立井可伸縮式罐道接頭宣傳材料

1、礦山特殊結(jié)構(gòu)新技術(shù)立井可伸縮式罐道接頭的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院立井可伸縮式罐道接頭的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用1 概述在我國(guó)華東地區(qū)的兗州、淮北、徐州和大屯礦區(qū)，河南的永夏礦區(qū)，相繼出現(xiàn)了多個(gè)立井井筒井壁破裂現(xiàn)象，它們對(duì)礦井的正常生產(chǎn)造成了很大的影響。為防止立井井壁發(fā)生破裂，必須改進(jìn)井壁結(jié)構(gòu)，使立井井壁具有“抗”、“讓”或“抗讓結(jié)合”的特性，以承受土體下沉而產(chǎn)生的垂直附加力的作用。立井可縮性井壁結(jié)構(gòu)具有“抗讓結(jié)合”的特性，其主要表現(xiàn)是該結(jié)構(gòu)在豎向“讓”、橫向“抗”，可有效地承受垂直附加力的作用，防治立井井壁的破壞。因此在深厚表土層中的立井井筒，采用可縮性井壁結(jié)構(gòu)是一種極為有效的防治井壁破裂的措

2、施。但是，由于立井井筒內(nèi)一般都布置有提升設(shè)備及提升設(shè)備的導(dǎo)向設(shè)施即井筒裝備，井壁發(fā)生變形勢(shì)必使井筒裝備結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或位移，這一現(xiàn)象對(duì)提升容器的正常運(yùn)行是十分不利的。因此必須研制適應(yīng)井壁變形的井筒裝備新結(jié)構(gòu)。礦山立井井筒裝備是指布設(shè)在整個(gè)立井井筒內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)物，一般分為剛性井筒裝備（剛性罐道）和柔性井筒裝備（鋼絲繩罐道）兩種。剛性井筒裝備主要包括罐道和支撐罐道的罐梁（或托架）、井底支承結(jié)構(gòu)以及梯子間等，其中罐道是礦井提升容器運(yùn)行的導(dǎo)向體，是井筒裝備的主要組成部分。在礦井開發(fā)早期，由于開采深度淺，提升能力小，因而都采用木質(zhì)罐道或鋼軌罐道，提升容器的提升速度較低。隨著鋼絲繩斷繩防墜器的研制成功，進(jìn)入

3、20世紀(jì)60年代后，普遍開始采用鋼軌罐道，但由于鋼軌的側(cè)向截面系數(shù)小，剛度低，容易造成提升容器運(yùn)行時(shí)的側(cè)向劇烈擺動(dòng)，影響礦井的正常提升工作，因此從20世紀(jì)70年代以后，開始推廣使用矩形截面罐道，以提高提升容器在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。目前我國(guó)在深井、高速、重載的提升條件下，主要采用型鋼組合罐道、球扁鋼組合罐道和整體軋制罐道。近幾年來，為解決井筒裝備的防腐問題，還研制出了具有高強(qiáng)、耐腐、耐磨的鋼玻璃鋼復(fù)合材料罐道，井下防腐年限達(dá)到30年以上，并已在我國(guó)許多礦井得到推廣使用。隨著材料科學(xué)研究的大力發(fā)展，積極地推廣和使用整體軋制罐道以及復(fù)合材料整體罐道將是今后我國(guó)剛性井筒裝備發(fā)展的主要方向。我國(guó)剛性井筒裝備

4、發(fā)展各階段特征表階段井 深提升方式終端荷載提升速度罐道結(jié)構(gòu)及 布 置罐梁結(jié)構(gòu)及 布 置導(dǎo) 向裝 置設(shè)計(jì)計(jì)算依 據(jù)第一階段400m單繩纏繞式提 升800m多繩摩擦輪提 升400kN1418m/s組合罐道整體罐道端面布置型鋼組合罐梁整體罐梁無罐梁布置桁架布置膠輪滾動(dòng)罐耳水平力為確保立井井筒提升容器的安全運(yùn)行，必須保證導(dǎo)向罐道接頭具有良好的平滑度，我國(guó)立井井筒裝備罐道接頭過去一直采用普通平接的方法，即將相鄰的兩根罐道采用螺栓與罐梁（或托架）連接，并保持罐道接頭的平整。這種傳統(tǒng)的罐道聯(lián)結(jié)方式在立井井壁發(fā)生變形時(shí)會(huì)隨之產(chǎn)生變形，罐道的平行度和垂直度都無法得到保證，使提升容器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的擺動(dòng)和卡罐事故

