某地下鐵礦副井平衡錘重量的確定

王鳳民

(保定平安安全評(píng)價(jià)有限公司, 河北保定市 71000)

某地下鐵礦副井平衡錘重量的確定

王鳳民

(保定平安安全評(píng)價(jià)有限公司, 河北保定市 71000)

以某地下鐵礦副井罐籠提升為例,以傳統(tǒng)方案計(jì)算平衡錘重量,并核算提升大件、提升礦石、提升人員、空運(yùn)行時(shí)最大張力差。同時(shí),考慮提升重載的張力差等于空運(yùn)行的張力差以滿足防滑要求構(gòu)建平衡錘計(jì)算模型,同理計(jì)算不同條件下的最大張力差。對(duì)比兩次計(jì)算的最大張力差,從而確定平衡錘重量。該計(jì)算方法對(duì)于其他礦山確定平衡錘重量具有一定的借鑒意義。

副井提升;平衡錘;重量計(jì)算

0 引 言

在地下礦山生產(chǎn)實(shí)踐中,提升單箕斗和單罐籠,都必須有平衡裝置,即平衡錘,以確保配重平衡。本文只針對(duì)豎井罐籠,平衡錘單繩提升。

在地下礦山,罐籠普遍用于副井人員及貨物提升,平衡錘重量的確定對(duì)于提升安全可靠十分重要。傳統(tǒng)確定平衡錘重量的方法,簡(jiǎn)單考慮了提升礦石時(shí)罐籠質(zhì)量、礦車質(zhì)量、礦車有效裝載量等因素,并未考慮空罐、提升人員或貨物時(shí)張力差對(duì)平衡錘重量的影響,往往導(dǎo)致不能滿足防滑要求,故常發(fā)生鋼絲繩滑動(dòng)事故。本文針對(duì)安徽省南部某地下鐵礦副井單容器平衡錘提升的實(shí)例,對(duì)合理平衡錘重量進(jìn)行探討。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

某地下鐵礦礦區(qū)位于安徽省南部,礦區(qū)分布的含水巖組較單一,礦體產(chǎn)于富水性弱斷裂構(gòu)造帶中,礦體圍巖為弱含水巖組,礦山開采＋240m以上礦體時(shí),均位于侵蝕基準(zhǔn)面以上,礦區(qū)東部水塘對(duì)礦床開采影響不大,為水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床。

塊狀崗閃長(zhǎng)巖工程地質(zhì)巖組分布在礦體的頂?shù)装寮巴鈬?巖石中裂隙發(fā)育中等,巖石堅(jiān)硬且完整,抗風(fēng)化能力強(qiáng),巖體質(zhì)量等級(jí)與巖石質(zhì)量中等,部分呈碎裂結(jié)構(gòu),地下水活動(dòng)微弱,該巖組穩(wěn)定性較好。礦體賦存在構(gòu)造破碎帶中,其頂?shù)装鍨檩^軟弱巖組,巖體的穩(wěn)定性較差,當(dāng)坑道低于標(biāo)準(zhǔn)侵蝕面以下,冒落帶和裂隙帶可能誘發(fā)地表塌陷,工程地質(zhì)條件中等。

區(qū)內(nèi)歷史上無(wú)大的地震活動(dòng)。礦業(yè)活動(dòng)中所開采的坑道僅為侵蝕基準(zhǔn)面以上,地下水提供了排泄通道,對(duì)礦區(qū)水資源環(huán)境影響輕微。礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件中等。

礦山副井?dāng)M設(shè)計(jì)采用單罐帶平衡錘提升,選擇罐籠自重3200kg,每次提一個(gè)礦車,礦車自重620 kg,載重2800kg,每次提人36人,最大件重2000kg。

2 傳統(tǒng)方法計(jì)算

根據(jù)傳統(tǒng)的方案確定平衡錘重量,計(jì)算公式為:

式中:Qc——平衡錘質(zhì)量,kg;

Qr——提升罐籠質(zhì)量,kg;

Qz——礦車載重量,kg

Qk——礦車自重,kg;

Nk——礦車數(shù)量,個(gè)。

平衡錘重量按提升礦石計(jì)算,得出Qc＝5220kg。

分別計(jì)算提升大件、提升礦石、提升人員、空運(yùn)行時(shí),天輪兩側(cè)鋼絲繩提升張力差(見(jiàn)表1)。由表1可知,最大張力差為20200N(空運(yùn)行時(shí))。

