结合实例浅析建井期吊盘绳兼稳绳选型及刚度验算

周腾蛟，秦 菲

（鞍山五矿陈台沟矿业有限公司，辽宁 鞍山 114000）

1 陈台沟探矿井建井概况

陈台沟铁矿一期探矿井项目首先建设两条探矿井。探矿井1井口标高65m，直径5.5m，井深1182m，建井采用三层吊盘、两套提升系统。探矿井2井口标高61m，直径8m，井深1150m，建井采用三层吊盘、两套提升系统。

2 结合陈台沟分析吊盘绳及稳绳选型

2.1 两探矿井布置方案优劣

对比以上两条井井筒布置图可看出，两条井虽井筒直径有差异但是其凿井布置基本相同，两条探矿井凿井期间均采用两套提升系统，提升机提升吊桶出渣，悬吊系统采用三层吊盘在井筒底部悬挂抓岩机及伞钻凿岩，采用整体模板支护。探矿井2井筒直径大，采用两套抓岩机及两套伞钻而探矿井1只布置一套抓岩机及伞钻，另探矿井2吊桶容积也较探矿井1要大。

因井筒直径不同，其选用设备不同再加上吊盘制作所需材料重量差异，造成了其在选择吊盘绳及稳绳时两种不同的验算方式，下文将详细论述其方案。①合理设计吊盘型式，准确提供吊盘载荷（包括吊盘上的伞钻、抓岩机等附属设备）。②合理分布吊盘载荷及钢丝绳悬吊点，采用稳绳滑套减少稳绳的磨损等安全措施。

上述井筒布置图中在吊盘绳及稳绳选型验算上有两种方案：方案一：3、4、7、8为吊盘绳其中4、7兼做稳绳，5、6为独立稳绳。方案二：3至8号均做吊盘绳，其中4至7号兼做稳绳。方案二吊盘根数多，相应的每根钢丝绳承载力小，可降低钢丝绳直径从而节省成本。方案一吊盘根数少，吊盘绳承载力大，其兼做稳绳时可提高稳绳刚度。

2.2 方案选择

首先建立模型，井下凿井设备全部由吊盘承载，凿井吊盘通过吊盘绳悬吊于井筒内，稳绳预紧于吊盘上，吊盘绳及稳绳绕过天轮缠绕在地表稳车上。

吊盘绳及稳绳受力分析简图如下图所示。

图1 罐道钢丝绳受力示意图

A为钢丝绳悬挂点，B为吊盘上钢丝绳固定点，C为吊桶上部滑架运行位置（动点）。文献[1]《矿井提升机罐道钢丝绳横向刚度的计算分析》中结论指出钢丝绳刚度随着吊桶的下放运行首先逐渐变小，后又逐渐增大，其刚度最小值在AB中点偏下。

钢丝绳罐道刚性系数的简化计算法指出假定钢丝绳中点的刚性系数为最小值，其误差是很小的，Kmin=4Q/l+2q，本文直接引用其结论。上式中Kmin取500，Q值为吊盘及附属设施重量/悬吊钢丝绳根数，l为钢丝绳悬垂长度，q为稳绳每米绳重，实际施工中吊盘设计制作根据其自重、承载设备等重量及悬挂点以及钢丝绳吊点确定，一般随着井筒直径的增大其制作材料增多、可用抓岩机、散钻质量的变大而致使自量（含附属设备）增大，在井筒直径确定后其重量可基本确定。因此Q按照定制处理，因此由上式可知q变为l的简单函数。q=（K-4Q/l）/2，求导得q’=2Q/l2＞0，q随着l的增大而逐渐增大，即随着井深的增大，要满足有关规程中刚度最小50kg/m的要求，其钢丝绳选型需要的自重会越来越大，取Q为31/6t，可得l取1200m可得q约等于14.67kg/m，此计算结果是偏大的。由吊盘绳反算其最大悬垂高度为617m，国内超千米深井都已不在少数，由刚度要求验算造成的稳绳钢丝绳选择过大显然是不太合理的。

偏差分析。

①模型误差，竖井建井期间，几根吊盘绳共同悬吊吊盘，与竖井成井后的稳绳模型略有不同，吊盘绳及吊盘为一个整体。②吊盘绳兼做稳绳，引用简化计算公式中Q取值不能按照吊盘自重/悬吊钢丝绳根数计算，此处Q值为钢丝绳的预紧力与钢丝绳自重之和，可以通过调整稳车从而改变钢丝绳张紧程度调整预紧力。

悬吊系统方案选择及吊盘绳兼做稳绳选型过程。

①根据井筒直径、吊盘自重选择吊盘悬吊方案，由安全系数计算吊盘绳自重q，预选钢丝绳。②由刚度系数及每米绳重计算稳绳预紧力。③由预紧力验算稳绳安全系数。

2.3 陈台沟探矿井悬吊钢丝绳及稳绳选型验算

2.3.1 探矿井1

（1）吊盘绳验算。①终端总荷载Q0包含吊盘自重、抓岩机重量、水泵重量、水箱重量及人员等。合计30.5t。

设计采用方案一，4根吊盘绳悬吊吊盘，则单根吊盘绳最大受为：Q=Q0÷4×1.25+电缆重=30500÷4×1.1+5800=14188kg。②选用Φ46-18×7-1770钢丝绳自重Ps=8.25kg/m，钢丝破断力总和查钢丝绳标准为1488280N，约为151710kg。安全系数校核：

总负荷Q=Q0+Ps×H0=14188+8.25×1209=24163 kg，选用25t稳车配套。

（2）稳绳验算。①5、6号为专用稳绳取预紧力7500kg。②选用Φ34-18×7-1770钢丝绳自重Ps=4.51kg/m，钢丝破断力总和查钢丝绳标准为813422N，约为82917kg。安全系数校核：

总负荷Q=Q0+Ps×H0=7500+4.51×1209=12953kg，选用16t稳车配套。刚度验算：K=4Q/l+2q=4×12953/1200+2×4.51=52.2kg/m＞50kg/m满足要求。

2.3.3 探矿井2

吊盘绳验算。①终端总荷载Q0包含吊盘自重、2个抓岩机重量及其他附属设备和人员等。合计62t。设计采用方案二，6根吊盘绳悬吊吊盘，则单根吊盘绳最大受为：Q=Q0÷6×1.25+电缆重=62000÷6×1.25+1526=13925kg。②选用Φ44-6×19-1870钢丝绳自重Ps=6.66kg/m，钢丝破断力总和查钢丝绳标准为1360860N，约为138721kg。安全系数校核：Ma=138721/(13925+1185＊6.66)=6.35＞6满足规范要求。

总负荷Q=Q0+Ps×H0=13925+6.66×1200=21917 kg，选用25t稳车配套。

3 结论

对比两探矿井选型结果可以看出探矿井2井筒直径大，设备自重高而悬吊绳选型却比探矿井1直径小。因此可得出结论在悬吊方案选择上选用方案二，可有效降低悬吊钢丝绳直径。在悬吊系统方案选择及吊盘绳兼做稳绳选型过程中优先选用方案二，根据钢丝绳荷载计算安全系数，预选钢丝绳。由钢丝绳荷载验算刚度系数，若刚度系数不满足规范时提高预紧力以保证吊桶平稳运行并校验稳绳的安全系数。