煤礦主井井筒技術裝備升級改造應用研究★

左明明

（中煤科工集團沈陽研究院有限公司， 遼寧 撫順 113000）

1 工程概況

山西某礦礦井采用主、副兩個立井開拓，中央并列式通風方式。主井擔負礦井煤炭提升任務，井筒凈直徑4 m，凈斷面積12.56 m2；井口標高+30.3 m，卸載口標高+40.063 m，裝載口標高-379.268 m；采用立井箕斗提升，提升高度426.6 m。提升機為2JK-3/30.505型單繩纏繞式提升機，配套電機采用YR450-6 型三相異步電動機（6 000 V、500 kW）。提升容器為一對5 t箕斗，提升能力為92 萬t/a；副井擔負礦井矸石、人員和物料等輔助提升任務，采用罐籠提升，井筒直徑4.5m，凈斷面積14.13 m2，井口標高+30.3 m，井底車場標高-395 m，提升高度425.3 m。提升機為2JK-3.5/20 型單繩纏繞式提升機，配套電機采用YR450-64-8 三相異步電動機（6 000 V、400 kW）。提升容器為一對1 t 礦車雙層單車罐籠，每次最多可提升24 人或2 輛礦車。

2 技術改造原因

山西某礦主井箕斗在提升過程中出現橫向擺動較大的情況，主井罐道由煤炭工業部兗州煤礦設計院設計，罐道采用38 kg/m 重軌，布置在箕斗兩側，每個箕斗各布置2 條罐道?；放c罐道接觸形式為滑動摩擦。這種接觸形式導致鋼軌罐道與箕斗滑動罐耳磨損量較大，需要每月更換箕斗滑動罐耳，定期更換主井鋼軌罐道，這對礦井的正常生產造成了的影響，不利于經濟效益最大化；此外，這種接觸形式還導致箕斗提升過程中的噪聲過大。為保證礦井安全生產，降低主井井筒裝備維護成本和檢修時間，發揮主井提升煤炭的最大能力，決定對主井裝備進行改造。

2.1 改造技術原則

根據現代化礦井的實際運行情況和經驗[1]，結合礦井現有主井提升系統和裝備情況，堅持技術先進、裝備合理、縮短工期、減少投資、充分利用現有設施、減少井上下改造工程量、盡最大限度減少對礦井生產影響以及提高經濟效益的原則，對主井裝備進行升級改造。

2.2 井筒裝備改造

現有主井井筒凈直徑為Φ4 m，井筒內布置一對斷面為2 000 mm×1 086 mm 的5 t 多繩箕斗，曲軌卸載，鋼軌罐道，同側裝卸載。井筒裝備為鋼軌罐道和5 t箕斗。因鋼軌罐道直線度較大，抗彎強度較小，箕斗罐耳與鋼軌罐道之間磨損嚴重等原因，導致箕斗運行不平穩。為解決箕斗運行穩定問題，箕斗罐耳、罐道磨損嚴重問題以及運行噪音問題，需對井筒罐道進行更換或改造[2-3]。

井筒罐道按其結構可分為鋼絲繩罐道和剛性罐道兩種，其結構形式和特點如下：

2.2.1 鋼絲繩罐道

鋼絲繩罐道是利用鋼絲繩作提升容器運行的罐道，上端固定在井架上，相對于剛性罐道，結構簡單、安裝方便、節省鋼材、施工期短；但罐道鋼絲繩、防撞繩、防墜器制動繩對井架的荷載很大，井架的強度應相應增大，故井架需要作出相應改造；其下端在井底用重錘或液壓裝置拉緊，井底水窩要求較深；在進出車水平還需另設剛性罐道穩罐；啟動和停車時運行速度不宜過大，這對全井提升速度有一定影響。根據《煤礦安全規程》第三百五十七條規定，若使用鋼絲繩罐道，現容器與容器、容器與井壁、容器與井梁之間的間隙值均不符合要求，需要減小箕斗斷面。故使用鋼絲繩罐道既不能縮短工期、減少投資，又不能產生經濟效益，該方案予以摒棄。

2.2.2 剛性罐道

剛性罐道常采用型鋼組合罐道、方鋼罐道或鋼軌罐道?，F代大中型礦井中多采用方鋼罐道，罐道和罐道梁之間采用螺栓連接，罐道梁與井壁多采用錨桿和托架。

方鋼罐道主要材料為空心方形型鋼，主要用于終端載荷較大、提升速度較高的提升系統，采用螺栓固定在罐道梁上。方鋼罐道側向抗彎曲和扭轉強度較大，剛性強度較大，截面系數大，可配合使用摩擦系數較小的膠輪滾動罐耳。滾動罐耳由一個端面滾輪和兩個側面滾輪組成一組圍抱矩形罐道，從而保證容器的穩定運行，提高提升速度，但其安裝工藝要求也較為嚴謹，安裝難度較大，首期投入費用較多。方鋼罐道不會使井架載荷加大，對井架強度影響很??；由于提升容器運行平穩，罐道與罐耳磨損較小，抗腐蝕能力強，服務年限較長，近年來國內外使用方鋼罐道逐漸增多。其中，環氧樹脂涂塑罐道具有耐腐蝕性強，拉強度和彎強度大，罐道的直線度、扭曲度小，抗靜電能力和阻燃性能強等優點。

