孙鹏飞

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）

随着隧洞开挖运输等设备的不断改进和施工技术的不断提高，选择大坡度斜井施工方法也日益增多。而且随着生产机械化的发展，加之斜井提升能力大，可实现斜井运输机械化，还便于新水平的延伸，大坡度斜井快速施工工艺引起国内外工程界广泛关注和重视，同时斜井提升设备及配套附属设备设计及应用也在被重点研究。

大伙房水库输水工程4号斜井，投影长度1 160.89 m，坡度为25.56%，受其坡度限制，主洞开挖石渣运输必须采用有轨方式，通过对斜井坡度、长度及工期计划分析决定采用矿井提升机进行运输。

1 提升设备选型及复核

首先根据主洞开挖任务量分解，确定分月及每天出渣工作量，拟决定采用2台JK2.5×2.2型号的单滚筒矿井提升机，矿车采用8 m3矿车。

1.1 矿井提升机主要性能参数

1）卷筒直径：φ 2.5 m；卷筒宽度：2.2 m，2.5 m；钢丝绳直径：31 mm；最大静张力：90 kN；减速器名义速比：i=30；容绳量：现场已安装一层454 m，二层933 m，三层1 454 m；新上场：一层521 m，二层1 088 m，三层1 690 m；速度：3.2 m/s；高压电机功率：315 kW/10 kV 8极，转速740 r/min。

2）提升机主要配置。主轴装置：塑衬（带绳槽）；主轴，材质：45号；卷筒，材质：16 Mn；基础螺栓及配件：行星齿轮减速器；齿轮联轴器：CL15；弹性联轴器：B10；液压站：B105；润滑站：T801；牌坊式深度指示器：天轮装置（2 m游动天轮，游距900 mm）。

1.2 设备参数复核

1.2.1 容绳率复核

根据厂家提供的技术参数，该型矿井提升机的容绳率计算如下：

平均缠绕直径：

式中：D为滚筒直径，为2.5 m；nz为缠绕层数，取值为3；d为钢丝绳直径，为31 mm；ε为绳圈之间的间隙，取值为3。

将上述数值代入公式中，Dp=2.552 m。

三层缠绕绳长：

式中：B为滚筒宽度，取值为2.2 m；b为穿绳孔直径，为d+5；d为钢丝绳直径，为31 mm；ε为绳圈之间的间隙，取值为3；nm为摩擦圈，取值为3；ng为多层缠绕时供移动用的绳圈，取值为4；Ls为试验绳长度，取值为30 m。

将上述参数代入公式中，H3=1 443 m（与厂家提供的参数略有出入，应是参数取值有一定差异所致）。

根据招标文件，工程10号支洞施工长度与探度长度一致，为1 161.53 m，洞外长度按100 m计，根据《规范》要求，卷扬机上要留不少于3圈的钢丝绳，同时应有提升钢丝绳试验长度，规定每半年剁绳头一次，每次剁掉5 m，按提升钢丝绳的使用寿命为3年计，则试验长度为30 m；

经复核：容绳率满足要求。

1.2.2 滚筒直径复核

根据《煤矿安全规程》规定：提升装置的滚筒的最小直径与钢丝绳直径之比值不得小于80，且围抱角大于90°；滚筒直径D=80×31=2 480 mm＜2 500 mm，经复核，滚筒直径满足规程要求；《规程》规定在多层缠绕情况下卷筒必须设有带绳槽的衬垫，符合要求。

1.2.3 提升速度复核

经复核，提升速度满足设计要求。

1.2.4 最大静张力复核

1）荷载计算

矿车自重：根据现场情况，采用8 m3侧卸式矿车进行出渣，矿车特性见表1。

表1 矿车技术参数表

2）钢丝绳选型

容量：8 m3；自重：5.093 t；载重20 t；最小转弯半径18 m；规矩900 mm；轴距2 600 mm；运行速度3.2 m/s。

根据《规程》，以磨损为主要损坏原因时，如斜井提升应选用外层钢丝较粗的钢丝绳，选用6×7+FC-φ31 mm钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度为1 770 MPa，参考重量为3.48 kg/m，最小破断拉力为572 kN。

