半移動式破碎站移設(shè)施工安全風(fēng)險分析

卞朝東 葛文光 樊志強 李書生 山西鋼鐵建設(shè)（集團）有限公司，太原 030003

引言

目前半連續(xù)開采工藝在國內(nèi)許多大型露天鐵礦山都有應(yīng)用，破碎站是大型露天礦開采工藝中最關(guān)鍵的設(shè)備之一。其主要形式可分為移動式破碎站、半移動式破碎站及固定式破碎站。半移動式破碎站是固定式破碎站和移動式破碎站的綜合體，隨著露天開采持續(xù)進行，開采作業(yè)面的深凹不斷加深，標(biāo)高水平不斷下降，每隔幾年就需要移設(shè)一次。半移動式破碎站移設(shè)方式既可采用履帶運輸車整體搬移方式，也可采用大部件解體、平板運輸車分體搬移到新的工作現(xiàn)場重新組裝的方式，因此如何安全高效地將破碎站移設(shè)到所需的工作平面，達到保安全、保質(zhì)量、保工期、保生產(chǎn)、提高經(jīng)濟效益的目的，是多數(shù)礦山所面臨的問題。

1 工程概況

太鋼袁家村鐵礦（1650平臺）半移動式破碎站于2012年9月投產(chǎn)至今已連續(xù)生產(chǎn)5年之久。經(jīng)過5年多剝離、采礦，現(xiàn)1650破碎站卸礦料斗標(biāo)高已遠遠超過采礦作業(yè)面標(biāo)高，汽車運輸?shù)V石的坡度越來越大，使生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)效率降低，按計劃將進行移設(shè)。本次移設(shè)工作量為設(shè)備拆除2300噸，安裝2200噸（不含1-1皮帶），電纜拆除安裝10km。除新增1-1皮帶工程為新購設(shè)備外，其余設(shè)備全部保護性拆除（利舊）分體運輸至新現(xiàn)場（1515平臺）進行恢復(fù)性安裝、調(diào)試、試車等全部內(nèi)容，絕對工期為28天。施工中主要安全風(fēng)險為大件吊裝和大件運輸。

2 破碎站移設(shè)前期施工準(zhǔn)備及策劃

本次移設(shè)必須做好前期準(zhǔn)備工作，否則無法保證施工安全、工期及質(zhì)量，為此，項目部認真熟悉圖紙，研究安裝手冊，反復(fù)勘察現(xiàn)場，在不影響生產(chǎn)的情況下，提前將能移設(shè)的構(gòu)件拆除。

本次移設(shè)主要大型機械設(shè)備有：400噸履帶吊1臺，300噸汽車吊1臺，100噸履帶吊1臺，70噸汽車吊1臺，50噸汽車吊1臺，液壓組合車1臺，120噸拖車，60噸拖車1臺，320推土機2臺，360挖機1臺。主要機具有：鋼絲繩，卸扣，千斤頂，液壓、力矩、電動、扳手，倒鏈，枕木，滑輪，配電箱，二保焊，碳弧氣爆，普通電焊，氣泵，平板車，安全繩、安全帶，對講機。

本次移設(shè)根據(jù)施工順序及部位劃分為7大模塊（見圖1、圖2），模塊1為卸料斗、側(cè)墻板、11m到26m樓梯。模塊2為破碎機橫梁帽、蓋、橫梁、動錐、破碎機上、中、下架體。模塊3為出料皮帶機、電氣小屋、移動箱變。模塊4為兩側(cè)棧橋、棧橋內(nèi)襯板、棧橋墻面板。模塊5為11m破碎機平臺、4根主立柱及支撐、驅(qū)動平臺及部分設(shè)備（不含電機、液阻柜）。模塊6為4.5m平臺及12根柱及支撐、7m平臺、兩側(cè)液壓站及設(shè)備、料倉上部零件及下部零件，破碎機維修平臺、移動小車、卸料倉大門，本體電纜橋架及電纜。模塊7為兩側(cè)浮箱。

