大型上開式箕斗在超深井中的設計與應用

李崢嶸

徐州煤礦安全設備制造有限公司 江蘇徐州 221011

隨著礦山開采向深部化發(fā)展[1]，深部提升設備應運而生。開采深度超過 800 m 為深井開采[2-4]。山東萊州匯金礦業(yè)紗嶺金礦是國家“十三五”重點項目，為國內(nèi)少有的特大型金礦，主井井深 1 600.2 m，最大提升高度 1 547.5 m，為目前國內(nèi)最深的超深立井提升。

1 提升容器及相關參數(shù)

紗嶺金礦的主井井筒直徑為 6.8 m，井筒為雙箕斗提升。箕斗本體斷面為 2 650 mm×1 900 mm，高為14 650 mm，井筒布置如圖 1 所示，箕斗有效容積為33 m3，最大載質(zhì)量為 53 t，自身質(zhì)量為 50 t，5 根尾繩總載荷為 1 372 kN，箕斗終端載荷為 2 381.4 kN。

圖1 主井井筒布置

2 箕斗結構分析及構配件選型

2.1 主繩懸掛裝置的選型

箕斗采用 8 根首繩提升 (國內(nèi)首個 8 繩提升礦井)。由于箕斗終端載荷較大，自身質(zhì)量較小，因此首繩懸掛裝置采用高強度材料 HG70。XSZ350G 型懸掛裝置是在 XSZ350 型懸掛裝置的基礎上進行設計的，根據(jù)超深深礦井提升系統(tǒng)的特點，8 根提升鋼絲繩的伸長量不一致，需要較大的調(diào)節(jié)高度，XSZ350 型懸掛裝置調(diào)節(jié)高度為 933 mm，專門加長設計的懸掛裝置調(diào)節(jié)高度為 1 600 mm。XSZ350 型懸掛裝置是成熟產(chǎn)品，單架設計破壞載荷為 3 500 kN，8 架的破壞載荷為 28 000 kN，大于箕斗終端總載荷 (2 381.4 kN)，滿足《煤礦安全規(guī)程》(2016 版) 規(guī)定的 10 倍安全系數(shù)要求。

2.2 尾繩懸掛裝置的選型

箕斗尾繩懸掛裝置使用 WY300 型，單套破壞載荷為 3 000 kN，5 套的破壞載荷為 15 000 kN，大于箕斗尾繩總載荷 (1 372 kN)，滿足《煤礦安全規(guī)程》(2016 版) 規(guī)定的 10 倍安全系數(shù)要求。

2.3 箕斗本體結構及卸載機構

箕斗本體采用框架式結構，固定斗箱配合上開式側扇形閘門卸礦。箕斗主要受力部件為上盤體、立柱、下盤體，上盤體承受箕斗 (自身質(zhì)量+載質(zhì)量) 全部荷重和尾繩質(zhì)量，下盤體主要承受尾繩載荷和礦石壓力，立柱用于連接上盤體、斗箱、下盤體。箕斗主要受力部件的材料選用 HG70，上盤體與下盤體采用由 HG70 彎成的槽形梁結構，立柱采用 HG70 加工，可有效減輕箕斗本體質(zhì)量。由于箕斗終端載荷較大，箕斗框架與主吊板采用 68 件 M30 的 10.9 級鉸制孔螺栓連接，尾繩懸掛吊板用 52 件 M30 的 10.9 級鉸制孔螺栓與框架連接。卸載過程如圖 2 所示，當箕斗提升至卸載位置時，卸載輪 3 進入開閉直軌 4，液壓缸 5伸出，通過開閉直軌 4 推動卸載輪 3 向右移動，閘門2 打開卸出物料。卸載完畢后，液動直軌工作、閘門2 關閉，箕斗下行，進入下一個提升循環(huán)。

圖2 箕斗卸載過程

3 技術創(chuàng)新與特點

傳統(tǒng)大型活動斗箱底卸式冶金箕斗的卸載方式以液動直軌卸載為主，當箕斗提升至卸載位置時，安全鎖鉤打開，液動直軌工作，活動斗箱拉移出箕斗框架，底門打開卸出物料。卸載完畢后，液動直軌工作，活動斗箱復位，箕斗下行、安全鎖鉤閉鎖，箕斗進入下一個提升循環(huán)。

活動斗箱底卸式箕斗閉鎖機構結構簡單[5]，該裝置平時的點檢、保養(yǎng)和維護要求高，如維護不到位會致使閉鎖機構動作不可靠或失效，影響井筒的安全運行，閉鎖失效工況時有發(fā)生，嚴重影響了礦山安全生產(chǎn)。新研發(fā)的固定斗箱上開式側扇形門底卸式箕斗，改變了開門方式，消除了隱患，滿足了礦山安全生產(chǎn)要求。

(1) 把活動斗箱改為固定斗箱，把原冶金箕斗閘門機構改為上開式側扇形門結構，解決了原冶金箕斗斗箱偏斜和閘門閉鎖機構易失效而引起事故的隱患，提高了安全可靠性，簡化了閘門開閉機構，減少了事故點，便于檢查和維護。閘門開閉運行軌跡是自下而上或自上而下，無論打開還是關閉閘門，均不超出箕斗外廓，消除了閘門意外打開而損壞井筒事故的發(fā)生。

(2) 閘門閉鎖簡單，動作準確，安全可靠。這種結構只有卸載輪進入開閉直軌，開閉液壓缸伸出時才能將箕斗閘門打開，而且閘門開啟是由小而大，箕斗運行過程中無開閘門沖擊力，不會產(chǎn)生箕斗斗箱偏斜的情況。

(3) 箕斗主吊板由“三角板”改成“直連式四角板”結構，增加了強度和箕斗的過卷高度，首繩懸掛采用 XSZ350G 型張力自動平衡首繩懸掛裝置，能實現(xiàn)鋼絲繩張力差在動、靜狀態(tài)下的自動調(diào)整，配套液壓缸最大行程 1 600 mm，可滿足超深立井提升工況要求。

(4) 箕斗的自身質(zhì)量與載質(zhì)量比小于 1。傳統(tǒng)箕斗的容積比為 1.2 左右，技術和結構優(yōu)化在保證安全性和經(jīng)濟性的前提下使用 HG70、BTW 等新材料，33 m3大型冶金箕斗的質(zhì)量由原來的 60 t 降到 50 t 以內(nèi)，實現(xiàn)了容積比小于 1 的跨越。

4 結語

大型固定斗箱上開式側扇形門冶金箕斗的研發(fā)解決了傳統(tǒng)活動斗箱底卸式冶金箕斗閘門機構經(jīng)常閉鎖失效的隱患，采用高強度材料減輕容器的自身質(zhì)量，使超深井中容器的自身質(zhì)量與載質(zhì)量比小于 1，對超深立井提升系統(tǒng)及大型冶金箕斗設計與應用具有借鑒與指導意義。