3）提升机最大静张力复核，见图1。

图1 提升机最大静张力

矿车出碴状态情况：

8 m3矿斗提升机受力最大状态为矿车在满载同时在钢丝绳最长情况：

式中：Q为提升一次重量,20 000 kg；Qm为矿车的总重5 093 kg；α为井筒倾角,14.1°；f1为矿车运动时的阻力系数,取0.015；P为钢丝绳每米重量，按常规6×7φ31钢丝绳取值3.48 kg/m；L为提升斜长1 300 m；f2为钢丝绳运动阻力系数（钢丝绳全部支承在地滚上，取 f2=0.15～0.20；钢丝绳局部支承在地滚上，取 f2=0.25～0.40；钢丝绳全部支承在底板或枕木上拖动时，取 f2=0.4～0.6），根据工程实际情况取值为0.3。

代入式（4）计算得F=87.1 kN＜90 kN。

4）8 m3矿斗提升机电动机功率

式中：F为最大静张力；V为绳速，取值为2.8 m/s；η为功率因子，取值为0.9。

代入式（5）计算N=294 kW＜315 kW，经计算，选配的电动机功率可以满足要求。

5）钢丝绳复核计算

8 m3矿车装载碴料的情况：572/87.1=6.56＞6.5，经复核，安全系统满足规程要求。

2 提升系统设计

设置渣仓、卸料区主要解决材料运输与出渣之间的影响，尽最大可能减少影响正常的出渣作业。矿车平均运行速度按2 m/s，故矿车单程时间为1 300/2/60≈11 min，1台矿车往返一次按25 min计算，1台矿井提升机最大运输效率为19.2 m3/h，2台矿井提升机最大运输效率为38.4 m3/h。为保证施工进度，施工过程中尽快将掌子面腾出，故在主支洞交叉口处设置一处35 m×3 m×6 m（长×深×宽）渣仓，在最不利的情况下，将开挖循环的全部渣料先运输到渣仓临时存放，然后由矿车运输出洞，不影响下一道工序的进行。

3 附属设备配置

3.1 出渣设备

主洞开始施工前期阶段，采用2台LG953型装载机先将掌子面渣料运输到存渣区，为下一道施工工序争取时间，然后由2台装载机配合将渣料装入矿车内运出洞外。当主洞掌子面施工至距主支洞交叉口处200 m时，采用矿井提升机将2台自卸车牵引至主洞内，由1台装载机在掌子面处负责装渣，自卸车将渣运输到主支洞交叉处渣仓临时存放，后由2台装载机配合将渣料装入矿车内运出洞外。

3.2 混凝土及材料运输设备

主洞内混凝土及材料采用混凝土罐车或自卸车无轨运输，洞外材料在未出渣时间或矿车卸渣后处于洞口时，装入矿车运至主洞，经曲轨卸入卸料区。

3.3 人员运输

进入主洞施工后，人员上下采用抱轨式人车进行接送。抱轨式人车运行至主支洞交叉口后，停放于副线停车位，以减少对出渣及材料运输的干扰。在主线上的矿车在卸料区停车位停好后，经摘钩、挂钩工作，将停于副线的人车提至洞口下车点，完成人员运输。

4 结语

采用矿井提升机运输出渣，在北方受冬季低气温影响小，不需要对轨道及洞口保温。其工序相对简单，进度较快，该矿井提升机及附属设备设计方案从可行性、安全性考虑均能够满足使用要求，为类似其他斜井运输提供较好参考。

［1］王秀兰.主斜井提升设备选型研究［J］.山东煤炭科技，2007（1）.

［2］杨健康.矿井提升设备应用研究［J］.中国科技纵横，2011（24）.