超大超深豎井施工提升和懸吊技術(shù)

紀(jì)靈波

(中國華冶科工集團(tuán)有限公司西南分公司)

超大超深豎井施工提升和懸吊技術(shù)

紀(jì)靈波

(中國華冶科工集團(tuán)有限公司西南分公司)

分析了超大超深豎井施工中提升和懸吊系統(tǒng)存在的一些技術(shù)難題，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度提出了有針對性的解決措施，為確保超大超深豎井的安全、高效施工提供參考。

超大超深豎井 提升 懸吊

盡管我國深部礦產(chǎn)資源開采技術(shù)特別是超大超深豎井施工技術(shù)取得了一些突破，但仍面臨諸多技術(shù)難題。為此，對超大超深豎井施工中關(guān)于提升和懸吊的一些技術(shù)難題進(jìn)行深入分析，并給出有針對性的解決措施。

1 提升和懸吊技術(shù)難點

目前，國內(nèi)豎井最大凈直徑已經(jīng)達(dá)到10 m，最大設(shè)計深度已經(jīng)突破1 500 m。施工中提升和懸吊技術(shù)的難點有：①施工設(shè)備投入多、大型化、部分設(shè)備選型困難；②對提升設(shè)備、懸吊設(shè)備和懸吊設(shè)施可靠性要求較高；③鑿井吊盤荷載重，需要多條鋼絲繩懸吊，采用常規(guī)懸吊技術(shù)吊盤升降時，穩(wěn)車同步性難以保證，穩(wěn)車荷載忽大忽小，如不采取措施，懸吊穩(wěn)車和鋼絲繩甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的超載現(xiàn)象，危及施工安全，并且吊盤升降難以連續(xù)進(jìn)行，耗時較長，影響井筒施工速度。

2 臨時鑿井井架選擇

現(xiàn)有定型設(shè)計的鑿井井架最大型號為Ⅴ型亭式井架，僅適用于井筒凈直徑7.5 m以下、井筒深度1 200 m 以下的豎井施工。無法滿足超大超深豎井鑿井時提升和懸吊荷載的要求，天輪平臺尺寸也無法滿足需要。目前，針對超大超深豎井施工，中國礦業(yè)大學(xué)已研制出了一種新型鑿井井架，其特點有：

(1)天輪平臺結(jié)構(gòu)。新型的“目”字型天輪平臺結(jié)構(gòu)彌補了“日”字型結(jié)構(gòu)的缺點。為了便于井筒的臨時改絞，傳統(tǒng)“日”字型天輪平臺結(jié)構(gòu)的井架中心線無法與井筒的中心線進(jìn)行重合布置，應(yīng)適當(dāng)錯開300～500 mm，井架的受力也呈現(xiàn)出不對稱的狀態(tài)。采用“目”字型天輪平臺結(jié)構(gòu)后，井筒臨時改絞便無需考慮2個中心線的錯開問題。此外，由于增加了一根橫梁，縮短了梁間距，因此天輪平臺梁規(guī)格相對較小。

(2)支撐結(jié)構(gòu)。井架新型支撐結(jié)構(gòu)呈“人”型，天輪平臺采用“個”型支撐，整個結(jié)構(gòu)采用“人”型支撐，有利于荷載下傳。

(3)井架適用范圍及主要尺寸。該鑿井井架可滿足凈直徑為8～12 m，深度為1 500 m的立井井筒施工要求；天輪平臺高29.35 m，平臺軸線尺寸為9.5 m×9.5 m；翻矸平臺高12.0 m，平臺軸線尺寸為14.94 m×14.94 m；井架柱底平面軸線尺寸為19.02 m×19.02 m。

3 提升系統(tǒng)

