超大井徑豎井臨時改絞天輪平臺布置及鋼梁選擇計算

許輝

摘要：豎井井筒形成貫通后，鑿井期間的鑿井設備及設施，已不能滿足井巷工程轉入井底車場及大巷掘砌的需要，必須對回風豎井進行臨時改絞，以便施工后期平巷工程。

Abstract： After the vertical shaft is formed， the sinking equipment and facilities during the drilling process can not meet the needs of the tunnel engineering and the underground roadway and the main roadway. The return shaft must be temporarily modified to facilitate the construction of the later roadway.

關鍵詞：超大井徑豎井；臨時改絞；受力計算

Key words： super large diameter shaft；temporary modification；force calculation

中圖分類號：TD538 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0242-02

0 引言

回風豎井井筒凈直徑10.0m，井筒深度659.7m，井筒已掘砌完成并貫通，現對井筒進行臨時改絞。

1 改絞的內容

臨時改絞利用原有Ⅶ型鑿井井架，配置2JKZ-3.6×1.7/15.6型礦井提升機，雙鉤提升兩個1.5T單層雙車臨時鋁合金罐籠，考慮到下放5t無軌膠輪車的需要，將其中一個罐籠加寬為2.2m。每部罐籠設1套防墜器，1根提升鋼絲繩，2根防墜制動鋼絲繩，4根罐道鋼絲繩。防墜制動繩的緩沖裝置上端安裝在天輪平臺上，下部固定裝置安裝在井底防墜制動繩鎖繩梁上；罐道繩上端固定在天輪平臺上，下端固定在井底罐道繩鎖繩梁上，鎖繩梁均采用梁窩固定，每根罐道繩采用1套SLT-20型繩罐道拉緊裝置來張緊。

2 天輪平臺設計

2.1 天輪平臺布置 由于回風豎井采用的是Ⅶ型鑿井井架，考慮到天輪平臺梁的跨距大以及天輪的載荷大等情況，我們對天輪平臺做了如下布置：2個Φ3m天輪、8套鋼絲繩罐道液壓拉緊裝置、2套防墜繩液壓拉緊裝置；提升天輪梁試采用HN700×300型鋼、鋼絲繩罐道張緊梁試采用[40b槽鋼。

2.2 天輪平臺各梁驗算

2.2.1 天輪平臺主梁的選型

2.2.1.1 提升天輪梁的選擇驗算 提升天輪梁試選擇HN700×300H型鋼，天輪梁的載荷按鋼絲繩的斷繩荷載進行計算：S=KSg=867kN

式中：K-鋼絲繩的破斷拉力換算系數取0.85；Sg-鋼絲繩的破斷拉力，1020kN。

①天輪荷載的豎向分力和水平分力：

Vs=[S（1+Sinα）]=1310kN；Ts=Scosα=745kN

式中：Vs-工作天輪的豎向載荷；Ts-工作天輪的水平載荷；α-提升鋼絲繩的平均仰角，30.75°。

②作用在一根天輪梁上的豎向荷載V和水平荷載T：

V=（Vs+QL）/2=671.5kN；T=Ts /2=372.5kN

式中：QL-工作天輪及軸承全部重量，32.9kN。

2.2.1.2 天輪梁的內力計算 支座反力計算（如圖1所示）

由∑MB=0 4.5RA-3.5V+1.02T=0，得：RA=437.8kN

由∑MA=0 1.0V+1.02T-4.5RB=0，得：RB=233.7kN

由∑x=0 H-T=0，得：H=372.5kN

作圖得：最大剪力Qmax=437.8kN

最大彎矩Mmax=817.8kN·m

2.2.1.3 天輪梁的截面計算

①按照彎曲強度條件試選截面。

Wx= =5192cm3

式中：Wx-毛截面抵抗矩，cm3；C-鋼梁的截面削弱系數0.9；[σ]-鋼材的抗彎容許應力，按斷繩荷載計算時取210N/mm2。

②按照壓彎構件驗算。

1）強度驗算：σmax= =183N/mm2<210N/mm2

式中：σ-鋼材的允許應力210N/mm2；C-鋼梁的截面削弱系數0.9；Wx-梁的截面抵抗矩231.54cm2；A-梁的毛截面面積5532cm3。

τmax= =64.5N/mm2≤125N/mm2

式中：Sx-受剪截面在中性軸一側的毛截面對中性軸面積矩，3709cm8；Ix-梁的毛截面慣性矩，193622cm4；d-梁的腹板厚度，13mm；τ-鋼材抗剪切容許應力125N/mm2。