根據礦井提升能力和改造技術原則，主井井筒罐道采用方鋼罐道。能有效提高主井箕斗運行穩定性，解決罐道與罐耳磨損較大問題。

2.3 箕斗參數確定

箕斗采用鋼罐道箕斗，根據《煤礦安全規程》規定，采用鋼罐道時，立井提升容器間距≥200 mm，提升容器與井壁間距≥150mm，容器與井梁間距≥150mm，容器與罐道梁間距≥40 mm，若采用原箕斗斷面為2 000 mm×1 086 mm，需切割部分井梁；或將箕斗斷面最小程度縮小，以達到對井梁不作改動、減小工程量的目的?？紤]到防過緩沖，防撞梁高度不再改變，箕斗長度不再改變。

根據箕斗提升量及自重，選取滾輪罐耳型號為L25，滾輪直徑250 mm。

3 改造方案

3.1 井筒改造

根據井筒裝備布置圖情況和現場實際情況，本著縮短工期、減少投資、盡最大限度減少對礦井生產影響的原則，提出改造方案。

兩箕斗斷面不改動，為2 000 mm×1 086 mm。拆除現有鋼軌罐道，每只箕斗布置兩道方鋼罐道，罐道規格為160 mm×160 mm×10 mm，罐道布置在箕斗正面，罐道中心線與箕斗中心線重合。在北側利用現有梯子間梁（工字鋼25b）作為罐道梁，需在南側井壁安裝用于固定罐道的托架。為滿足罐道安裝及規程間距要求，需要將北側梯子間工字鋼切掉部分翼緣，切割尺寸為800 mm×39 mm?？紤]到井筒罐道梁的強度及剛度要求，將18 號槽鋼與工字鋼腹板栓接，以達到加固罐道梁的目的，改造方案井筒平面布置如圖1 所示。

圖1 井筒方案平面布置（單位：mm）

改造的優點：該方案對箕斗斷面尺寸不作改變，同時，礦方考慮向箕斗廠家訂制輕型箕斗，提煤量有所增加，提高經濟效益；該方案較充分利用井筒現有設施，投資較少，能解決現在提升中存在的問題。缺點：該方案需要在井筒中切割部分梯子間用梁，增加施工難度。

設計方案，本著減少投資、減少井上下改造工程量、盡最大限度減少對礦井生產影響以及提高經濟效益的原則，既能利用現有設施、減少工程量，解決現有問題，又有能提高經濟效益。

3.2 井口裝備改造

主井井口設有受煤倉及倉下給煤機、鋼軌罐道、卸載曲軌、過卷緩沖托罐裝置、防撞梁。

根據改造原則及井筒改造方案，需要拆除現有鋼軌罐道，安裝方鋼罐道。方鋼罐道規格為160 mm×160 mm×10 mm。在井口箕斗卸載位置，需要安裝方鋼穩罐道，用于穩定卸煤時的箕斗。穩罐道與箕斗接觸方式為滑動摩擦，穩罐道長度10 m，布置于箕斗東西兩側，穩罐道中心線與箕斗中心線重合。在井口受煤倉上箕斗卸載側位置，不再安裝用于支持滾動罐耳的方鋼罐道，為箕斗卸載留出空間。非卸載側方鋼罐道安裝至井口防撞梁，方鋼罐道與方鋼穩罐道要留有足夠的搭接長度。井口還安裝有卸載曲軌，卸載曲軌與箕斗卸載天輪配合使箕斗閘門開閉；礦方訂制箕斗時考慮新訂箕斗與現有曲軌配合問題，以便井口卸載曲軌不改動，井口平面布置如圖2 所示。

圖2 井口平面布置（單位：mm）

現有主井井架為鋼井架，整體結構不改變。需要在鋼井架上安裝支承架，用于支承鋼罐道，必要時局部安裝橫梁和局部加固。對現有井架所受載荷進行核算，確保井架安全、不失穩。

3.3 井底裝備改造

現有井底裝備包括給煤機、定量斗、測重裝置、控制系統、過放緩沖裝置、防撞梁、鋼軌罐道和清理撒煤設備。在井底箕斗裝載位置，需要安裝方鋼穩罐道，用于穩定裝載原煤時的箕斗。穩罐道與箕斗接觸方式為滑動摩擦，穩罐道長度約10 m，布置于箕斗東西兩側，安裝于井底金屬支持結構上，穩罐道中心線與箕斗中心線重合。在井底裝載硐室箕斗裝載側位置，不再安裝用于支持滾動罐耳的方鋼罐道，防止罐道阻礙原煤裝載。方鋼罐道安裝時，需在金屬支持結構布置25b 工字鋼以支承箕斗北側方鋼罐道，需在南側井壁安裝托架以支承箕斗南側方鋼罐道，方鋼罐道安裝至井底防撞梁。設計時，確保方鋼罐道與方鋼穩罐道有足夠的搭接長度，井底平面布置如圖3 所示。

圖3 井底平面布置（單位：mm）

4 結語

根據山西某礦礦井提升能力和改造技術原則，對主井井筒罐道采用方鋼罐道，能有效提高主井箕斗運行穩定性，解決罐道與罐耳磨損較大問題。保證了礦井安全生產，減少了主井井筒裝備維護成本和檢修時間，發揮主井提升煤炭的最大能力，通過對井筒改造、井口裝備升級及井底裝備改造，提高了施工工藝質量，縮短了工期，降低了施工成本。