半移动式破碎站移设施工安全风险分析

卞朝东 葛文光 樊志强 李书生 山西钢铁建设（集团）有限公司，太原 030003

引言

目前半连续开采工艺在国内许多大型露天铁矿山都有应用，破碎站是大型露天矿开采工艺中最关键的设备之一。其主要形式可分为移动式破碎站、半移动式破碎站及固定式破碎站。半移动式破碎站是固定式破碎站和移动式破碎站的综合体，随着露天开采持续进行，开采作业面的深凹不断加深，标高水平不断下降，每隔几年就需要移设一次。半移动式破碎站移设方式既可采用履带运输车整体搬移方式，也可采用大部件解体、平板运输车分体搬移到新的工作现场重新组装的方式，因此如何安全高效地将破碎站移设到所需的工作平面，达到保安全、保质量、保工期、保生产、提高经济效益的目的，是多数矿山所面临的问题。

1 工程概况

太钢袁家村铁矿（1650平台）半移动式破碎站于2012年9月投产至今已连续生产5年之久。经过5年多剥离、采矿，现1650破碎站卸矿料斗标高已远远超过采矿作业面标高，汽车运输矿石的坡度越来越大，使生产成本增加、生产效率降低，按计划将进行移设。本次移设工作量为设备拆除2300吨，安装2200吨（不含1-1皮带），电缆拆除安装10km。除新增1-1皮带工程为新购设备外，其余设备全部保护性拆除（利旧）分体运输至新现场（1515平台）进行恢复性安装、调试、试车等全部内容，绝对工期为28天。施工中主要安全风险为大件吊装和大件运输。

2 破碎站移设前期施工准备及策划

本次移设必须做好前期准备工作，否则无法保证施工安全、工期及质量，为此，项目部认真熟悉图纸，研究安装手册，反复勘察现场，在不影响生产的情况下，提前将能移设的构件拆除。

本次移设主要大型机械设备有：400吨履带吊1台，300吨汽车吊1台，100吨履带吊1台，70吨汽车吊1台，50吨汽车吊1台，液压组合车1台，120吨拖车，60吨拖车1台，320推土机2台，360挖机1台。主要机具有：钢丝绳，卸扣，千斤顶，液压、力矩、电动、扳手，倒链，枕木，滑轮，配电箱，二保焊，碳弧气爆，普通电焊，气泵，平板车，安全绳、安全带，对讲机。

本次移设根据施工顺序及部位划分为7大模块（见图1、图2），模块1为卸料斗、侧墙板、11m到26m楼梯。模块2为破碎机横梁帽、盖、横梁、动锥、破碎机上、中、下架体。模块3为出料皮带机、电气小屋、移动箱变。模块4为两侧栈桥、栈桥内衬板、栈桥墙面板。模块5为11m破碎机平台、4根主立柱及支撑、驱动平台及部分设备（不含电机、液阻柜）。模块6为4.5m平台及12根柱及支撑、7m平台、两侧液压站及设备、料仓上部零件及下部零件，破碎机维修平台、移动小车、卸料仓大门，本体电缆桥架及电缆。模块7为两侧浮箱。

图1 模块平面图

图2 模块立面图

3 以模块四南侧栈桥吊装为例进行安全性验算

3.1 吊点及钢丝绳的选用

南侧栈桥采用400吨履带吊作业，水平距离22米，杆长60米。焊接吊耳进行吊装。

（1）南栈桥重139t，采用4点吊装，钢丝绳相对于水平夹角为60度，则每点承受的重力：139/4=34.75t；

（2）又钢丝绳相对于水平夹角为60度，并且钢丝绳对折成双股使用，按照原承载力的1.5倍折算，则每股钢丝绳所受到的最大拉力：

T=34.75/（cos30°×1.5）=26.75t，26.75t×9.8N/kg= 262.15kN；

（3）公称抗拉强度为1570N/mm2的6×37钢丝绳作捆绑吊索，安全系数取值为6，求它的允许拉力：

【Fg】=αFg/K 【 Fg】=αFg/K=0.82×Fg/6=262.15kN，Fg=1918.17kN

（4）从表6×37钢丝绳的主要数据查得：

直径Ф64mm，Fg=1890kN；直径Ф66mm，查得Fg= 2010kN

则选用钢丝绳为6×37系列，钢丝绳最小直径为Ф65mm。

3.2 卸扣选择

根据构件重量，单个卡环承载力为：

构件重量：139吨×安全系数1.2/4个卡环=41.7吨；

41.7吨×9.8kN/kg=408.66kN

查表得，使用55T，美标弓形卸扣（209型），横销直径为Ф70mm。

选用A型吊耳（图3），起重量40吨，进行吊耳及焊缝强度验算。

图3 吊耳示意图

（1）考虑到吊耳的受力方向，将吊耳和承受梁成47°布置，焊角高度不小于最小板厚（卡车栈桥板厚为20mm）的0.7倍，不超过最大板厚的1.2倍，吊耳采用40mm厚碳钢板，焊角高度取20mm。单边焊缝长度为230mm，且两端封口围焊，同时，吊耳焊接部位开双侧35°坡口，改善角焊缝受力状态，可减少角焊缝受剪，减低切应力），吊点中心距焊缝高度115mm；吊耳材质选Q235。焊接吊耳时取上层钢板，吊耳焊在钢结构横梁上。

增加吊耳开孔处，吊耳本体受力验算，长度230-70= 160mm，厚度40mm，面积160×40=6400mm2，允许承载 力=6400×235×0.9（折算系数）=1353600N；1353600/ 1000/9.8=138.12吨，安全系数：138.12/34.75=3.97。

（2）焊缝许用正应力：［σh］=0.8（σs/1.5）=120MPa，  焊缝许用切应力：［τh］=［σh］/2=85MPa，

（3）据前面计算，钢丝绳受力为174000N，则吊耳垂直方向受力约为150000N，吊耳水平方向受力约为87000N，平行吊耳方向受力约为64000N，垂直吊耳方向受力约为60000N。

（4）吊耳焊缝垂直方向受力为：150000N，水平方向受力为87000N，吊耳方向受弯矩为10005000N·mm。

（5）吊耳尺寸满足要求。

4 以0m～16m设备为例，使用液压组合车（图4）大件运输稳定性验算

本次移设标高降低135米，运输道路全长3.5km，长距离下坡2km，上坡1km，水平段为0.5km，最大下坡坡度为i=0.095，最大上坡坡度为i=0.088，途中有5处弯道，其中一处有i=0.05的横向坡，整体道路宽度均在20m～22m，运输设备最大高度为16.5m。

图4 液压组合车

（1）上坡计算L2/h（上坡纵向稳定验算）=11.7/8.26 =1.42临界倾覆角（度）55，实际最大上坡坡度为6度，满足上行要求。

（2）下坡计算L1-hu/h（下坡纵向稳定验算）=（11.7-8.26×0.75）/8.26=0.656临界倾覆角（度）33，0m到16m设备运输时，液压组合车中间模块尾部串联2台320推土机，下坡时备用制动，制动力为60t。

（3）汽车转弯时横向稳定验算（图5），计算B/2h （横向稳定验算）=7.28/8.26/2=0.44临界倾覆角（度）24，实际横向坡度为6度，满足横向转弯要求。

图5 汽车转弯时受力分析图