深豎井提升與井筒裝備系統(tǒng)研究與分析

王春雷，王祥辰

（山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 萊州 261438）

現(xiàn)階段，我國礦山的淺部資源已經(jīng)慢慢的進(jìn)入一個開采后期，隨著開采的逐步結(jié)束，淺部資源已經(jīng)無法滿足越來越深開采深度的要求，所以礦山項目中，我們經(jīng)常會遇到深豎井這樣一個工程類型，其提升與井筒裝備系統(tǒng)是一個值得深思的課題。在實(shí)際工作中，在豎井內(nèi)提升的時候，該如何保證物料運(yùn)行的穩(wěn)定性以及人員的安全性，又該如何在井筒提升設(shè)施使用的過程中最大程度的降低成本，并且如何有效的提升井筒裝備系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，我們需要進(jìn)行多方面的技術(shù)研究。本次研究在確定主題深豎井提升與井筒裝備系統(tǒng)研究與分析的基礎(chǔ)上分析研究了深豎井的主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，促使后期實(shí)施深豎井工程提供了切實(shí)的參考以及依據(jù)。

1 深豎井提升系統(tǒng)的配置

通常情況下，對于地下礦山提升系統(tǒng)來說，主要的兩種類型是：第一種是斜井提升，第二種是豎井提升，豎井提升還可以被分為單繩提升系統(tǒng)和多繩提升系統(tǒng)兩種，主要的劃分標(biāo)準(zhǔn)是提升鋼絲繩數(shù)量的不同以及使用的提升機(jī)不同。并且還可以分為以下三個系統(tǒng)類型：第一個是箕斗提升系統(tǒng)、第二個是混合提升系統(tǒng)、第三個是罐籠提升系統(tǒng)，這是按照提升容器的類型分類的結(jié)果。對于豎井提升系統(tǒng)的作用，主要就是聯(lián)系井上、井下的一個非常重要的咽喉通道，在在井筒沿垂直方向設(shè)置豎井提升系統(tǒng)主要作用就是運(yùn)輸物流和人流，并且還需要負(fù)責(zé)提升礦石和廢石、下放材料、升降人員和設(shè)備。在礦山生產(chǎn)的整個過程中，豎井提升系統(tǒng)的設(shè)置都是非常重要的，其地位不言而喻。通常情況下，多繩摩擦式提升機(jī)是深豎井提升系統(tǒng)的第一選擇，這個多繩摩擦式提升機(jī)最為顯著的優(yōu)勢就是設(shè)備非常輕，鋼繩直徑較小，不存在大耗電問題?，F(xiàn)階段，我國國內(nèi)一般會選擇多繩摩擦式提升機(jī)。按照項目條件的差異跟不同，需要從根本上結(jié)合具體情況決定是選擇落地式還是選擇塔式，確定兩項技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)收益值之后才能決定。倘若在地面上安裝多繩提升機(jī)，在井架的過程中，會安裝一些配套的設(shè)施以及設(shè)備等。在將塔式安裝在井塔上的時候，設(shè)置好提升機(jī)、導(dǎo)向輪等設(shè)備，設(shè)置好電動機(jī)極配電控制的安裝以及設(shè)置。在提升機(jī)布置的時候，設(shè)置好的安全距離，檢修設(shè)備、維護(hù)設(shè)備。在深豎井提升系統(tǒng)配置的時候，還需要從根本上重視豎井設(shè)計選型相關(guān)的工作。并且，對于現(xiàn)階段大部分深豎井來說，分期裝載情況是存在的，在遇到上述情況的基礎(chǔ)上，在分期裝載的前期的時候，會完善相關(guān)的井筒下部封閉隔離的方法，可以有效的回收創(chuàng)造粉礦，以此為為基礎(chǔ)穩(wěn)定運(yùn)行豎井提升系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行成本的節(jié)省。

2 深豎井井筒裝備的配置

在實(shí)際工作中，礦井提升是深豎井井筒裝備中可以高速的、安全的運(yùn)行的重要組成部分，井筒裝備可以劃分為鋼絲繩罐道、剛性罐道，這是按照按罐道結(jié)構(gòu)形式的不同來劃分的。剛性罐道包括很多種鋼質(zhì)罐道，方形空心型鋼、鋼軌、型鋼組合等，隨著社會的發(fā)展，基本上不愿意使用鋼軌罐道和型鋼組合罐道，在國外，很多的深井礦山使用的鋼罐道類型都是外卷邊槽形型的罐道類型，螺栓是連接罐道跟梁兩者的器件，在連接的部位是不需要進(jìn)行焊接附件操作的，所以，可以靈活的安裝罐道接頭，安裝起來還可以得到非常顯著的精度[1]。

