營(yíng)盤壕副井井口金屬支持結(jié)構(gòu)及罐道梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改造者:張九琴

營(yíng)盤壕副井井口金屬支持結(jié)構(gòu)及罐道梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改造者:張九琴

營(yíng)盤壕煤礦副井采用落地式提升方式，配特制雙層大罐籠雙層裝車，最大件液壓支架和特制平板車總重60t，罐籠自重（包括懸掛裝置等）65t，平衡錘重量95t，屬于現(xiàn)代化大型礦井。因此針對(duì)本礦副井井口提升系統(tǒng)金屬支持結(jié)構(gòu)及罐道梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和選型設(shè)計(jì)，以此對(duì)類似礦井設(shè)計(jì)起到參考、借鑒作用。

營(yíng)盤壕煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市西南方向的烏審旗境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1000萬t/a ，服務(wù)年限74a，其中一水平服務(wù)年限為62a 。工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置主、副、風(fēng)3個(gè)井筒，其中副井井筒凈直徑φ10m，裝備兩套提升系統(tǒng)。

副井井口多套提升金屬支持結(jié)構(gòu)及穩(wěn)罐罐道是礦井建設(shè)主要構(gòu)筑物，和提升機(jī)共同承擔(dān)建井初期煤炭/矸石、正常生產(chǎn)材料、設(shè)備以及人員的升降任務(wù)，對(duì)整個(gè)礦井的生產(chǎn)起著重要的作用，是礦井建設(shè)的生命線工程。井口金屬支持結(jié)構(gòu)必須具備強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)性能好、抗震性強(qiáng)、承載載荷大、加工制造方便、不受季節(jié)及氣候影響等條件。營(yíng)盤壕副井采用落地式井架提升方式，該種提升方式對(duì)材料的選型，鋼結(jié)構(gòu)梁的受力提出了很大的難題。

副井提升系統(tǒng)

副井井筒裝配兩套提升系統(tǒng)，一套特制雙層大罐籠配備平衡錘和一套特制交通罐配備平衡錘提升系統(tǒng)。其中大罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)交接班升降人員，整體升降液壓支架、無軌膠輪車運(yùn)送材料等提升任務(wù)。另一對(duì)交通罐籠配平衡錘提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)礦井零散人員提升以及急救提升任務(wù)。其井筒平面布置圖如圖1所示。

圖1 副井井筒平面布置圖

設(shè)計(jì)計(jì)算及選型結(jié)果

罐道與罐道梁的載荷計(jì)算公式

作用于罐道梁上的荷載，按其作用方向有豎直荷載PV和水平荷載PH。水平荷載按作用于罐道梁面的方向不同又有正面水平荷載和側(cè)面水平荷載。

圖2 罐道與罐道梁的連接方式

式中:Q—終端載荷

PY—罐道與罐道梁的正面水平力；

PX—罐道與罐道梁的測(cè)面水平力；

PZ—罐道與罐道梁的垂直力。

罐道與罐道梁的強(qiáng)度、剛度計(jì)算公式

式中:MX、My—繞X、Y軸的彎矩；

WX、Wy—關(guān)于X、Y軸的抗彎截面系數(shù)；Z—罐道及罐道梁的總撓度；

L—罐道與罐道梁的總跨度。

罐道及罐道梁選型及計(jì)算

營(yíng)盤壕礦井罐道選用冷彎方管罐道，該種罐道結(jié)構(gòu)合理，剛性強(qiáng)，整體性好，與相近規(guī)格型鋼組合罐道相比慣性矩較大，罐道梁層距增大，降低材料的使用量，同時(shí)能夠徹底解決組合罐道焊接工作及罐道加工中質(zhì)量難于控制的問題，因此能夠滿足特大型礦井井筒裝備高速重載提升容器的需要。

罐道梁選用金屬罐道梁，，具有強(qiáng)度大，使用期限長(zhǎng)，占用井筒斷面小，施工安裝方便等。

根據(jù)圖1所示，擬選罐道梁3型號(hào)為H450X260X10X16， 長(zhǎng) 度 為L(zhǎng)=10100mm， 材料Q345-A，抗彎截面系數(shù)WX=2012.53cm3，Wy=360.8cm3，IX=45282cm4，Iy=4690cm4，通過分析計(jì)算可得罐道梁3上最大彎矩Mxmax=66300N.m，Mymax=53040N.m，總撓度Z=21.67mm，則有:

即所選用的型鋼能夠滿足強(qiáng)度和剛度的要求。

同理可以確定其他罐道和罐道梁的型號(hào)。通過分析計(jì)算得到的罐道和罐道梁的型號(hào)如表1、表2所示。

表1 罐道規(guī)格表

表2 罐道梁規(guī)格表

罐道及罐道梁的連接

罐道與罐道梁之間采用高強(qiáng)度螺栓連接，雙螺母緊固。螺栓連接與其他連接方式相比，可組裝連接，連接可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便拆裝，利于檢修與更換等，罐道與罐道梁之間的連接方式如圖2所示。

結(jié)束語

本文結(jié)合營(yíng)盤壕副井多套提升系統(tǒng)，對(duì)井口罐道和罐道梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)的分析與計(jì)算，合理選型與設(shè)計(jì)，該方案的設(shè)計(jì)選型不僅對(duì)營(yíng)盤壕礦井具有重大意義，同時(shí)對(duì)于類似礦井的裝配設(shè)計(jì)和選型也具有一定的借鑒作用。

張九琴

中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司張九琴，女，1986年生，碩士研究生，助理工程師，主要從事礦山機(jī)械設(shè)計(jì)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.07.001