3.1 提升方式選擇

超大超深豎井主要有2套單鉤、3套單鉤和1套雙鉤加1套單鉤等3種提升方式。2套單鉤提升方式僅適用于凈直徑為8.5 m以下的井筒提升，3套單鉤方式和1套雙鉤加1套單鉤提升方式適用于凈直徑為8.5 m以上的井筒提升。從節(jié)能方面考慮，1套雙鉤加1套單鉤的提升方式優(yōu)于3套單鉤提升方式，不僅能夠相對減少提升設(shè)備和配套設(shè)施的投入，而且能夠節(jié)省人工費用。雖然雙鉤提升會在一定程度上延長調(diào)繩時間，但如果施工時間控制得當(dāng)，幾乎不會影響出渣時間。

3.2 吊桶的選擇

為了保證出渣效率，提升能力應(yīng)以滿足抓巖機(jī)最大抓渣效率為原則，一般選擇5 m3和6 m3的吊桶。大吊桶不僅提升能力大，提升效率高，而且節(jié)省設(shè)備占地。

3.3 提升機(jī)的選擇

由于采用大吊桶出渣，提升鋼絲繩自重較大，提升荷載較大，應(yīng)盡可能選擇滾筒直徑較大的鑿井專用提升機(jī)。如果用于雙鉤提升和用于以后臨時改絞，在選擇提升機(jī)時，其最大凈張力差必須滿足使用要求，否則極易損壞提升機(jī)減速器。目前，大量適合于超大超深豎井井筒施工的大型提升機(jī)相繼問世，如中信重工制造的JK-4×2.7/20、JK-4.5×3.0/20、2JK-4×2.1/20、2JK-5×2.3/20、2JK-6×2.5/20和2JK-6.3×2.5/20單繩纏繞提升機(jī)，川礦制造的JKZ-4×3.5/17.8、JKZ-4.5×3.7/20、JKZ-5×4/20、JKZ-5.5×5/20、2JKZ-4×2.65/20、2JKZ-5×3/20和2JKZ-5.5×4/20單繩纏繞提升機(jī)等。

目前，我國提升機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)正日益成熟，但由于礦山企業(yè)對該項技術(shù)缺乏深入了解以及價格昂貴等因素的影響，導(dǎo)致該項技術(shù)在礦山并未得到廣泛應(yīng)用。實踐證明，雖然提升機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)價格是電阻調(diào)速控制系統(tǒng)的4～5倍，但節(jié)能效果明顯，尤其是單鉤提升可節(jié)能約35%；實現(xiàn)無級調(diào)速，運行速度易控制，安全性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)軟停和軟起，消除了電動機(jī)硬起動過程中對電網(wǎng)的沖擊，整個系統(tǒng)的壽命和機(jī)械部分壽命大大延長；具有柔性化控制，系統(tǒng)運行平穩(wěn)、安全、可靠。因此，該項技術(shù)在超大超深豎井施工中值得推廣。

3.4 提升鋼絲繩的選擇

迪帕公司生產(chǎn)的特殊鋼絲繩結(jié)構(gòu)特征有：①外圈股數(shù)15股，每股結(jié)構(gòu)為緊密型，表面更加光滑，提高了抗沖擊和耐摩性能，該公司所有防旋轉(zhuǎn)型鋼絲繩外股均采用緊密型結(jié)構(gòu)，反復(fù)卷揚的磨耗遠(yuǎn)低于非緊密型結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈結(jié)構(gòu)為6(大)+6(小)股，重量和數(shù)量與外圈15股結(jié)構(gòu)相當(dāng)，內(nèi)圈和外圈采用反方向繞股，是真正防旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩；②采用同向捻，鋼絲與每股同方向，即所謂的線接觸，減少了股與股，繩與繩，繩與卷軸之間的磨損，延長了使用壽命，直徑10 mm以上的鋼絲繩采用的細(xì)鋼絲數(shù)量達(dá)328根，大大提高了柔韌性，更易于安裝。因此，該公司生產(chǎn)的不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩可以作為超大超深豎井施工提升鋼絲繩的首選。

4 吊盤懸吊問題及解決措施

4.1 存在的問題

(1)穩(wěn)車同步性差。吊盤為多臺穩(wěn)車共同懸吊，通常穩(wěn)車電機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜，同步性差，調(diào)速不均，各鋼絲繩拉力明顯不均，部分穩(wěn)車達(dá)到最大荷載甚至嚴(yán)重超載(吊盤下放時易出現(xiàn))，而部分穩(wěn)車所受荷載較小，甚至鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，每上升或下放一次吊盤需要反復(fù)調(diào)繩。