在我國，大部分深豎井礦山都是使用到鋼絲繩罐道，所以存在較多的鋼絲繩罐道，鋼絲繩罐道的使用可以促使提升速度得到大大的提升，但是，如果選擇使用剛性罐道，就會從根本上降低井筒的凈斷面積，還會減少豎井的實(shí)際掘進(jìn)工程量。但是，因為現(xiàn)階段我國國內(nèi)還沒有掌握外卷邊槽形型鋼罐道技術(shù)，外卷邊槽形型鋼罐道技術(shù)是一項非常新型的技術(shù)。在安裝的過程中，對于方形空心型鋼罐道的設(shè)置來說，安裝施工精度是要求比較高的，因此，速度會大大限制。現(xiàn)階段，在加深豎井深度的過程中，我們需要從根本上重視以及關(guān)注深豎井剛性罐道技術(shù)的時候。

3 深豎井工程實(shí)例分析

3.1 深豎井工程的概況分析

設(shè)置分析案例為土耳其Kure 銅礦項目，在土耳其Kure 銅礦開采的前期階段，整個階段是露采階段，對于整個銅礦的開采都屬于一個深部資源的開采，對于礦山的開采來說，對于深部礦體的開采，完善一條混合井服務(wù)的新掘進(jìn)，倘若使用的是混合井系統(tǒng)，那么就可以選擇使用落地多繩的提升操作。詳細(xì)的提升任務(wù)如下所表達(dá)：提升材料、提升人員、提升廢石、提升礦石等。在井筒內(nèi)，設(shè)置了提升設(shè)備兩套，其中一套則是罐緊急罐籠提升系統(tǒng)，另一套則為復(fù)合箕斗+箕斗提升系統(tǒng)。其中，混合井井筒深度大小為960m，為了從根本上滿足采礦生產(chǎn)的實(shí)際需要標(biāo)準(zhǔn)，對于混合井來說，需要完善兩個箕斗裝礦點(diǎn)的設(shè)置，主要包括：第一個是上部裝礦點(diǎn)，第二個是下部裝礦點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，對于上部裝礦點(diǎn)的首先運(yùn)行，在安裝好下部裝載破碎系統(tǒng)后，在采礦巷道以及形成溜井形成之后，則應(yīng)第一時間停止上部裝礦點(diǎn)。設(shè)置井筒直徑大小為φ6.5m，設(shè)置井口標(biāo)高大小為1111.16m，箕斗卸礦標(biāo)高大小為1135m。對于前期裝載安裝來說來說，如果低于470mL 水平的話，在后期的時候，棄放應(yīng)該低于470mL 裝載水平，完善一系列裝載需要基于230mL 水平這個標(biāo)準(zhǔn)，針對主井的設(shè)置，一般會滿足170m 井底標(biāo)高，按照一次安裝到底的原則完善罐道繩的一系列安裝。在使用復(fù)合箕斗罐籠，對于提升人員的過程中，其設(shè)置了共4 個?？奎c(diǎn)，第一個是1111m L，對應(yīng)的是井口位置、第二個是710mL、第三個是470mL、第四個是230mL。

（1）方案一?；?單層罐籠的復(fù)合箕斗是6m3的主提升，箕斗則為6m3提升系統(tǒng)，其這是的終端荷載最大為26t，復(fù)合箕斗提升人員一次最多達(dá)到17 人。前期達(dá)到V1=11m/s 的提升速度，后期達(dá)到V2=13m/s 的提升速度，并且實(shí)現(xiàn)了 V=8m/s 的提升人員時速度，對應(yīng)的方案一斷面配置詳細(xì)如下圖1。

圖1 方案一復(fù)合箕斗+ 箕斗斷面配置圖

（2）方案二。使用平衡錘提升系統(tǒng)+11.5m3復(fù)合箕斗（箕斗-單層罐籠）進(jìn)行主提升，終端荷載最大達(dá)到49.5t，復(fù)合箕斗一次最多提升人員為17 人。最大提升速度V=13.19m/s，方案二斷面配置見圖2。

圖2 方案二復(fù)合箕斗+ 平衡錘斷面配置圖

（3）方案三。將整體向上提升11.5 立方米，箕斗和單層罐籠提升系統(tǒng)，其底部尺寸為2400×1450mm?；氛w可支持48.5t的載荷，每層最大載荷人數(shù)17 人。速度最快可達(dá)到V=13.19m/s，具體斷面情況通過圖2 來顯示。

