国内有色金属矿山竖井井筒装备的发展.pdf

目 ／ ， { 国内有色金属矿山竖井井筒装备的发展 北京有色冶金设计研究总院安建英 一 【 摘要 】 介组了国内有色盘 届矿山竖 井井简装备技术的发展和现状，以 及 在设 计中采 用的新技 术、新材科和对罐遭粱固定方式时改进，并对有关安全间隙问题进行了探讨 关 键 词 燮 、穹 复 合 罐 寥 竖井是矿山生产的咽喉工程。井筒装备 加深， ‘妻求提 籀 是保证矿井提升能高速、安全运行的重要组 成部分。随着采矿技术的发展和开采水平的 加深 ，必将提高提升速度、增大提升容器。 这对井简装备的设计、计算和安装工艺都提 出了更高更严的要求。本文就国内有色金属 矿山竖井井筒装备的发展作一概述。 1 采用空心方钢罐道和复合罐道 随着采矿机械化程度提高和开采水平的 玻 璃 钢 墨柑 ，提升速度增高， 早期使用的钢轨罐道 巳不能适应。钢轨罐道 因其侧向刚性和截面系数过小，易导致罐道 梁 出现裂缝 甚至个别发生断裂 、梁窝松 动等现象。进入8 0 年代后，钢轨罐道逐渐被 侧向刚性和截面系数均较大的槽钢组台罐道 取代。但槽锕组合罐道焊制时变形大，不易 调正，垂直度难以保证，不利于提高容器的 运行速度。近年来，我院先后 在 大 团山副 井、安庆锕矿副井改造和望儿山金矿混合井 多，劳动强度大，生产能力低等。近几年， 针对分采充填法采场矿石运搬和铺设混凝土 隔层等工艺环节进行试验研究，实现了两项 作业的机械化，大大地提高了劳动生产力， 减轻了作业人员的劳动强度。尽管如此，分 采充填法仍需进一步改进，特别是对急倾斜 极薄矿脉开采，可利用矿脉倾角大、有利于 重力放矿的特点，研究出兼备 留矿法和分采 充填法二者之优点的采矿方法。 目前，国外在急倾斜极薄矿脉的开采中 广泛采用中深孔崩矿、微型铲运机出矿 。而 我国在8 0 年代中期开始试用，实践证明，微 型铲运机在实现采场矿石运搬 、采空区充填 等方面非常有效，但国内使用的铲运机大都 依靠进口，价格昂贵，超出了一般开采急倾 斜极薄矿脉企业的经济实力，同时还涉及到 设备的备件，操作和维修人员 的 培 训 等问 题，因此，近期在 国内的有关矿山推广使 用 还存在着不少困难。所以，应从实际出发， 研制出适合我国国情的极薄矿脉开采的机械 设备，走我国自己的机械化开采道路。 4 结论 1分采充填法是开采 急倾斜极薄矿 脉很有效的采矿方法，它具有对矿脉变化适 应能力强、出矿贫化低，不留采空区和回采 效率高等特点，是开采急倾斜极薄矿脉不可 缺少的补充采 矿方法j 2利用分采充填法开采急倾斜极薄 矿脉矿床上郝的遗留矿体，可创造可观的经 济价值，对延缓矿床开采的下降速度，调整 各中段的开采顺序，解决矿山采掘失调的矛 盾具有重要的意义； 3 急倾斜极薄矿脉开采的发展方向 应该是立足 国内，研制 出适台我国国情的安 全、高效、成本低的采矿方法和机械设备。 一 8一 有色矿山一1 0 0 T ． 5 维普资讯 等竖井的井简装备设计中，采用空心方钢作 罐道，取得了 良好的效果 。空心方钢罐道具 有槽钢组台罐道的全部优点，而且避免 了槽 钢组台罐道焊接时园局部过热而产生的不良 变形，有利于提高提升速度，同时，使用空 心方锕作罐道，加工简单，加工费用较低。 对于单绳提升的竖井，安全装置一般使 用断绳防坠卡 ，容器导 向装置多为本罐道， 使提升容器上的防坠卡插爪能在罐道上实现 断绳制动。