玻璃鋼復(fù)合材料罐道在四老溝礦副立井1000車應(yīng)用研究

馬 騰 豐武平（大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦機(jī)電科，山西 大同 037028）

玻璃鋼復(fù)合材料罐道在四老溝礦副立井1000車應(yīng)用研究

馬 騰 豐武平
（大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦機(jī)電科，山西 大同 037028）

本文重點(diǎn)研究介紹了玻璃鋼復(fù)合材料在煤礦主罐道上的應(yīng)用，顯示出了該種材料的先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性。

煤礦；玻璃鋼罐道；應(yīng)用

一、立項(xiàng)原因及背景

1、罐道在立井提升系統(tǒng)中的作用及其重要性

礦井提升系統(tǒng)的任務(wù)是提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和各種采礦設(shè)備。它是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的咽喉環(huán)節(jié)，在礦井生產(chǎn)中所占的地位十分重要 。一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)，重則造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失，甚至導(dǎo)致人身的重大傷亡事故。井筒裝備是保證礦井提升系統(tǒng)能高速、安全運(yùn)行的重要組成部分，而罐道是保證提升容器安全運(yùn)行的承載和導(dǎo)向裝置，更是井筒裝備的重中之重。

2、原副立井1000車罐道結(jié)構(gòu)與工作原理

四老溝礦副立井1000車成立于1992年，擔(dān)負(fù)著全礦提升人員、物料的重要任務(wù)，投入使用至今已經(jīng)過18年，井深為227M，由于1000車為多繩摩擦式絞車，其井筒分主、輔兩個(gè)井筒，每個(gè)井筒內(nèi)在罐籠進(jìn)人側(cè)與出人側(cè)各有一根220M長(zhǎng)的鋼組合主罐道，結(jié)合罐籠上安裝的滾動(dòng)罐耳，起到固定罐籠在井筒內(nèi)位置不令其擺動(dòng)的作用。

3、原1000車罐道的使用情況及更換玻璃鋼復(fù)合材料罐道的原因

四老溝礦副立井為回風(fēng)井，由于井筒內(nèi)淋水大、構(gòu)件設(shè)備工作條件惡劣，金屬構(gòu)件處于高濕、高風(fēng)速、酸堿侵蝕的環(huán)境里，銹蝕嚴(yán)重，根據(jù)煤炭系統(tǒng)管理部門對(duì)全國(guó)煤礦礦井腐蝕狀況調(diào)查的統(tǒng)計(jì)，井下金屬構(gòu)件的腐蝕速度一般為0.3—1.2mm/年，為大氣環(huán)境和海洋環(huán)境中腐蝕速度的2—3倍，而罐道除承受外力和腐蝕外還要承受提升容器罐耳在其上滑動(dòng)或滾動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦磨損。四老溝礦副立井1000車安裝于1992年，經(jīng)過18年的使用原鋼組合罐道壁的厚度已超出規(guī)定安全值，極易發(fā)生卡罐、罐道脫落等事故，嚴(yán)重影響到1000車的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證1000車的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，決定對(duì)原罐道進(jìn)行全部更換。為了在經(jīng)濟(jì)實(shí)用的前提下最大限度的提高罐道使用壽命，經(jīng)反復(fù)研究決定采用目前世界上最先進(jìn)的玻璃鋼復(fù)合罐道替換原鋼質(zhì)罐道。

二、玻璃鋼復(fù)合材料罐道的主要性能特征

玻璃鋼復(fù)合材料罐道其截面形式采用工程上比較常用的全封閉型鋼組合截面，用型鋼做鋼芯，在鋼芯的內(nèi)、外表面上都敷上一層一定厚度的玻璃鋼防腐層，這樣既減少了防腐面積又利用了玻璃鋼質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能良好、耐熱、加工成型方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于有型鋼作為內(nèi)芯還客服了玻璃鋼彈性模量低的缺點(diǎn)，從而保證罐道在井筒中安全可靠的使用。由于玻璃鋼復(fù)合材料罐道的疲勞極限為5×106至5×107次，在遠(yuǎn)低于其強(qiáng)度極限的低應(yīng)力狀態(tài)下工作，且罐耳在罐道上運(yùn)行時(shí)，30年內(nèi)交變次數(shù)遠(yuǎn)低于其疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)，所以玻璃鋼復(fù)合材料罐道的疲勞壽命足以滿足煤礦立井罐道使用壽命的要求。玻璃鋼復(fù)合材料罐道與普通鋼質(zhì)罐道比較其滾動(dòng)磨損壽命低于鋼質(zhì)罐道，而滑動(dòng)磨損壽命高于鋼質(zhì)罐道，鑒于滑動(dòng)摩擦對(duì)罐道壽命影響較大，玻璃鋼復(fù)合材料罐道中玻璃鋼的厚度應(yīng)不低于4mm。復(fù)合材料中鋼與玻璃鋼層合面的抗剪性能良好，復(fù)合材料層合面不會(huì)因玻璃鋼層的抗剪能力不足而使兩種材料性能的發(fā)揮受到限制。