圖3 方案三箕斗 + 單層罐籠斷面配置圖

站在經(jīng)濟(jì)成本以及技術(shù)水平角度來比較的話，第一種方案的優(yōu)勢要大于后兩種方案，且整體成本是最低的，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)豎井?dāng)嗝孢M(jìn)風(fēng)，對此，第一種方案為此次項目的主打方案。

3.2 創(chuàng)新豎井?dāng)嗝媾渲眉夹g(shù)

豎井內(nèi)部需要借助不同管道以及不同規(guī)格的線纜來實(shí)現(xiàn)其正常工作，而且大多是采用國標(biāo)形式來布置，其中，通過圖4 可以看出，內(nèi)部的設(shè)計主要是以螺栓擠入式管子支架為主，而且圖5 中也重點(diǎn)突出了重力式梯形電纜支架的作用，這種設(shè)計的價值，一方面是為了將井筒內(nèi)部空間最大化，另外還有效保證了電纜的工作效率。另外，土耳其豎井安裝領(lǐng)域已經(jīng)十分成熟，且同樣是以此種設(shè)計方法進(jìn)行安裝的，因此我國的安裝方式和流程可借鑒土耳其在這方面的經(jīng)驗。

圖4 螺栓擠入式單側(cè)緊固豎井管子支架

圖5 重力式梯形襯墊新型豎井電纜支架

本項目膠帶裝在水平方面，基本是按照防沖擊箕斗裝礦裝置來進(jìn)行布置的，其工作流程和原理如下：在對輸送對象進(jìn)行精準(zhǔn)計算后，由膠帶輸送機(jī)直接把礦石輸送到箕斗中，在此過程中，計量時主要是借助于輸送機(jī)中間所安裝的稱重架以及稱重單元來實(shí)現(xiàn)，然后在得到準(zhǔn)確數(shù)字后再將信息直接通過傳感器而傳遞到控制平臺上，緊接著將物料置于輸送機(jī)上，等到箕斗回歸原位后，再將物料直接倒進(jìn)去。這種技術(shù)的使用價值就在于可獨(dú)立完成受料、轉(zhuǎn)運(yùn)、計量（稱重）等過程，這樣一來在保證完成任務(wù)的前提下只需更少的工作量就能完成，有助于項目的快速推進(jìn)；另外，計算精度較高，一般可達(dá)到0.16%～0.42%。裝置裝礦時，還能夠保證物料均勻持久的運(yùn)輸，盡可能環(huán)節(jié)鋼絲繩所面對的各種壓力，進(jìn)而有助于增加鋼絲繩的使用周期，并能夠使其應(yīng)用價值提升到最高，通常來說，該系統(tǒng)大多用于深井大載荷、高速系統(tǒng)中。圖6 所顯示的就是該系統(tǒng)的整體布局。

圖6 防沖擊箕斗裝礦裝置結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

（1）此次研究的主題基本是以篩選深豎井提升系統(tǒng)方案為主，同時還提出了可行方案在運(yùn)作過程中需要解決的其他問題，比如要重視井底排水系統(tǒng)的效率以及礦粉的回收質(zhì)量等，對于分階段提升的豎井，可嘗試隔離的方式來進(jìn)行操作，進(jìn)而能夠有效控制各項支出。（2）項目能否安全進(jìn)行，直接取決于深豎井的井筒裝備的配置，無論是鋼絲繩灌道還是鋼性罐，都有不同的優(yōu)勢和弱點(diǎn)，對于深度較大的豎井而言，特別要保證剛性罐道的安裝質(zhì)量和安全性，盡可能保證其正常運(yùn)行，降低額外成本的支持。（3）經(jīng)研究和梳理土耳其 Kure 銅礦項目井筒的具體安裝方式和流程后，本文作者發(fā)現(xiàn)，保證鋼絲繩罐道的正常運(yùn)行的必要條件就是要計算好容器之間的距離，而該項目由于部分新技術(shù)的參與，使得整體提升的穩(wěn)定性與安全性得到了很大提升。而是否引進(jìn)成功的安裝經(jīng)驗和理念，則需要與施工方以及設(shè)計方等共同探討和確定，這樣一來才能夠保證預(yù)期目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。經(jīng)本次研究，希望能為相關(guān)裝置的安裝提供一些可參考的模式和建議，并填補(bǔ)國內(nèi)關(guān)于深豎井設(shè)計與施工技術(shù)科研方面的不足與漏洞。