多繩單層鋁合金罐籠在和成礦業措施井應用探討

趙斌

摘要：本文對和成礦業措施井現狀進行了簡單介紹，對目前存在的問題及解決方案及可行性進行了分析計算并對改造時的注意事項進行了說明。

關鍵詞：措施井；鋁合金罐籠；應用

一、和成礦業及其措施井情況簡述

和成礦業發展有限公司位于安徽省蕪湖市和縣，設計采選生產規模為130萬t/a，目前正處于前期建設階段。措施井提升設施在正式投產前擔負提前出礦任務，要達到 30萬t/a礦石提升量。正式投產后，根據需要，亦可繼續提礦石，亦可承擔全礦設備、材料及零星人員等的提升或下放任務。

措施井在初設中采用多繩單層單罐配平衡錘提升，提升機型號為JKMD1.85×4（I）E型落地式多繩摩擦提升機，配用交流變頻電動機，功率355kW；首繩四根、尾繩兩根；平衡錘重量8.92噸；礦石松散體重：2.3t/m3；井口標高+7.8m；井下提升最低水平為320m；罐籠最低階段尾繩環底端為334.5m；井架高度23.11米；提升容器為 3600×1450鋼制罐籠，自重6.512t，內裝2輛0.7m3翻轉式式礦車，額定裝載人數為30人；首繩為6V×30+FC三角股鋼絲繩，直徑φ20mm。措施井提升系統簡圖見圖1。

二、存在的問題

根據金屬非金屬礦山安全規程（GB164232006）（以下簡稱安全規程）6.3.5.1條規定落地安裝的摩擦輪式提升裝置的主導輪和天輪與鋼絲繩直徑之比不小于100。因此初設中直徑φ20mm鋼絲繩能不滿足安全規程要求。

三、提出改造方案及對可行性進行分析計算

（1）因硬鋁合金材料的密度為278 gcm3、抗拉強度為412MPa、屈服強度為255MPa、延伸率為12%、彈性模量為71GPa，而普碳鋼材料的密度為785 gcm3、抗拉強度為373MPa、屈服強度為226MPa、延伸率為26%、彈性模量為210GPa，由此可見鋁合金的機械性能要優于普通碳鋼，所以鋁合金罐籠較普通鋼罐籠具有以下優點：

①質量輕，強度高：鋁合金的密度僅為鋼的1/3，這樣可以大大減輕罐籠的質量。而鋁合金的抗拉強度與普通鋼相當，故其比強度可為鋼的3倍。

②耐腐蝕性能好：鋁合金表面有鈍化作用，抗氧化和耐酸堿性好。使用壽命較鋼罐籠長一倍以上。

③降本節能，延長設備壽命：由于鋁合金重量輕，降低了鋼絲繩終端載荷，在同等提升能力的情況下，大大減輕了提升機負載，延長了提升機和襯墊等附件的使用壽命并且還能降低電力消耗。

在此考慮將現用鋼罐籠替換為鋁合金罐籠，減輕鋼絲繩終端的懸掛重量，從而使鋼絲繩直徑得已減少的方案。

（2）下面將該方案的可行性進行計算。

①采用標準提升鋼絲繩的實際安全系數公式：

m=nQp/[（Qd+npH0）g]

其中：n為鋼絲繩數，Qp為一根標準鋼絲繩所有鋼絲破斷力總和，N；Qd為提升鋼絲繩終端負荷的質量，kg；p為一根標準鋼絲繩每米質量，kg/m；H0為鋼絲繩懸垂長度，m；g為9.80665m/s2。

②由前述措施井參數可知：鋼絲繩懸垂長度H0=H+Hj+Hw；

其中：H提升高度為320+7.8=327.8m；Hj井架高度為2311m；Hw最低階段到尾繩環底端的高度為334.5320=14.5m。

由此H0=327.8+23.11+14.5=365.41（米）

③參考生產廠家提供鋁合金罐籠及鋼絲繩懸掛裝置等附件總重量約為4.2噸。

④參照寧夏鋼絲繩樣本，初步選取6V×21+7FC三角股鋼絲繩，公稱抗拉強度1870MPa，鋼絲繩最小破斷拉力為201kN，直徑φ18mm，合成纖維芯理論重量1.18kg/m。

提升鋼絲繩終端負荷的質量Qd=Q+Qr，其中Q為有效裝載量，kg；Qr為提升容器質量，kg。

（3）由上述參數及公式得出：

①升礦石時：礦石松散體重2.3t/m3，礦車容積0.7m3，礦車自重720 kg ；一輛礦車載重為2.3×0.7=1.61（噸）。

Qd=4.2+（1.61+0.72）×2=8.86噸=8860kg

m=4×201000/[（8860+4×1.18×365.41）×9.80665]=7.74

②提升人員時：罐籠設計乘30人，人均重量按75kg計算，載重量為30×0.075=2.25（噸）。

Qd=4.2+2.25=6.45（噸）=6450kg

m=4×201000/[（6450+4×1.18×365.41）×9.80665]=10.03

（4）根據安全規程6.3.4.3條多繩摩擦提升鋼絲繩安全系數：升降人員用的，不小于8；升降人員和物料用的，升降人員時不小于8，升降物料時不小于7.5；升降物料用的不小于7。可得出改用鋁合金罐籠后，將首繩替換為6V×21+7FC三角股，直徑φ18mm鋼絲繩可以滿足安全規程要求。因此該改造方案可行。

四、改造時需注意的問題

（1）因罐籠重量減輕，為保證摩擦系數及靜張力差，需對平衡錘重量進行計算調整。同時應對提升系統的靜防滑、安全制動防滑等不同工況的防滑系數進行驗算，以保證系統運行的安全。

（2）在更換罐籠及鋼絲繩時還應對天輪及滾筒的繩槽進行調整，以保證天輪及滾筒的繩槽直徑最少比鋼絲繩的公稱直徑大5%，并控制在5%～10%范圍內，使鋼絲繩與繩槽的接觸面積盡可能增大。因繩槽過大會導致鋼絲繩在繩槽中滑動，加劇鋼絲繩的疲勞斷絲；繩槽過小，鋼絲繩會卡在繩槽中受到嚴重擠壓磨損。

參考文獻：

[1]煤炭工業出版社，礦山固定設備選型使用手冊，200710，第1版. 主編：于勵民， 仵自連.

[2]李宏.單層鋁合金罐籠在金礦豎井提升系統中的應用.礦山機械， 2011，39（6）.