煤矿主井井筒技术装备升级改造应用研究★

左明明

（中煤科工集团沈阳研究院有限公司， 辽宁 抚顺 113000）

1 工程概况

山西某矿矿井采用主、副两个立井开拓，中央并列式通风方式。主井担负矿井煤炭提升任务，井筒净直径4 m，净断面积12.56 m2；井口标高+30.3 m，卸载口标高+40.063 m，装载口标高-379.268 m；采用立井箕斗提升，提升高度426.6 m。提升机为2JK-3/30.505型单绳缠绕式提升机，配套电机采用YR450-6 型三相异步电动机（6 000 V、500 kW）。提升容器为一对5 t箕斗，提升能力为92 万t/a；副井担负矿井矸石、人员和物料等辅助提升任务，采用罐笼提升，井筒直径4.5m，净断面积14.13 m2，井口标高+30.3 m，井底车场标高-395 m，提升高度425.3 m。提升机为2JK-3.5/20 型单绳缠绕式提升机，配套电机采用YR450-64-8 三相异步电动机（6 000 V、400 kW）。提升容器为一对1 t 矿车双层单车罐笼，每次最多可提升24 人或2 辆矿车。

2 技术改造原因

山西某矿主井箕斗在提升过程中出现横向摆动较大的情况，主井罐道由煤炭工业部兖州煤矿设计院设计，罐道采用38 kg/m 重轨，布置在箕斗两侧，每个箕斗各布置2 条罐道。箕斗与罐道接触形式为滑动摩擦。这种接触形式导致钢轨罐道与箕斗滑动罐耳磨损量较大，需要每月更换箕斗滑动罐耳，定期更换主井钢轨罐道，这对矿井的正常生产造成了的影响，不利于经济效益最大化；此外，这种接触形式还导致箕斗提升过程中的噪声过大。为保证矿井安全生产，降低主井井筒装备维护成本和检修时间，发挥主井提升煤炭的最大能力，决定对主井装备进行改造。

2.1 改造技术原则

根据现代化矿井的实际运行情况和经验[1]，结合矿井现有主井提升系统和装备情况，坚持技术先进、装备合理、缩短工期、减少投资、充分利用现有设施、减少井上下改造工程量、尽最大限度减少对矿井生产影响以及提高经济效益的原则，对主井装备进行升级改造。

2.2 井筒装备改造

现有主井井筒净直径为Φ4 m，井筒内布置一对断面为2 000 mm×1 086 mm 的5 t 多绳箕斗，曲轨卸载，钢轨罐道，同侧装卸载。井筒装备为钢轨罐道和5 t箕斗。因钢轨罐道直线度较大，抗弯强度较小，箕斗罐耳与钢轨罐道之间磨损严重等原因，导致箕斗运行不平稳。为解决箕斗运行稳定问题，箕斗罐耳、罐道磨损严重问题以及运行噪音问题，需对井筒罐道进行更换或改造[2-3]。

井筒罐道按其结构可分为钢丝绳罐道和刚性罐道两种，其结构形式和特点如下：

2.2.1 钢丝绳罐道

钢丝绳罐道是利用钢丝绳作提升容器运行的罐道，上端固定在井架上，相对于刚性罐道，结构简单、安装方便、节省钢材、施工期短；但罐道钢丝绳、防撞绳、防坠器制动绳对井架的荷载很大，井架的强度应相应增大，故井架需要作出相应改造；其下端在井底用重锤或液压装置拉紧，井底水窝要求较深；在进出车水平还需另设刚性罐道稳罐；启动和停车时运行速度不宜过大，这对全井提升速度有一定影响。根据《煤矿安全规程》第三百五十七条规定，若使用钢丝绳罐道，现容器与容器、容器与井壁、容器与井梁之间的间隙值均不符合要求，需要减小箕斗断面。故使用钢丝绳罐道既不能缩短工期、减少投资，又不能产生经济效益，该方案予以摒弃。

2.2.2 刚性罐道

刚性罐道常采用型钢组合罐道、方钢罐道或钢轨罐道。现代大中型矿井中多采用方钢罐道，罐道和罐道梁之间采用螺栓连接，罐道梁与井壁多采用锚杆和托架。

方钢罐道主要材料为空心方形型钢，主要用于终端载荷较大、提升速度较高的提升系统，采用螺栓固定在罐道梁上。方钢罐道侧向抗弯曲和扭转强度较大，刚性强度较大，截面系数大，可配合使用摩擦系数较小的胶轮滚动罐耳。滚动罐耳由一个端面滚轮和两个侧面滚轮组成一组围抱矩形罐道，从而保证容器的稳定运行，提高提升速度，但其安装工艺要求也较为严谨，安装难度较大，首期投入费用较多。方钢罐道不会使井架载荷加大，对井架强度影响很小；由于提升容器运行平稳，罐道与罐耳磨损较小，抗腐蚀能力强，服务年限较长，近年来国内外使用方钢罐道逐渐增多。其中，环氧树脂涂塑罐道具有耐腐蚀性强，拉强度和弯强度大，罐道的直线度、扭曲度小，抗静电能力和阻燃性能强等优点。