木罐道的材质要求严格，根据有 关规定，能用作罐道的木材仅有红松、白松 臭松等极少的几种优质树木，其中红松 是最理想的优质罐道木材料。在设计中，受 松木自身强度、提升终端载荷 等 因素 的限 制，井简装备木罐道时罐道梁的层 问距一般 都小于2 ． 5 m，井筒安装工 作 量 大。近些年 来，红松资源严重匮乏，价格昂贵，将原木 加工成罐道的成材 率低，使采用红松木罐道 的井筒装备费用增高。1 9 8 8 年，兰州有色设 计院秦寿生高级工程师经多年的潜心钻研和 实验，成功地发明了 “ 复台罐道 技术，并 获准国家专利。该项专利提供了一种材料来 源方便、加工制作、安装更换都简单易行的 “ 复台罐道”取代已往的木罐道和钢罐道。 他们先后在甘肃白银公司小铁山矿 、陕西风 县银母寺铅锌矿，广西玉林市玉莹古矿等矿 山的竖井装备设计中采用这项技术，解决了 优质罐道木缺乏的问题 ，加大 了罐道梁的层 间距，取得了良好的经济效益。我院在广东 云西金矿竖井工程的设计中，推荐并采用了 这项专利。该竖井净直径 3 ． 5 m ，井内布置 一 套 2 号单罐笼配平衡锤，单绳提升，设断 绳 防坠卡，要求术罐道。采用复台罐道后。 井筒罐道梁的层 间距 由用木罐 道 时 的2 ． O m 加大到4 ． 0 m。节省井筒安装工作量近 3 0 ， 井简装备费用下降。 2 罐道梁 固定方式的改进 1井筒装备罐道梁 的固定过去常常 采用粱窝，梁窝或预留或进行现凿。它破坏 混凝土井壁的整体性和强度， 影 响 井 壁质 量，不利于实现井筒快速掘砌和安装。随着 锚杆技术的应用和发展，罐道梁的固定方式 也在改进和完善，以托架锚杆固定罐道梁的 方式逐渐取代了传统的梁窝，或直接固定罐 道。这种方式不需在井壁上凿梁窝，井壁的 完整性好，锚固力大，安全可靠。最初的托 架采用厚钢板焊接而成，如图l 所示，它在 梁和托架上各开长孔，互为十字交叉，梁和 托架安装均方便J其缺点是托架加工复杂。 U 墅卡t递鬃 圈l 托架固定罐道梁 7 O 年代末8 O 年代初，中日合作建设的安 庆铜矿精密探矿井 即安庆铜矿副井，在 井筒装备中采用悬臂梁式预埋钢固定主罐道 梁，如 图2所示。它不需要在井壁上预留大 梁窝，从而保证了井壁的质量，并提高了安 装工程的工效。 田2 预埋槽钢固定罐道梁 我院1 9 9 2 年在河北石湖金矿竖井工程的 设计中，把钢板焊接托架简化成以大型角钢 作为托板固定主罐道梁取得了很好的效果， 如图 3所示。角钢托板较钢板焊接托架加工 国内有色金匿矿山竖井井筒装备的盅展安建英 邮编 t o o o 3 s 一9一 维普资讯 倚单，材料利用率高，上部托板锚固孔采用 长孔，托板与梁的连接为十字交叉长孔，便 于粱按照设计要求精确安装。目前，在我们 设计的竖井如安庆锕矿副井改造、望儿山金 矿混合井，云西金矿竖井等工程中，都设计 采用这种方式固定主罐道粱。 圈3 托板 固定罐道梁 2采用非梁窝式的罐道梁固定方式 中，托架 托板 用锚杆锚固珂井壁上。锚杆 的应用由砂浆锚杆到树脂锚杆，发展到今天 的极为普遍的快硬水泥卷锚杆。锚杆体一般 都为圆钢如工而成。快硬水泥卷锚杆以其成 本低廉、 锚固强度上升快、 锚固力强的优点， 在井筒装备安装中得到越来越广泛的应用。 3 罐道梁层间距加大 罐道粱的层间距增大，井筒安装工程量 减小。