結(jié)合實(shí)例淺析建井期吊盤繩兼穩(wěn)繩選型及剛度驗(yàn)算

周騰蛟，秦 菲

（鞍山五礦陳臺溝礦業(yè)有限公司，遼寧 鞍山 114000）

1 陳臺溝探礦井建井概況

陳臺溝鐵礦一期探礦井項(xiàng)目首先建設(shè)兩條探礦井。探礦井1井口標(biāo)高65m，直徑5.5m，井深1182m，建井采用三層吊盤、兩套提升系統(tǒng)。探礦井2井口標(biāo)高61m，直徑8m，井深1150m，建井采用三層吊盤、兩套提升系統(tǒng)。

2 結(jié)合陳臺溝分析吊盤繩及穩(wěn)繩選型

2.1 兩探礦井布置方案優(yōu)劣

對比以上兩條井井筒布置圖可看出，兩條井雖井筒直徑有差異但是其鑿井布置基本相同，兩條探礦井鑿井期間均采用兩套提升系統(tǒng)，提升機(jī)提升吊桶出渣，懸吊系統(tǒng)采用三層吊盤在井筒底部懸掛抓巖機(jī)及傘鉆鑿巖，采用整體模板支護(hù)。探礦井2井筒直徑大，采用兩套抓巖機(jī)及兩套傘鉆而探礦井1只布置一套抓巖機(jī)及傘鉆，另探礦井2吊桶容積也較探礦井1要大。

因井筒直徑不同，其選用設(shè)備不同再加上吊盤制作所需材料重量差異，造成了其在選擇吊盤繩及穩(wěn)繩時兩種不同的驗(yàn)算方式，下文將詳細(xì)論述其方案。①合理設(shè)計(jì)吊盤型式，準(zhǔn)確提供吊盤載荷（包括吊盤上的傘鉆、抓巖機(jī)等附屬設(shè)備）。②合理分布吊盤載荷及鋼絲繩懸吊點(diǎn)，采用穩(wěn)繩滑套減少穩(wěn)繩的磨損等安全措施。

上述井筒布置圖中在吊盤繩及穩(wěn)繩選型驗(yàn)算上有兩種方案：方案一：3、4、7、8為吊盤繩其中4、7兼做穩(wěn)繩，5、6為獨(dú)立穩(wěn)繩。方案二：3至8號均做吊盤繩，其中4至7號兼做穩(wěn)繩。方案二吊盤根數(shù)多，相應(yīng)的每根鋼絲繩承載力小，可降低鋼絲繩直徑從而節(jié)省成本。方案一吊盤根數(shù)少，吊盤繩承載力大，其兼做穩(wěn)繩時可提高穩(wěn)繩剛度。

2.2 方案選擇

首先建立模型，井下鑿井設(shè)備全部由吊盤承載，鑿井吊盤通過吊盤繩懸吊于井筒內(nèi)，穩(wěn)繩預(yù)緊于吊盤上，吊盤繩及穩(wěn)繩繞過天輪纏繞在地表穩(wěn)車上。

吊盤繩及穩(wěn)繩受力分析簡圖如下圖所示。

圖1 罐道鋼絲繩受力示意圖

A為鋼絲繩懸掛點(diǎn)，B為吊盤上鋼絲繩固定點(diǎn)，C為吊桶上部滑架運(yùn)行位置（動點(diǎn)）。文獻(xiàn)[1]《礦井提升機(jī)罐道鋼絲繩橫向剛度的計(jì)算分析》中結(jié)論指出鋼絲繩剛度隨著吊桶的下放運(yùn)行首先逐漸變小，后又逐漸增大，其剛度最小值在AB中點(diǎn)偏下。

鋼絲繩罐道剛性系數(shù)的簡化計(jì)算法指出假定鋼絲繩中點(diǎn)的剛性系數(shù)為最小值，其誤差是很小的，Kmin=4Q/l+2q，本文直接引用其結(jié)論。上式中Kmin取500，Q值為吊盤及附屬設(shè)施重量/懸吊鋼絲繩根數(shù)，l為鋼絲繩懸垂長度，q為穩(wěn)繩每米繩重，實(shí)際施工中吊盤設(shè)計(jì)制作根據(jù)其自重、承載設(shè)備等重量及懸掛點(diǎn)以及鋼絲繩吊點(diǎn)確定，一般隨著井筒直徑的增大其制作材料增多、可用抓巖機(jī)、散鉆質(zhì)量的變大而致使自量（含附屬設(shè)備）增大，在井筒直徑確定后其重量可基本確定。因此Q按照定制處理，因此由上式可知q變?yōu)閘的簡單函數(shù)。q=（K-4Q/l）/2，求導(dǎo)得q’=2Q/l2＞0，q隨著l的增大而逐漸增大，即隨著井深的增大，要滿足有關(guān)規(guī)程中剛度最小50kg/m的要求，其鋼絲繩選型需要的自重會越來越大，取Q為31/6t，可得l取1200m可得q約等于14.67kg/m，此計(jì)算結(jié)果是偏大的。由吊盤繩反算其最大懸垂高度為617m，國內(nèi)超千米深井都已不在少數(shù)，由剛度要求驗(yàn)算造成的穩(wěn)繩鋼絲繩選擇過大顯然是不太合理的。