(2)沖擊性大。幾臺大功率穩(wěn)車同時直接啟動或轉(zhuǎn)子加電阻啟動，對電網(wǎng)和傳動機(jī)構(gòu)的沖擊損害較大。

(3)吊盤扭轉(zhuǎn)明顯。由于吊盤繩之間扭矩?zé)o法相互抵銷，井筒施工至深部時，吊盤扭轉(zhuǎn)明顯，若不及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)正，將會發(fā)生吊桶與吊盤喇叭口相碰的現(xiàn)象。

(4)抓巖時吊盤震顫嚴(yán)重。由于吊盤懸吊鋼絲繩存在彈性變形，固定于吊盤上的中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)在工作時，懸吊鋼絲繩終端荷載不斷發(fā)生變化，吊盤會發(fā)生明顯震顫，井筒越深震幅越大，使得已調(diào)正的吊盤發(fā)生扭轉(zhuǎn)，影響抓渣效率和吊桶提升安全。

4.2 解決措施

(1)保持吊盤穩(wěn)車同步。采用穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)，對吊盤穩(wěn)車進(jìn)行變頻調(diào)速集中控制，在穩(wěn)車啟動至停車的時間段內(nèi)，各繩位移接近，使吊盤在井筒中能夠平穩(wěn)的上下移動；若累積誤差較大時，也可以分別對各繩進(jìn)行調(diào)整或分組調(diào)整，另外，還可以減少啟動時的峰值功率損耗,功率因數(shù)由0.85提高至0.95以上，實現(xiàn)節(jié)能；減少電動機(jī)啟停對傳動機(jī)構(gòu)的沖擊, 延長設(shè)備的使用壽命；避開直接啟動形成的強(qiáng)大電流對電網(wǎng)的沖擊，保障同一供電線路上其他設(shè)備的正常運行；降低多臺吊盤穩(wěn)車啟動時的噪音。實踐證明，僅依賴于穩(wěn)車群變頻調(diào)速集控系統(tǒng)無法完全解決吊盤繩受力不均的問題。

(2)保持吊盤繩張力均衡。在吊盤上層盤，加裝鋼絲繩張力液壓自動平衡系統(tǒng)，使得各懸吊鋼絲繩所受拉力大致相等。上下吊盤通過對液壓缸行程進(jìn)行監(jiān)控，確保各液壓缸處于最大行程以內(nèi)，便可確保各吊盤懸吊鋼絲繩張力基本相等。

(3)保證吊盤升降順暢以及盤面基本水平。在吊盤上、下層盤安裝穩(wěn)盤器，一方面可以保證吊盤升降順暢，另一面可以控制吊盤縱向位移，不至于使吊盤盤面過度傾斜。

(4)控制吊盤震顫。吊盤導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輪上部與井壁之間，采用特制鋼楔塞緊，鋼楔必須采用鎖鏈或鋼絲繩與吊盤連接，以防鋼楔墜落井底。其原理是，當(dāng)中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)抓起渣時，吊盤隨之下降，此時鋼楔靠自重隨導(dǎo)向輪緊貼井壁下降；當(dāng)抓巖機(jī)卸載后，吊盤將上升，此時鋼楔則會阻止導(dǎo)向輪上升。如此經(jīng)抓巖機(jī)幾次反復(fù)抓渣，吊盤震顫幅度將越來越小，最終使吊盤趨于局部小幅震顫，保證抓巖的正常進(jìn)行。

5 結(jié) 語

通過對超大超深豎井施工提升和懸吊技術(shù)難題進(jìn)行分析，并給出了有針對性的解決措施，為相關(guān)應(yīng)用研究提供參考。

2015-01-19)

紀(jì)靈波(1964—)，男，高級工程師，400060 重慶市南岸區(qū)南坪西路2號。