表1 傳統(tǒng)方案張力差計(jì)算結(jié)果

3 改進(jìn)方法計(jì)算

對(duì)于單容器平衡錘提升而言,合理的平衡錘重量不僅能降低能耗而且能保證人員和設(shè)施的安全,防止出現(xiàn)狀況,甚至事故。天輪兩邊提升鋼絲繩的張力差是確定平衡錘重量是否合理的最重要的依據(jù)。確保鋼絲繩兩邊的最大張力差不超過(guò)罐籠提升機(jī)工作范圍是提升機(jī)正常工作的主要前提。而張力差是動(dòng)態(tài)變化的,滿足防滑要求的安全計(jì)算必須考慮各種情況,單容器平衡錘提升機(jī)的防滑安全計(jì)算涉及到平衡錘重量的合理計(jì)算,特別是在提升重載(礦石)和空運(yùn)行(空罐內(nèi)無(wú)礦車或任何物件)時(shí),一般要根據(jù)礦石載重合理增加平衡錘的重量,保證提升安全;當(dāng)空罐時(shí)又需要減少平衡錘的重量,由于增加(減少)平衡錘重量在實(shí)際操作中非常麻煩,也不切實(shí)際。在實(shí)際罐籠運(yùn)行過(guò)程中,無(wú)論罐籠在何種運(yùn)輸過(guò)程都只是采用固定的平衡錘重量。下面將重點(diǎn)考慮提升重載(礦石)的張力差等于空運(yùn)行(空罐內(nèi)無(wú)礦車或任何物件)的張力差以滿足等拖動(dòng)力防滑條件,以確定合理的平衡錘重量。

構(gòu)建重載時(shí),天輪兩側(cè)鋼絲繩提升張力差計(jì)算模型為:

同時(shí),構(gòu)建空載時(shí),天輪兩側(cè)鋼絲繩張力差計(jì)算模型為:

在第一步的基礎(chǔ)上,令Fj1＝Fj2,可得出:

在確定載重和空載張力差的基礎(chǔ)上,使提升重載的張力差等于空運(yùn)行時(shí)的張力差。保證重載及空載時(shí),鋼絲繩防滑滿足要求。

根據(jù)式(4),得出Qc＝(Qk×Nk＋Qz)/2＋Qr＝4910kg

分別計(jì)算提升大件、提升礦石、提升人員、空運(yùn)行時(shí),天輪兩側(cè)鋼絲繩提升張力差,見(jiàn)表2。

按式(4),確定提升過(guò)程中最大張力差為17100 N(空運(yùn)行和提升礦石時(shí));按式(1),確定提升過(guò)程中最大張力差為20200N(空運(yùn)行時(shí))。最大張力差可能產(chǎn)生于提升大件、提升礦石、提升人員、空運(yùn)行各過(guò)程,須經(jīng)過(guò)計(jì)算才能確定。式(4)計(jì)算的張力差比式(1)小3100N。綜合兩次計(jì)算結(jié)果,以最大張力差作為主要判據(jù),以最大張力差較小者,作為最終的平衡錘重量,以保證副井罐籠的平穩(wěn)安全運(yùn)行。由此,確定本地下鐵礦副井平衡錘為4910kg。平衡錘罐道分為木罐道、鋼絲繩罐道,罐道間距可根據(jù)礦井實(shí)際情況選擇,平衡錘懸掛裝置有楔形懸掛和桃形環(huán)懸掛兩種形式。平衡錘的配重塊分為一組多個(gè)。根據(jù)確定的罐道類型、罐道間距等可最終確定配重平衡錘。

表2 改進(jìn)方案張力差計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 論

依據(jù)式(1)和式(4)的計(jì)算結(jié)果,通過(guò)核算最大張力差,從而確定了合理的平衡錘重量可避免由于設(shè)計(jì)不當(dāng)而產(chǎn)生鋼絲繩打滑及電動(dòng)機(jī)過(guò)載等事故,本文的計(jì)算方法對(duì)于其他礦山平衡錘重量的確定具有一定的參考借鑒意義。

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2017-04-07)

王鳳民(1974－),男,河北保定人,工程師,從事礦山地質(zhì)及礦山安全評(píng)價(jià)工作,Email:13673129766＠163.com。