千米竖井更换罐笼工艺分析与应用

王俊杰 周忠诚 杨 旭

（铁法煤业（集团）有限责任公司矿山建设工程分公司，辽宁 铁岭 112700）

大强煤矿副井为千米竖井，井塔共10层。罐笼质量22.8t。主罐尺寸为5550mm×1990mm×7540mm，型号为GDG1.5/6/2/4K。副罐尺寸为5550mm×1380mm×7540mm，型号为GDG1.5/6/2/4。首绳悬挂装置质量5.38t，首绳共4根，型号为50NAT6×36WS+FC-1770-ZS/SZ，总质量44.64t。尾绳悬挂重1.41t，尾绳共2根，型号为PD8×4×19-196×31-1470，总质量43t。井塔及井口没有吊运罐笼的设施，井棚内的桥式起重机与井筒的最近距离为13m，井口起吊高度为12m。

1 方案选择

因井口空间所限，为避免井口安装绞车较多，造成绞车的钢丝绳运行路线交叉，给施工带来混乱和安全隐患。结合现场情况，决定在井塔上安装2台JSDB-16双速绞车用于起吊，在井口安装2台JSDB-16双速绞车用于起吊和1台JSDB-13双速绞车用于水平牵引。

在井塔防撞梁下安装2台32t4-4型滑轮组，井塔起吊绞车通过滑轮组吊运罐笼。

在井棚桥式起重机和井筒之间设置2处吊装点，在2处吊装点下挂设2台20t4-4型滑轮组，井口起吊绞车通过滑轮组吊运罐笼。起吊设施具体布置位置如图1所示。

图1 起吊设施布置图

起吊设施布置及编号：井塔双速绞车—— 1#车和2#车，井口回柱绞车—— 3#车，井口双速绞车——4#车和5#车，井棚双梁桥式起重机—— 6#车。

2 相关数据验算

2.1 吊运罐笼钢丝绳扣计算

2.1.1 双绞车吊罐

吊装最大质量为Q=22.8t，采用双绳4点起吊。绳扣数量n取4，安全系数取6，不平衡系数K1取1.25，动载荷系数K2取1.2，钢丝绳扣夹角取60°。绳扣受力形式如图2所示。计算所需钢丝绳扣的最小破断力F如公式（1）所示[1]。

图2 绳扣受力分析图

2.1.2 单绞车吊罐

当吊运罐笼时，可能出现单侧绳扣受力情况。计算所需钢丝绳扣的最小破断力如公式（2）所示。

式中：Q=15.74t，n=2，K2=1.2，得F=66t。

查表得6×19+FC-36-1670钢丝绳最小破断拉力总和为86.7t。因此选用直径不小于36mm钢丝绳扣吊运罐笼。

2.1.3 挂设滑轮组钢丝绳扣计算

吊装最大质量为Q1=22.8t，钢丝绳等机具质量为Q2=1t，在吊运罐笼过程中，可能出现单台绞车受力情况，绳扣数量n取4，安全系数取6，动载荷系数K2=1.2，计算所需钢丝绳扣的最小破断力如公式（3）所示。

式中：Q=Q1+Q2=23.8t，得F=23.8÷4×1.2×6=43t。

查表得6×19+FC-28-1670钢丝绳最小破断拉力总和为52.4t。因此选用直径不小于28mm钢丝绳扣来挂设滑轮组。

2.1.4 吊运罐笼的绞车及钢丝绳计算

通过2台滑轮组（4-4）来起吊罐笼，在吊运罐笼过程中，可能出现单台绞车受力情况，此时吊装最大质量Q取15.74t，动载荷系数K2取1.2，安全系数取6，绳子数量n=8。按此情况计算所需绞车钢丝绳最小破断力如公式（4）所示。

查表得6×19+FC-18-1670钢丝绳最小破断拉力总和为21.7t。因此施工时选用直径不小于18mm钢丝绳作为绞车钢丝绳。

单绳承受的最大力如公式（5）所示。

绞车均满足使用要求。

2.1.5 挂设滑轮组钢梁强度验算

起吊罐笼质量为P=22.8t=223440N，每个滑轮组选用1根40b工字钢作为承重钢梁，钢梁最大座间距L=2.6m，工字钢许用应力[σ]为160MPa，查表I40b工字钢抗弯截面系数[2]Wx=1140cm3。钢梁受力形式如图3所示，按单台滑轮组受力时进行验算[3]，如公式（6）、公式（7）所示。

图3 钢梁受力分析图

满足要求。

3 实施方案

3.1 拆除井口所有影响罐笼进出通道的设施

例如井口出车侧的安全门、平台、罐道尖、四角道等。

3.2 更换主罐

在井塔防撞梁上方，副罐首绳两侧铺设2根I40b工字钢，工字钢紧贴首绳放置。在工字钢上面安装TSQ-30锁绳器，将首绳锁住固定。将主罐首绳悬挂装置的油缸打压，预留150mm到极限位置，将主罐底部停在井口上方7m位置。

3.3 全部放平井口托罐梁

在托罐梁上方，主罐2根扁尾绳两侧安装2根4m长32b工字钢，工字钢上放置4根500mm长12#矿用工字钢。在矿用工字钢上，每根尾绳两侧安装7副板卡，7副板卡依次紧贴在一起，板卡螺栓选用8.8级M30×200mm，螺栓紧固力力矩不小于1250N·m。利用7副板卡将尾绳锁在井口钢梁上。