圖1 模塊平面圖

圖2 模塊立面圖

3 以模塊四南側(cè)棧橋吊裝為例進行安全性驗算

3.1 吊點及鋼絲繩的選用

南側(cè)棧橋采用400噸履帶吊作業(yè)，水平距離22米，桿長60米。焊接吊耳進行吊裝。

（1）南棧橋重139t，采用4點吊裝，鋼絲繩相對于水平夾角為60度，則每點承受的重力：139/4=34.75t；

（2）又鋼絲繩相對于水平夾角為60度，并且鋼絲繩對折成雙股使用，按照原承載力的1.5倍折算，則每股鋼絲繩所受到的最大拉力：

T=34.75/（cos30°×1.5）=26.75t，26.75t×9.8N/kg=?262.15kN；

（3）公稱抗拉強度為1570N/mm2的6×37鋼絲繩作捆綁吊索，安全系數(shù)取值為6，求它的允許拉力：

【Fg】=αFg/K?【?Fg】=αFg/K=0.82×Fg/6=262.15kN，F(xiàn)g=1918.17kN

（4）從表6×37鋼絲繩的主要數(shù)據(jù)查得：

直徑Ф64mm，F(xiàn)g=1890kN；直徑Ф66mm，查得Fg=?2010kN

則選用鋼絲繩為6×37系列，鋼絲繩最小直徑為Ф65mm。

3.2 卸扣選擇

根據(jù)構(gòu)件重量，單個卡環(huán)承載力為：

構(gòu)件重量：139噸×安全系數(shù)1.2/4個卡環(huán)=41.7噸；

41.7噸×9.8kN/kg=408.66kN

查表得，使用55T，美標(biāo)弓形卸扣（209型），橫銷直徑為Ф70mm。

選用A型吊耳（圖3），起重量40噸，進行吊耳及焊縫強度驗算。

圖3 吊耳示意圖

（1）考慮到吊耳的受力方向，將吊耳和承受梁成47°布置，焊角高度不小于最小板厚（卡車棧橋板厚為20mm）的0.7倍，不超過最大板厚的1.2倍，吊耳采用40mm厚碳鋼板，焊角高度取20mm。單邊焊縫長度為230mm，且兩端封口圍焊，同時，吊耳焊接部位開雙側(cè)35°坡口，改善角焊縫受力狀態(tài)，可減少角焊縫受剪，減低切應(yīng)力），吊點中心距焊縫高度115mm；吊耳材質(zhì)選Q235。焊接吊耳時取上層鋼板，吊耳焊在鋼結(jié)構(gòu)橫梁上。

增加吊耳開孔處，吊耳本體受力驗算，長度230-70=?160mm，厚度40mm，面積160×40=6400mm2，允許承載?力=6400×235×0.9（折算系數(shù)）=1353600N；1353600/?1000/9.8=138.12噸，安全系數(shù)：138.12/34.75=3.97。

（2）焊縫許用正應(yīng)力：［σh］=0.8（σs/1.5）=120MPa，??焊縫許用切應(yīng)力：［τh］=［σh］/2=85MPa，

（3）據(jù)前面計算，鋼絲繩受力為174000N，則吊耳垂直方向受力約為150000N，吊耳水平方向受力約為87000N，平行吊耳方向受力約為64000N，垂直吊耳方向受力約為60000N。

（4）吊耳焊縫垂直方向受力為：150000N，水平方向受力為87000N，吊耳方向受彎矩為10005000N·mm。

（5）吊耳尺寸滿足要求。

4 以0m～16m設(shè)備為例，使用液壓組合車（圖4）大件運輸穩(wěn)定性驗算

本次移設(shè)標(biāo)高降低135米，運輸?shù)缆啡L3.5km，長距離下坡2km，上坡1km，水平段為0.5km，最大下坡坡度為i=0.095，最大上坡坡度為i=0.088，途中有5處彎道，其中一處有i=0.05的橫向坡，整體道路寬度均在20m～22m，運輸設(shè)備最大高度為16.5m。

圖4 液壓組合車

（1）上坡計算L2/h（上坡縱向穩(wěn)定驗算）=11.7/8.26?=1.42臨界傾覆角（度）55，實際最大上坡坡度為6度，滿足上行要求。

（2）下坡計算L1-hu/h（下坡縱向穩(wěn)定驗算）=（11.7-8.26×0.75）/8.26=0.656臨界傾覆角（度）33，0m到16m設(shè)備運輸時，液壓組合車中間模塊尾部串聯(lián)2臺320推土機，下坡時備用制動，制動力為60t。

（3）汽車轉(zhuǎn)彎時橫向穩(wěn)定驗算（圖5），計算B/2h?（橫向穩(wěn)定驗算）=7.28/8.26/2=0.44臨界傾覆角（度）24，實際橫向坡度為6度，滿足橫向轉(zhuǎn)彎要求。

圖5 汽車轉(zhuǎn)彎時受力分析圖