2）剛度驗算：

式中：l—梁的跨度，4.5m；E-鋼材彈性模量，取2.1×105N/mm2； —容許相對饒度，取 。

3）整體穩定性驗算：

彎距作用平面內：

偏心率

查表得 ，則 =149N/mm2<210N/mm2

彎距作用平面外：

查表得 ，則 =157N/mm2<210N/mm2

式中：M-彎矩，最大彎矩的一半，取408.9kN·m；N-軸向力，372.5kN；lx-鋼梁的長度，4.5m；ix-慣性半徑，28.92cm；iy-慣性半徑，6.83cm。

通過計算，所選HN700×300型鋼截面強度、剛度和整體穩定性都滿足要求。

2.2.2 罐道梁的選擇驗算

2.2.2.1 罐道梁的內力計算

支座反力計算（如圖2所示），應用三彎矩方程計算支點彎矩：

MB=- × [1.7G1×2.8（4.5+1.7）+4.05G2×0.45（4.5+4.05）+1.8G3×2.7（4.5+1.8）]=-70.2kN·m

計算支座反力：

左跨：

由∑MA=0 1.7G1+4.05G2-4.5RB′-MB=0，得：RB′=145.6kN

由∑MB=0 2.8G1+0.45G2-4.5RA+MB=0，得：RA=36.1kN

右跨：

由∑MA′=0 2.7G3-4.5RB″-MB=0，得：RB″=54.1kN

則RB=RB′+RB″=199.7kN

由∑MB=0 1.8G3-4.5RA′+MB=0 得：RA′=10.1kN

作Q圖和M圖得：最大剪切力Qmax=145.6kN

最大彎矩Mmax=70kN·m

式中：G1、G3-取64.1kN；G2-取117.5kN。

2.2.2.2 罐道梁的截面驗算

①按照彎曲強度條件試選截面。

Wx= =549cm3

式中：Wx—毛截面抵抗矩，cm3；C-鋼梁的截面削弱系數0.9；[σ]—鋼材的抗彎容許應力，按工作載荷計算時取170N/mm2。

②按照壓彎構件驗算。

1）強度驗算：

σmax= =84N/mm2<170N/mm2，符合要求

τmax= =40.7N/mm2≤125N/mm2，符合要求

式中：Wx-梁的截面抵抗矩，932cm3；Sx-受剪截面在中性軸一側的毛截面對中性軸面積矩，649cm8；Ix-梁的毛截面慣性矩，18600cm4；d-梁的腹板厚度，12.5mm；τ-鋼材抗剪切容許應力125N/mm2。

2）剛度驗算：

式中：l-梁的跨度，4.5m；E-鋼材彈性模量，取2.1×105 N/mm2； -容許相對饒度 ，取

3）整體穩定性驗算：

查表得 =0.95>0.8，改查 =0.85

=89N/mm2<[σ]=170N/mm2

式中：b-梁的翼緣寬度，102mm。

通過計算，所選[40b槽鋼的截面滿足強度、剛度和整體穩定性都滿足要求。

2.3 天輪平臺穩定性保障措施 將天輪平臺各梁用U型螺栓與井架天輪平臺主梁連接好以后，將提升天輪梁和罐道繩張緊梁用角鋼連接起來，使天輪平臺組成一個整體，增加了天輪平臺的整體穩定性，也大大增加了天輪平臺的整體受力性能。

3 結語

天輪平臺承載力的可行性，使回風豎井成功改絞！在臨時改絞后，多臺5t無軌膠輪車順利下放，大大提高了井下運輸系統工作效率。人員乘坐罐籠上下井；設備及支護材料在地面裝入礦車，通過罐籠下放至井底，由膠輪車運至各工作面，矸石在井底裝入礦車，通過罐籠提升至地面。整套提升系統滿足礦井人員、材料、設備、矸石等上下井的提升需要，極大的縮短了建井周期，帶來可觀的經濟效益。

參考文獻：

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[3]劉耀明，秦江艷，張智山.蒙西超大直徑立井臨時改絞混合提升新技術[J].價值工程，2013（11）.