型,同理计算不同条件下的最大张力差。对比两次计算的最大张力差,从而确定平衡锤重量。该计算方法对于其他矿山确定平衡锤重量具有一定的借鉴意义。

副井提升;平衡锤;重量计算

0 引言

在地下矿山生产实践中,提升单箕斗和单罐笼,都必须有平衡装置,即平衡锤,以确保配重平衡。本文只针对竖井罐笼,平衡锤单绳提升。

在地下矿山,罐笼普遍用于副井人员及货物提升,平衡锤重量的确定对于提升安全可靠十分重要。传统确定平衡锤重量的方法,简单考虑了提升矿石时罐笼质量、矿车质量、矿车有效装载量等因素,并未考虑空罐、提升人员或货物时张力差对平衡锤重量的影响,往往导致不能满足防滑要求,故常发生钢丝绳滑动事故。本文针对安徽省南部某地下铁矿副井单容器平衡锤提升的实例,对合理平衡锤重量进行探讨。

1 设计依据

某地下铁矿矿区位于安徽省南部,矿区分布的含水岩组较单一,矿体产于富水性弱断裂构造带中,矿体围岩为弱含水岩组,矿山开采＋240m以上矿体时,均位于侵蚀基准面以上,矿区东部水塘对矿床开采影响不大,为水文地质条件简单的矿床。

块状岗闪长岩工程地质岩组分布在矿体的顶底板及外围,岩石中裂隙发育中等,岩石坚硬且完整,抗风化能力强,岩体质量等级与岩石质量中等,部分呈碎裂结构,地下水活动微弱,该岩组稳定性较好。矿体赋存在构造破碎带中,其顶底板为较软弱岩组,岩体的稳定性较差,当坑道低于标准侵蚀面以下,冒落带和裂隙带可能诱发地表塌陷,工程地质条件中等。

区内历史上无大的地震活动。矿业活动中所开采的坑道仅为侵蚀基准面以上,地下水提供了排泄通道,对矿区水资源环境影响轻微。矿区环境地质条件中等。

矿山副井拟设计采用单罐带平衡锤提升,选择罐笼自重3200kg,每次提一个矿车,矿车自重620 kg,载重2800kg,每次提人36人,最大件重2000kg。

2 传统方法计算

根据传统的方案确定平衡锤重量,计算公式为:

式中:Qc——平衡锤质量,kg;

Qr——提升罐笼质量,kg;

Qz——矿车载重量,kg

Qk——矿车自重,kg;

Nk——矿车数量,个。

平衡锤重量按提升矿石计算,得出Qc＝5220kg。

分别计算提升大件、提升矿石、提升人员、空运行时,天轮两侧钢丝绳提升张力差(见表1)。由表1可知,最大张力差为20200N(空运行时)。

表1 传统方案张力差计算结果

3 改进方法计算

对于单容器平衡锤提升而言,合理的平衡锤重量不仅能降低能耗而且能保证人员和设施的安全,防止出现状况,甚至事故。天轮两边提升钢丝绳的张力差是确定平衡锤重量是否合理的最重要的依据。确保钢丝绳两边的最大张力差不超过罐笼提升机工作范围是提升机正常工作的主要前提。而张力差是动态变化的,满足防滑要求的安全计算必须考虑各种情况,单容器平衡锤提升机的防滑安全计算涉及到平衡锤重量的合理计算,特别是在提升重载(矿石)和空运行(空罐内无矿车或任何物件)时,一般要根据矿石载重合理增加平衡锤的重量,保证提升安全;当空罐时又需要减少平衡锤的重量,由于增加(减少)平衡锤重量在实际操作中非常麻烦,也不切实际。在实际罐笼运行过程中,无论罐笼在何种运输过程都只是采用固定的平衡锤重量。下面将重点考虑提升重载(矿石)的张力差等于空运行(空罐内无矿车或任何物件)的张力差以满足等拖动力防滑条件,以确定合理的平衡锤重量。

构建重载时,天轮两侧钢丝绳提升张力差计算模型为:

同时,构建空载时,天轮两侧钢丝绳张力差计算模型为:

在第一步的基础上,令Fj1＝Fj2,可得出:

在确定载重和空载张力差的基础上,使提升重载的张力差等于空运行时的张力差。保证重载及空载时,钢丝绳防滑满足要求。

根据式(4),得出Qc＝(Qk×Nk＋Qz)/2＋Qr＝4910kg

分别计算提升大件、提升矿石、提升人员、空运行时,天轮两侧钢丝绳提升张力差,见表2。

按式(4),确定提升过程中最大张力差为17100 N(空运行和提升矿石时);按式(1),确定提升过程中最大张力差为20200N(空运行时)。最大张力差可能产生于提升大件、提升矿石、提升人员、空运行各过程,须经过计算才能确定。式(4)计算的张力差比式(1)小3100N。综合两次计算结果,以最大张力差作为主要判据,以最大张力差较小者,作为最终的平衡锤重量,以保证副井罐笼的平稳安全运行。由此,确定本地下铁矿副井平衡锤为4910kg。平衡锤罐道分为木罐道、钢丝绳罐道,罐道间距可根据矿井实际情况选择,平衡锤悬挂装置有楔形悬挂和桃形环悬挂两种形式。平衡锤的配重块分为一组多个。根据确定的罐道类型、罐道间距等可最终确定配重平衡锤。