3.4 悬挂装置油缸卸压

将主罐顶部悬挂装置油缸卸压，使井口锁绳梁上方的尾绳松弛、弯曲、不受力，两根尾绳质量全部落在井口锁绳梁上。

3.5 拆除主罐尾绳悬挂装置

在井口2m、3m、4mm高的套架梁上铺设4块跳板，将原尾绳板卡按从下到上顺序拆除5副。在下层罐内放置2个起吊架，并挂设2台2t手拉葫芦，通过2根Φ16mm钢丝绳扣分别与尾绳环连接，操作手拉葫芦，将尾绳环稍微上提，使尾绳环与罐笼之间的连接板不受力，拆除罐笼与尾绳环的连接销轴。松罐内2台手拉葫芦，将尾绳环落在井口地面上。将井塔2台起吊绞车通过滑轮组连接到罐笼吊点，上提绞车使其受力。拆除首绳悬挂装置与罐笼的销轴。

3.6 吊运旧罐笼出井筒

吊运旧罐笼出井筒步骤如下。1）指挥1#车、2#车下放罐笼约2m左右停车（罐顶低于4层楼板）。将4#车连接到罐顶T板南侧销轴孔内，上提4#车，下放1#车、2#车。将罐笼向井筒出车侧方向运动。2）当罐笼向外行走至极限位置时，将3#车通过Φ18mm钢丝绳扣连接到罐笼底部。上提3#车，使其受力。3）将5#车连接到罐顶T板北侧销轴孔内，上提5#车，使其受力。摘掉1#车连接绳扣，下放2#车，同时上提3#车、4#车、5#车，当2#车不受力时，摘掉2#车连接绳扣。该过程中要保证罐笼顶部与临时尾绳板卡之间有足够的安全距离。4）上提3#车、5#车，同时下放4#车，使罐笼彻底离开井筒。5）将平板车运送至罐笼下方。下放4#车、5#车，将罐笼落在平板车上。6）在井口将旧罐笼解体。上提3#车，将罐笼下半部向出车侧方向运动。7）下放4#车、5#车，将罐笼上半部落在另一台平板车上并运走。旧罐笼吊运过程如图4所示。

图4 罐笼吊运过程

3.6.1 新罐笼吊运

新罐笼吊运步骤如下。1）用6#车钩头通过40t链子和2个25t卡环连接到新罐笼T板，将新罐笼吊起，向北侧方向行走至极限位置，落在准备好的平板车上。2）将4#车连接到罐笼顶部T板北侧销轴孔，使其受力。将6#车改吊到罐笼南侧中部吊点，保持4#车、6#车微受力。将3#车连接在罐笼南侧底部，上提4#车，下放6#车，并始终保持3#车微受力，将罐笼向北侧移动，当罐笼T板到达4#车滑轮组下方时停止。3）将4#车改吊到罐笼顶部T板南侧销轴孔，使其受力。将5#车连接到罐笼顶部T板北侧销轴孔，摘掉6#车连接绳扣。4）上提4#车、5#车，将平板车运走。上提5#车，下放3#车、4#车，将罐笼向井筒方向移动。5）将2#车滑轮组通过Φ36mm钢丝绳扣挂设到罐顶北侧吊点位置，上提2#车、5#车，下放3#车、4#车，将罐笼向井筒方向移动。6）当罐笼顶部到达5#车滑轮组下方时，将4#车改吊到罐笼顶部南侧吊点，使其受力。摘掉5#车连接绳扣。7）将1#车滑轮组通过Φ36mm钢丝绳扣挂设到罐笼顶部南侧吊点。上提2#车，下放3#车、4#车，将罐笼向井筒方向移动，同时保证罐笼与尾绳之间的安全距离。8）当1#车滑轮组起吊角度合适并能够受力时，上提1#车、2#车，保持3#车、4#车受力，继续向井筒内吊运罐笼。当罐笼底部高过尾绳临时板卡时，下放3#车、4#车，3#车、4#车不受力，停车摘掉3#车、4#车连接绳扣。9）操作1#车、2#车，使罐笼直立于井筒内。同时上提1#车、2#车，将罐笼吊到安装位置。

3.6.2 安装首尾绳悬挂装置

施工人员在罐笼底部破开2个150×150mm的方孔，在下层罐内放置2个起吊架，并挂设2台2t手拉葫芦，通过Φ16mm钢丝绳扣吊住尾绳环，罐底和套架梁下手拉葫芦配合将尾绳环吊到罐笼正下方，同时调整尾绳环和连接板的位置，将销轴、止退销、止退垫安装到位。尾绳悬挂装置安装完成后，上提罐笼到原位置，安装首绳悬挂与罐笼连接销轴。利用尼龙绳将尾绳头穿过尾绳环恢复到原位置，将原尾绳板卡恢复安装就位。将首绳悬挂装置打压，当锁尾绳梁上方的尾绳已经拉直且受力、板卡不受力时停止打压。拆除井口锁尾绳的板卡和钢梁，拆除井塔锁首绳的锁绳器和钢梁。

安装主罐的滚轮罐耳同样方法更换副罐。

3.6.3 恢复到原位置

将井口出车侧的安全门及滑道、平台、罐道尖、四角道等设施恢复到原位置。

4 总结

该工程关键点在于如何保证施工的安全和工期。该方案在吊运罐笼过程中，罐笼上方采用4个吊点连接，且当计算设施强度时，是按照单台绞车出现失效情况考虑的，最大程度杜绝此类风险的发生。使用的滑轮组、钢梁、钢丝绳扣、绞车等设施强度都经过了严密的计算，完全满足施工要求。该工程采用3班24h连续作业，原计划施工工期为8天。采用了上述的施工工艺后，实际施工工期只用了7天，提前1天将罐笼交予矿方运行生产。通过该方案，该次施工圆满的完成了罐笼更换工程。不仅保障了作业的安全，还缩短了施工工期，提高了施工效率，得到了矿方的认可与好评。经过这次施工实践，采用多台绞车吊运这种又高又重的罐笼方案，取得了优异的成绩，具有很大的推广价值。