槽钢组合罐道、空心方钢罐道和复合 罐道的应用，使罐道粱层间距加大。由日本 金属矿业事业团设计的安 庆 铜 矿 精密探矿 井，井筒净直径为 5 ． 5 m，井内布置一套提 升设备，罐笼 1 8 0 0 ramx 4 0 0 0 ra m 与平衡 锤互为配重，均采用1 2 5 mm1 2 5 m m 的空心 方钢罐道，罐道粱层 间 距 5 ． O m。为了充分 利用井筒断面，平衡锤布置成角罐道。该井 由铜陵有色公司井巷工程 公 司 施 工，采用 掘、砌、安一次成井，包括马头门月成井速 度3 0 ． 4 m，最高月成井达 3 6 ． 4 m，缩短了工 期并取得了良好的经济效益。 近几年，我院设计的招远 金 矿 官 技措 井、大团山副井、望儿山金 矿 混 合 井等工 0 ～ 程，分别采用了槽钢组合罐道和空心方钢罐 道，罐道梁层间距都加大 到 5 ． O m，提高了 罐道型材的利用率，减少了井筒构件的加工 量，也缩短了井筒装备的安装时间，对加快 建井速度具有较大意义。 4 梯子问采用防腐玻璃钢栏栅 竖井井筒作为矿井的安全出口，一般都 为金属结构，防护网为 6 m m圆钢焊接，用 L s O mm 5 ram角钢作框架。个别矿 井 也用 钢板网或金属编织网作防护网 栏栅。由 于井筒淋水大，空气潮湿，再加上酸碱的腐 蚀，防腐处理不彻底，金属栏栅一般使用寿 命较短，不到1 0 年就基本损坏，起不到防护 作用，严重影响矿井出口的安全。1 9 7 8 年， 兖州煤矿设计研究院首先在大屯许庄煤矿竖 井设计采用了梯子问玻璃钢防护栏栅，随后 在充州东滩副井、鲍店主井和曲阜单家村等 井筒都采用了玻璃钢栏栅，有些矿井还使用 了玻璃钢梯子和平台板。1 9 9 6 年 6 月1 2 日发 布、同年1 2 月 1日实施的 煤矿立井井简装 备防腐蚀技术规范附录A 中，已把玻璃钢 作为推荐使用的耐腐蚀材料， 以玻 璃 钢栏 栅、梯子间复合玻璃钢梁、玻璃钢梯子和平 台板，代替梯子间的原相应金属构件。同时 也对玻璃钢制品的机械安全性能指标作了明 确规定。 大部分金属矿山有害气体少，井筒腐蚀 性相对煤矿较轻，竖井梯子间仍 钢结构栏 栅为主，玻璃钢栏栅也有应用。尽管玻璃钢 栏栅较钢栏栅耐腐蚀性强，使用寿命长，安 全可靠，但因其成本较钢栏栅 高 约 3 0 ～ 6 0 ，使其在金属矿山的推广应用受到一定 限制。1 9 8 7 年，我院首次在三山岛金矿竖井 梯子间设计采用了玻璃钢栏栅，9 0 年在招远 金矿盲技措井采用了梯子间玻璃钢栏栅和箕 斗问玻璃钢隔板。玻璃钢制品仅在大中型金 属矿山有所应用，小型矿山使用的很少。近 几年，经过多方面的努力，玻璃钢栏栅以耐 有 色矿 一1 9 9 3 “ ． 5 维普资讯 腐蚀、防火、使用寿命长等优点，其应用在 有色金属矿山得到进一步推广。长沙有色设 计院在湖北鸡冠嘴金矿竖井设计中装备了玻 璃钢梯子 ，栏栅和平 台板 。我院在望儿山金 矿混合井设计中、除了采用玻璃钢栏栅外， 尚用玻璃钢作为箕斗间与罐笼 间 的 安 全隔 板，取消了传统的钢构件，对水质腐蚀严重 的该矿具有长远的经济意义。 5 对井简装备设计的几点设想 5 ． 1 井筒断面布置的安全间隙问题 对于采用刚性罐道的竖 井 提 升 容器来 说，在容器运行过程中，不可能产生强烈摆 动而跳出罐道，这在国内外矿山生产中尚无 先例。