普通玻璃鋼受力過程中，會(huì)出現(xiàn)損傷、裂紋和某些層次的破壞，而且是不可逆的過程，基體中的橫向裂紋、纖維斷裂、分層都會(huì)引起其強(qiáng)度和剛度的下降，而復(fù)合材料就不易出現(xiàn)上訴現(xiàn)象。

三、安裝玻璃鋼復(fù)合罐道外覆材料選材 罐及罐道安裝過程

1、1000 車選擇安裝的玻璃鋼復(fù)合罐道的具體組成成分分析

由于煤礦安全生產(chǎn)的特殊性，井筒內(nèi)安裝材料必須要有符合標(biāo)準(zhǔn)的阻燃性及抗靜電性，所以在1000車所安裝玻璃鋼罐道的外覆材料中添加了一定劑量的不飽和聚酯樹脂及玻璃鋼高效抗靜電劑，并為了增加復(fù)合罐道的耐磨強(qiáng)度及抗腐蝕強(qiáng)度，又在外覆材料中添加了中堿玻璃纖維無(wú)捻粗紗及中堿玻璃纖維無(wú)捻粗紗布，內(nèi)部選用Q235B型鋼作為鋼芯（見圖2），經(jīng)山東省恒信復(fù)合材料有限公司檢驗(yàn)，該玻璃鋼復(fù)合材料的阻燃性、抗靜電性、力學(xué)性能、化學(xué)性能等均符合使用要求。

圖2 玻璃鋼復(fù)合材料罐道結(jié)構(gòu)

2、1000 車玻璃鋼復(fù)合材料罐道安裝過程

該施工項(xiàng)目由局宏遠(yuǎn)公司肖平施工部承攬施工，于2009年10月6日開工至2009年11月26日完工，工期60天。為保證不因更換罐道影響礦井日常生產(chǎn)，施工時(shí)間定為每日晚12點(diǎn)到早6點(diǎn)，所安裝罐道每根長(zhǎng)8.5m，每日更換3到4根，更換期間嚴(yán)格保證罐道的垂直度與平行寬度使兩邊罐道能同時(shí)受力且受力相等，1000車技術(shù)人員在施工期間每日進(jìn)行兩次檢驗(yàn)，隨時(shí)糾正安裝不妥之處。

四、玻璃鋼復(fù)合罐道安裝后的使用情況及使用效益分析

1、使用情況

該玻璃鋼復(fù)合罐道自2009年12月安裝完成投入使用以來(lái)至今已使用了7個(gè)多月，在使用過程中顯現(xiàn)出抗腐蝕性強(qiáng)、抗磨損能力高的特點(diǎn)，1000車技術(shù)人員定期檢測(cè)的結(jié)果顯示，經(jīng)過7個(gè)多月200多天的運(yùn)行該復(fù)合材料罐道無(wú)任何磨損，罐道表面光滑如初，沒有明顯的損傷痕跡，顯示出極好的材料性能，自道更換以來(lái)罐籠運(yùn)行明顯比以前平穩(wěn)。

2、復(fù)合材料罐道使用效益分析

降低了滾動(dòng)罐耳的磨損，在未更換玻璃鋼復(fù)合材料罐道前因舊罐道出現(xiàn)破損摩擦加劇，1000車滾動(dòng)罐耳每一個(gè)月需更換一次，共需更換大、小共24個(gè)罐耳，更換玻璃鋼復(fù)合材料罐道后滾動(dòng)罐耳更換時(shí)間加長(zhǎng)到6個(gè)月，每年可少購(gòu)買240個(gè)滾動(dòng)罐耳，按每個(gè)罐耳3000元計(jì)算，每年可節(jié)約配件費(fèi)用72萬(wàn)元；更換前1000車每年需花費(fèi)罐道維護(hù)費(fèi)用12萬(wàn)元，更換后罐道維護(hù)工作量驟減，日常只需進(jìn)行簡(jiǎn)單檢查，每年可節(jié)省罐道維護(hù)費(fèi)用12萬(wàn)元。更換后罐籠運(yùn)行平穩(wěn)，乘罐時(shí)明顯感覺罐籠擺動(dòng)減小，提升機(jī)安全性能提高，安全效益顯著，社會(huì)效益顯著。

玻璃鋼復(fù)合材料罐道作為新一代的罐道鋪設(shè)材料，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益明顯，在全公司有極大的推廣價(jià)值。

[1]朱文志.豎井的玻璃鋼復(fù)合材料井筒裝備.甘肅冶金，2004年4期.

[2] 曾憲桃，郭晉蒲. 煤礦立井玻璃鋼復(fù)合材料罐道的研究.中國(guó)工程科學(xué)，2002年12期.

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