5、，影響礦井的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅著礦井提升工作的安全。因此，積極地研制具有可伸縮的罐道接頭連接方法，改進(jìn)罐道結(jié)構(gòu)，使罐道在縱向可伸縮變形，以適應(yīng)立井井壁在發(fā)生豎向變形時(shí)，仍可保證罐道的連續(xù)性和罐道的垂直度和平行度，對(duì)確保礦井的正常生產(chǎn)和提升工作的安全具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2 立井可伸縮式罐道接頭的結(jié)構(gòu)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院井筒裝備科研小組自20世紀(jì)80年代以來，長(zhǎng)期致力于井筒裝備的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理論的研究工作，并取得了許多重大的科研成果，主要包括：淮北礦務(wù)局蘆嶺煤礦主井井筒裝備的治理研究，19861987；兗州礦務(wù)局東灘煤礦副井井筒裝備強(qiáng)度校驗(yàn)，19881989；三河口副井砼錨桿固定井筒

6、裝備可靠性研究，19901991； 6米層間距井筒裝備結(jié)構(gòu)的研究，19881992；耐腐、耐磨、高強(qiáng)復(fù)合材料罐道在立井井筒中的應(yīng)用研究，19911997；剛性井筒裝備質(zhì)量檢測(cè)裝置的研究，19921995；深立井剛性井筒裝備設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法的研究，19911995； 34T箕斗井井筒裝備截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，19951996；剛性井筒裝備動(dòng)力響應(yīng)模擬試驗(yàn)研究，19951996；濟(jì)寧二號(hào)煤礦主井井筒裝備水平力實(shí)測(cè)與分析，19981999；許樓副井井筒裝備質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究，20002001；立井提升容器滾動(dòng)罐耳的開發(fā)，19992002。目前擁有國(guó)家實(shí)用新型專利發(fā)明專利3項(xiàng)，獲得省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)，出版

7、有專著立井井筒裝備，發(fā)表相關(guān)的研究論文25篇以上。近年來，針對(duì)華東地區(qū)的立井井筒井壁破裂現(xiàn)象所造成的井筒裝備結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重影響礦井提升工作的情況，積極地開展可伸縮井筒裝備新結(jié)構(gòu)的研究工作，并且取得了滿意的成果。對(duì)目前國(guó)內(nèi)普遍采用的型鋼組合罐道、整體軋制罐道和鋼玻璃鋼復(fù)合材料罐道，設(shè)計(jì)出了一種插接式的立井可伸縮罐道接頭聯(lián)結(jié)方式（專利號(hào)：ZL 03258874.7）。當(dāng)立井井壁在垂直附加力作用下產(chǎn)生變形時(shí)，采用這種插接式可伸縮罐道接頭聯(lián)結(jié)時(shí)，罐道會(huì)隨之產(chǎn)生伸縮變形，保證罐道導(dǎo)向的連續(xù)性，罐道的垂直度和平行度不變，確保了井筒內(nèi)提升容器的安全運(yùn)行。插接式的立井可伸縮罐道接頭的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)由