假如出现容器跑出罐道的现象，其后 果将难 以设想，即使留有很大的安全间隙也 无济于事。随地槽钢组合罐道、空心方钢罐 道在井简装备中越来越广泛的应用，罐道的 侧向刚性系数较钢轨罐道大大提高，其抵抗 水平力作用的能力有了很大改善，使容器运 行更加平稳安全。现行的 冶金地下矿山安 全规程 第3 ． 4 ． 1 O 条中有关竖井提升容器最 小间隙的规定，使用多年未变，其值偏大， 造成竖井工程量和投资浪费，已不适应今天 的新技术。因此，有关部门有必要组织人员 对国内矿山进行深入调查 研 究，重 新 修订 安全规程 中有关提升容器最小间隙的规 定。减小安全间隙，对提高竖 井 断 面 利用 率、减少井筒工程量，加快基建进度、节省 基建投资都具有极其重大的意义。 我院设计的大团山副井，采用空心方钢 罐道，4根罐道分别布置在容器两倒，提升 速度l O ． 3 6 l n ／ s ’共有l 7 对马头 门，各中段 均不设摇台辅助矿车上下罐笼，马头门处平 台板支承梁与罐笼之 间 隙 l O O mm ，平台板 与罐笼之间仅 5 O l n m。该井自 1 9 9 5 年 投产 后，运转正常，未出现过任何 安 全 间 隙问 题。这也说明适当减少提升容器的安全间隙 是可行而且必要 的。 5 ． 2 推厂应用玻璃钢梯子间 煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范 中2 ． 0 ． 4 条规定 “ 构件在涂装前必须 进行严 格的表面预处理。表面预处 理 宜 采 用喷砂 丸除锈和酸洗除锈、钝化处理，不得采 用人工除锈和带锈底漆。表面预处理的技术 要求应达到国际通用的瑞典标准S a 2 ． 5 级”。 这对井筒装备中钢构件的防腐蚀预处理提出 了更高更严的要求。对于梯子间来说，其构 件数量大，单个部件重量轻，采用喷砂除锈 成本高，酸洗除锈对构件强度有一定影响， 在某种程度上需适当加大构件规格。目前， 大多数煤矿新建立井均采用玻璃钢梯子间， 其使用情况良好，寿命长。金属矿山虽也使 用了这种新型防腐材料，但应用矿山很少。 玻璃钢梯子间能耐各类矿山井 下 环 境 的腐 蚀，具有广泛的适应性，尽管其成本较钢构 件高约1 ／ 3 ，但使用寿命较钢构件 长 的多， 在一个矿井服务期间几乎不需更换，而且安 全可靠。因此，从长远利益和安全出发，金 属矿山应加大和推广玻璃钢梯子间在井筒装 备 中的应用 。 5 ． 3 提倡使用空心方钢罐道和 多 功 能 复合罐道 尽管槽钢组合罐道比钢轨罐道在性能上 有很大改善，但加工变形大，废品率可高达 1 5 ％～2 O ％，每米重量约6 0 k g ，成本高。空 心方钢罐道较槽钢组合罐道有明显的优势， 其加工简单，不易变形，容 器 运 行 平稳可 靠，对于采用多绳提升机的矿井，应优先选 用它而不用组合罐道。 多功能复合罐道 兼备了钢，术、含油尼龙几种材质的特点， 不仅可以充分满足结构设计上强度和钢度的 要求，其整体综合性能也优于单一的锕罐道 和术罐道J其衬术材源广泛，不局限于术罐 遭要求的几种优质术材，可 就 地 取 材。所 以，对于竖井装备设计， 应 提 倡 用 多功 fi R 复合罐道代替术罐道。 参考文献 略 国内有色盒属矿山竖井井简装备的发展安建薨 邮犏1 0 0 0 3 8 维普资讯