三聯隧道斜井提升設備的選型設置及管理

彭方勇 弓永召

1 工程概況

貴昆鐵路六沾段 W 4標三聯隧道一號斜井工區位于云南省宣威市樂豐鄉境內，隧道進口里程為 D 1K300+465，出口里程D 1K312+601，全長12 136m，在里程D1K 305+101.8處設斜井施工支洞，斜井傾角 21.2°，斜井中線與線路左線行車中線夾角 42°，井身斜長399.8m。

2 斜井提升設備的選型及驗算

2.1 提升設備選型

1)提升機受力計算:根據施工組織設計該斜井采用 8m3礦車。

其中，S1為提升機強度要求允許的鋼絲繩最大靜張力，N;S2為提升機強度要求允許的鋼絲繩最大靜張力差，N;G1為提升物料荷重，N，采用8m3礦車，每次裝載7m3物料，換算成重量系數取1.5;G2為提升容器荷重，N，取50 000;P為每米鋼絲繩標準重量，N/m，該斜井鋼絲繩采用φ31mm，鋼絲繩標準重量37.7 N/m; L為鋼絲繩最大斜長，m，井身斜長399.8m，斜井外斜長25m，總長424.8m;β為斜井傾斜角，取 21.2°;f1為礦車運行阻力系數，取0.015;f2為鋼絲繩移動阻力系數，取0.2。

2)電動機功率估算:

其中，P為電機功率，kW;S2為鋼絲繩最大靜張力差，kg;K為礦井阻力系數，取1.2;V為鋼絲繩運行速度，取3.9m/s;η為傳動效率，取0.92;ρ為動力系數，取1.2。

3)經計算該斜井選用的提升機鋼絲繩最大靜張力必須大于66 997 N，鋼絲繩最大靜張力差大于 49 615 N，結合該項目實際情況確定提升機容繩量不小于570m。根據提升機各種型號選定提升機型號為2JK 2.5×1.5-20，該型號提升機卷筒直徑2.5m，容繩量1 013m;卷筒寬度1.5m，鋼絲繩最大直徑31mm，鋼絲繩最大靜張力為83 kN，最大靜張力差為65 kN，電機功率310 kW，可滿足要求。

2.2 提升機天輪至卷筒最大偏角驗算

提升機鋼絲繩經天輪至卷筒偏角由下式計算:

其中，α為天輪至卷筒最大偏角;L為卷筒寬度;S為天輪至卷筒距離。

提升機天輪至卷筒距離為 76m，卷筒寬度為1.5m，代入上式:

按煤礦安全規程標準，提升機天輪至卷筒最大偏角不大于1.5°，0.57°＜1.5°，故提升機天輪至卷筒最大偏角符合要求。

2.3 鋼絲繩抗拉強度驗算

該斜井選用的鋼絲繩直徑為31mm，公稱抗拉強度為1 670MPa，鋼絲繩最小破斷拉力為506 000 N，而前面計算提升機受力載荷為66 997 N，506 000/66 997=7.6，即鋼絲繩安全系數為7.6，而煤礦安全規程中規定專為升降物料的鋼絲繩安全系數最低值為 6.5，7.6＞6.5，故所選鋼絲繩能滿足要求。

3 斜井提升設備布置

3.1 斜井軌道布置

1)斜井運碴軌道采用 43 kg鋼軌，18號槽鋼作為軌枕，軌距按礦車標準設為 900mm。軌道鋪設完成后，斜井底板澆筑混凝土硬化，將軌枕埋入混凝土內，保證軌道不會因為礦車運行產生變形移位，減少維護軌道的工作量。

2)為提高提升系統運碴效率，斜井鋪設兩條運碴軌道，采用雙卷筒提升機，在一個卷筒提升礦車時，另一個卷筒同時下放礦車。采用8m3礦車，礦車寬 1.5 m，兩礦車交會時安全距離取0.5m，兩礦車距斜井邊墻及人行步梯安全欄桿安全距離分別取0.5m，人行步梯寬度取1m，1.5×2+0.5×3+1=5.5m，而斜井斷面寬度為5.65m，故鋪設兩條運碴軌道滿足斜井斷面寬度要求。

3.2 井底軌道及接碴坑布置

井底軌道及接碴坑平面布置見圖 1。

1)斜井既是出碴通道也是部分材料和設備的下放通道，因此在靠近井底附近的副車軌道設置一副道岔，當需要下放材料或設備時，將道岔扳至與正洞運料軌道相連;當需要出碴時，將道岔扳至與主車軌道相連。

2)洞碴由電瓶車牽引梭式礦車到達接碴坑，當提升礦車在接碴坑下就位后，將梭式礦車內的洞碴輸送至提升礦車內，裝滿后由提升機提升至洞外棧橋卸碴。在出碴過程中，提升礦車不需要摘鉤，降低了溜車的幾率。

3)副車軌道與主車軌道從道岔至接碴坑段合成相距很近的兩股道，井底只需要設置一個接碴坑，主礦車與副礦車可以分別進入接碴坑接洞碴，節約了布置軌道需要的空間。

4 提升系統日常管理

1)提升司機必須嚴格執行交接班制度和機房進出人員登記制度。

2)必須每天對鋼絲繩進行是否變形及斷絲數檢查，對鋼絲繩進行直徑測量，并將檢查結果作好記錄。

3)必須每天檢查礦車行走裝置及軌道的情況，防止礦車在運行過程中脫離軌道造成事故。

4)必須每天檢查天輪、地輪的情況，防止因天輪、地輪不轉動或鋼絲繩拖在地上造成鋼絲繩異常磨損。

5 提升系統存在的問題及改進措施

三聯隧道提升系統運行兩年來，總體運行情況良好，但由于初裝時經驗不足，在使用教程中發現了一些問題，并作出了改進的措施，收到了良好的效果。

1)該斜井提升機原先采用的是電阻調速，提升機加速、減速依靠切、投電阻與制動系統配合實現，在啟動和減速階段剎車片磨損比較嚴重。隨著變頻技術在提升機電控系統得到廣泛應用，如今采用變頻調速可以實現電機無級變速，大大減少剎車片的工作時間，節約電能，并使提升機的操作變得更輕松、安全。

2)由于提升機設備在山區使用，遭受雷擊的幾率比較大，特別是電控系統中的PLC控制器及某些精密電氣元件，容易受到雷電干擾而損壞，故考慮在提升機供電線路增設了避雷裝置，防止電控元件受到雷擊損壞。

3)由于大型設備進出斜井要受軌道及地輪、礦車等的制約，每次進出都很困難、危險，并且要動用大量的人力物力耗用大量的時間，斜井施工時也綜合考慮設置了大型設備進出通道。

[1] 李天長.新版煤礦安全規程實施手冊[M].北京:北京礦業出版社，2001:83-89.

[2] 巨景才.烏鞘嶺隧道九號斜井機械管理統計分析[J].山西建筑，2009，35(4):350-351.