根据矿井提升能力和改造技术原则，主井井筒罐道采用方钢罐道。能有效提高主井箕斗运行稳定性，解决罐道与罐耳磨损较大问题。

2.3 箕斗参数确定

箕斗采用钢罐道箕斗，根据《煤矿安全规程》规定，采用钢罐道时，立井提升容器间距≥200 mm，提升容器与井壁间距≥150mm，容器与井梁间距≥150mm，容器与罐道梁间距≥40 mm，若采用原箕斗断面为2 000 mm×1 086 mm，需切割部分井梁；或将箕斗断面最小程度缩小，以达到对井梁不作改动、减小工程量的目的。考虑到防过缓冲，防撞梁高度不再改变，箕斗长度不再改变。

根据箕斗提升量及自重，选取滚轮罐耳型号为L25，滚轮直径250 mm。

3 改造方案

3.1 井筒改造

根据井筒装备布置图情况和现场实际情况，本着缩短工期、减少投资、尽最大限度减少对矿井生产影响的原则，提出改造方案。

两箕斗断面不改动，为2 000 mm×1 086 mm。拆除现有钢轨罐道，每只箕斗布置两道方钢罐道，罐道规格为160 mm×160 mm×10 mm，罐道布置在箕斗正面，罐道中心线与箕斗中心线重合。在北侧利用现有梯子间梁（工字钢25b）作为罐道梁，需在南侧井壁安装用于固定罐道的托架。为满足罐道安装及规程间距要求，需要将北侧梯子间工字钢切掉部分翼缘，切割尺寸为800 mm×39 mm。考虑到井筒罐道梁的强度及刚度要求，将18 号槽钢与工字钢腹板栓接，以达到加固罐道梁的目的，改造方案井筒平面布置如图1 所示。

图1 井筒方案平面布置（单位：mm）

改造的优点：该方案对箕斗断面尺寸不作改变，同时，矿方考虑向箕斗厂家订制轻型箕斗，提煤量有所增加，提高经济效益；该方案较充分利用井筒现有设施，投资较少，能解决现在提升中存在的问题。缺点：该方案需要在井筒中切割部分梯子间用梁，增加施工难度。

设计方案，本着减少投资、减少井上下改造工程量、尽最大限度减少对矿井生产影响以及提高经济效益的原则，既能利用现有设施、减少工程量，解决现有问题，又有能提高经济效益。

3.2 井口装备改造

主井井口设有受煤仓及仓下给煤机、钢轨罐道、卸载曲轨、过卷缓冲托罐装置、防撞梁。

根据改造原则及井筒改造方案，需要拆除现有钢轨罐道，安装方钢罐道。方钢罐道规格为160 mm×160 mm×10 mm。在井口箕斗卸载位置，需要安装方钢稳罐道，用于稳定卸煤时的箕斗。稳罐道与箕斗接触方式为滑动摩擦，稳罐道长度10 m，布置于箕斗东西两侧，稳罐道中心线与箕斗中心线重合。在井口受煤仓上箕斗卸载侧位置，不再安装用于支持滚动罐耳的方钢罐道，为箕斗卸载留出空间。非卸载侧方钢罐道安装至井口防撞梁，方钢罐道与方钢稳罐道要留有足够的搭接长度。井口还安装有卸载曲轨，卸载曲轨与箕斗卸载天轮配合使箕斗闸门开闭；矿方订制箕斗时考虑新订箕斗与现有曲轨配合问题，以便井口卸载曲轨不改动，井口平面布置如图2 所示。

图2 井口平面布置（单位：mm）

现有主井井架为钢井架，整体结构不改变。需要在钢井架上安装支承架，用于支承钢罐道，必要时局部安装横梁和局部加固。对现有井架所受载荷进行核算，确保井架安全、不失稳。

3.3 井底装备改造

现有井底装备包括给煤机、定量斗、测重装置、控制系统、过放缓冲装置、防撞梁、钢轨罐道和清理撒煤设备。在井底箕斗装载位置，需要安装方钢稳罐道，用于稳定装载原煤时的箕斗。稳罐道与箕斗接触方式为滑动摩擦，稳罐道长度约10 m，布置于箕斗东西两侧，安装于井底金属支持结构上，稳罐道中心线与箕斗中心线重合。在井底装载硐室箕斗装载侧位置，不再安装用于支持滚动罐耳的方钢罐道，防止罐道阻碍原煤装载。方钢罐道安装时，需在金属支持结构布置25b 工字钢以支承箕斗北侧方钢罐道，需在南侧井壁安装托架以支承箕斗南侧方钢罐道，方钢罐道安装至井底防撞梁。设计时，确保方钢罐道与方钢稳罐道有足够的搭接长度，井底平面布置如图3 所示。

图3 井底平面布置（单位：mm）

4 结语

根据山西某矿矿井提升能力和改造技术原则，对主井井筒罐道采用方钢罐道，能有效提高主井箕斗运行稳定性，解决罐道与罐耳磨损较大问题。保证了矿井安全生产，减少了主井井筒装备维护成本和检修时间，发挥主井提升煤炭的最大能力，通过对井筒改造、井口装备升级及井底装备改造，提高了施工工艺质量，缩短了工期，降低了施工成本。