偏差分析。

①模型誤差，豎井建井期間，幾根吊盤繩共同懸吊吊盤，與豎井成井后的穩(wěn)繩模型略有不同，吊盤繩及吊盤為一個整體。②吊盤繩兼做穩(wěn)繩，引用簡化計(jì)算公式中Q取值不能按照吊盤自重/懸吊鋼絲繩根數(shù)計(jì)算，此處Q值為鋼絲繩的預(yù)緊力與鋼絲繩自重之和，可以通過調(diào)整穩(wěn)車從而改變鋼絲繩張緊程度調(diào)整預(yù)緊力。

懸吊系統(tǒng)方案選擇及吊盤繩兼做穩(wěn)繩選型過程。

①根據(jù)井筒直徑、吊盤自重選擇吊盤懸吊方案，由安全系數(shù)計(jì)算吊盤繩自重q，預(yù)選鋼絲繩。②由剛度系數(shù)及每米繩重計(jì)算穩(wěn)繩預(yù)緊力。③由預(yù)緊力驗(yàn)算穩(wěn)繩安全系數(shù)。

2.3 陳臺溝探礦井懸吊鋼絲繩及穩(wěn)繩選型驗(yàn)算

2.3.1 探礦井1

（1）吊盤繩驗(yàn)算。①終端總荷載Q0包含吊盤自重、抓巖機(jī)重量、水泵重量、水箱重量及人員等。合計(jì)30.5t。

設(shè)計(jì)采用方案一，4根吊盤繩懸吊吊盤，則單根吊盤繩最大受為：Q=Q0÷4×1.25+電纜重=30500÷4×1.1+5800=14188kg。②選用Φ46-18×7-1770鋼絲繩自重Ps=8.25kg/m，鋼絲破斷力總和查鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)為1488280N，約為151710kg。安全系數(shù)校核：

總負(fù)荷Q=Q0+Ps×H0=14188+8.25×1209=24163 kg，選用25t穩(wěn)車配套。

（2）穩(wěn)繩驗(yàn)算。①5、6號為專用穩(wěn)繩取預(yù)緊力7500kg。②選用Φ34-18×7-1770鋼絲繩自重Ps=4.51kg/m，鋼絲破斷力總和查鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)為813422N，約為82917kg。安全系數(shù)校核：

總負(fù)荷Q=Q0+Ps×H0=7500+4.51×1209=12953kg，選用16t穩(wěn)車配套。剛度驗(yàn)算：K=4Q/l+2q=4×12953/1200+2×4.51=52.2kg/m＞50kg/m滿足要求。

2.3.3 探礦井2

吊盤繩驗(yàn)算。①終端總荷載Q0包含吊盤自重、2個抓巖機(jī)重量及其他附屬設(shè)備和人員等。合計(jì)62t。設(shè)計(jì)采用方案二，6根吊盤繩懸吊吊盤，則單根吊盤繩最大受為：Q=Q0÷6×1.25+電纜重=62000÷6×1.25+1526=13925kg。②選用Φ44-6×19-1870鋼絲繩自重Ps=6.66kg/m，鋼絲破斷力總和查鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)為1360860N，約為138721kg。安全系數(shù)校核：Ma=138721/(13925+1185＊6.66)=6.35＞6滿足規(guī)范要求。

總負(fù)荷Q=Q0+Ps×H0=13925+6.66×1200=21917 kg，選用25t穩(wěn)車配套。

3 結(jié)論

對比兩探礦井選型結(jié)果可以看出探礦井2井筒直徑大，設(shè)備自重高而懸吊繩選型卻比探礦井1直徑小。因此可得出結(jié)論在懸吊方案選擇上選用方案二，可有效降低懸吊鋼絲繩直徑。在懸吊系統(tǒng)方案選擇及吊盤繩兼做穩(wěn)繩選型過程中優(yōu)先選用方案二，根據(jù)鋼絲繩荷載計(jì)算安全系數(shù)，預(yù)選鋼絲繩。由鋼絲繩荷載驗(yàn)算剛度系數(shù)，若剛度系數(shù)不滿足規(guī)范時提高預(yù)緊力以保證吊桶平穩(wěn)運(yùn)行并校驗(yàn)穩(wěn)繩的安全系數(shù)。