大型上開式箕斗在超深井中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李崢嶸

徐州煤礦安全設(shè)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(shè)備應(yīng)運(yùn)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(guó)家“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目，為國(guó)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(guó)內(nèi)最深的超深立井提升。

1 提升容器及相關(guān)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?；繁倔w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(jié)構(gòu)分析及構(gòu)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(guó)內(nèi)首個(gè) 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(qiáng)度材料 HG70。XSZ350G 型懸掛裝置是在 XSZ350 型懸掛裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，根據(jù)超深深礦井提升系統(tǒng)的特點(diǎn)，8 根提升鋼絲繩的伸長(zhǎng)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(zhǎng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)及卸載機(jī)構(gòu)

箕斗本體采用框架式結(jié)構(gòu)，固定斗箱配合上開式側(cè)扇形閘門卸礦?；分饕芰Σ考樯媳P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?；分饕芰Σ考牟牧线x用 HG70，上盤體與下盤體采用由 HG70 彎成的槽形梁結(jié)構(gòu)，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(jí)鉸制孔螺栓連接，尾繩懸掛吊板用 52 件 M30 的 10.9 級(jí)鉸制孔螺栓與框架連接。卸載過程如圖 2 所示，當(dāng)箕斗提升至卸載位置時(shí)，卸載輪 3 進(jìn)入開閉直軌 4，液壓缸 5伸出，通過開閉直軌 4 推動(dòng)卸載輪 3 向右移動(dòng)，閘門2 打開卸出物料。卸載完畢后，液動(dòng)直軌工作、閘門2 關(guān)閉，箕斗下行，進(jìn)入下一個(gè)提升循環(huán)。

圖2 箕斗卸載過程

3 技術(shù)創(chuàng)新與特點(diǎn)

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

活動(dòng)斗箱底卸式箕斗閉鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[5]，該裝置平時(shí)的點(diǎn)檢、保養(yǎng)和維護(hù)要求高，如維護(hù)不到位會(huì)致使閉鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作不可靠或失效，影響井筒的安全運(yùn)行，閉鎖失效工況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦山安全生產(chǎn)。新研發(fā)的固定斗箱上開式側(cè)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(dòng)斗箱改為固定斗箱，把原冶金箕斗閘門機(jī)構(gòu)改為上開式側(cè)扇形門結(jié)構(gòu)，解決了原冶金箕斗斗箱偏斜和閘門閉鎖機(jī)構(gòu)易失效而引起事故的隱患，提高了安全可靠性，簡(jiǎn)化了閘門開閉機(jī)構(gòu)，減少了事故點(diǎn)，便于檢查和維護(hù)。閘門開閉運(yùn)行軌跡是自下而上或自上而下，無論打開還是關(guān)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(jiǎn)單，動(dòng)作準(zhǔn)確，安全可靠。這種結(jié)構(gòu)只有卸載輪進(jìn)入開閉直軌，開閉液壓缸伸出時(shí)才能將箕斗閘門打開，而且閘門開啟是由小而大，箕斗運(yùn)行過程中無開閘門沖擊力，不會(huì)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(jié)構(gòu)，增加了強(qiáng)度和箕斗的過卷高度，首繩懸掛采用 XSZ350G 型張力自動(dòng)平衡首繩懸掛裝置，能實(shí)現(xiàn)鋼絲繩張力差在動(dòng)、靜狀態(tài)下的自動(dòng)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(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化在保證安全性和經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)了容積比小于 1 的跨越。

4 結(jié)語

大型固定斗箱上開式側(cè)扇形門冶金箕斗的研發(fā)解決了傳統(tǒng)活動(dòng)斗箱底卸式冶金箕斗閘門機(jī)構(gòu)經(jīng)常閉鎖失效的隱患，采用高強(qiáng)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(duì)超深立井提升系統(tǒng)及大型冶金箕斗設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有借鑒與指導(dǎo)意義。