8、固定接頭、滑動(dòng)接頭和可伸縮接頭組成。對(duì)于固定接頭，罐道與相鄰罐道之間及罐道與罐梁（或托架）之間均采用固定螺栓實(shí)行固定連接，以確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；對(duì)于滑動(dòng)接頭，罐道與罐梁（或托架）之間采用壓緊螺栓實(shí)行滑動(dòng)連接，以保證在固定接頭與滑動(dòng)接頭之間的井壁產(chǎn)生變形時(shí)，罐道可在滑動(dòng)接頭處移動(dòng)，將變形下傳至可伸縮接頭；對(duì)于可伸縮接頭，上部罐道與下部罐道之間采用插接，罐道與罐梁（或托架）之間采用壓緊螺栓實(shí)行滑動(dòng)連接，這樣，從固定接頭到可伸縮接頭之間的井壁變形都可傳遞到可伸縮接頭上來。圖1 立井可伸縮罐道接頭的基本結(jié)構(gòu)1罐道插座；2罐道插頭；3罐道；4壓緊螺栓；5罐梁或托架；6固定螺栓；7插頭內(nèi)芯當(dāng)井筒裝備罐道

9、只考慮壓縮時(shí)，這時(shí)可縮罐道接頭的設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化，一種方法是仍將接頭安設(shè)在罐道與罐梁（或托架）的連接處，將插頭和插座分別焊接在上下兩根罐道上，見圖2a，這種方法安裝時(shí)比較困難，并且罐梁（或托架）需要改造。另一種方法是將可伸縮罐道接頭安設(shè)在一根罐道上，在壓縮量較小時(shí)，通常100mm以內(nèi)，可不必設(shè)置附加的緊固裝置，直接改造托架或連接板即可；如果壓縮量較大，考慮到罐道必須具備一定的強(qiáng)度和剛度，這時(shí)可在伸縮接頭內(nèi)增加一鋼管內(nèi)芯，見圖2b，制作成可伸縮罐道，該罐道尺寸與正常罐道一樣，安裝也很方便。如不增加鋼管內(nèi)芯，也可在伸縮接頭上方增設(shè)一道固定裝置，見圖2c，這時(shí)會(huì)增加安裝工程量。 （a） （b） (c)圖

10、2 立井可伸縮罐道及接頭的結(jié)構(gòu)與安設(shè)方法立井井筒裝備可伸縮罐道接頭的伸縮量可以根據(jù)預(yù)測(cè)的井壁變形量進(jìn)行設(shè)計(jì)，而可伸縮罐道的鋼管內(nèi)芯或者可伸縮罐道接頭或滑動(dòng)罐道接頭的壓緊螺栓，必須根據(jù)罐道的實(shí)際承載能力和罐道的強(qiáng)度與剛度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)井壁發(fā)生變形時(shí)罐道具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)可與井壁同步產(chǎn)生變形，從而既保證了罐道的可伸縮變形，又保證了罐道具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受提升容器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的水平力作用，保證井筒提升工作的安全。3 立井可伸縮式罐道接頭的受力性能立井可伸縮罐道接頭安設(shè)在相鄰兩根罐道的連接處，同時(shí)與罐梁（或托架）連接。根據(jù)井筒裝備罐道的受力特點(diǎn)，當(dāng)提升容器沿罐道運(yùn)行時(shí)，由于罐道間隔一

11、定的距離安設(shè)在罐梁（或托架）上，罐道沿井筒深度呈現(xiàn)有規(guī)律的變剛度特性，從而造成罐道在與罐梁的連接處所受到的水平荷載較大。國(guó)內(nèi)外有關(guān)井筒裝備水平力的實(shí)測(cè)和研究表明，罐道與罐梁連接處、罐道與罐道連接處（同時(shí)也是罐道與罐梁連接處）所承受的水平力最大。最大水平力的大小與提升終端荷載、提升速度和罐梁層間距有關(guān)，其計(jì)算公式如下： (1)式中 Pmax 水平力的最大值，kN； Q 提升終端荷載，kN； V 提升速度，m/s； H 罐梁層間距，m；k，a，b，c 水平力計(jì)算確定系數(shù)，對(duì)于淺井，主要是采用鋼軌作罐道的井筒裝備，k=1/12，a=1，b=0，c=0（即德國(guó)經(jīng)驗(yàn)公式）；對(duì)于中深井，主要是采用矩形截面

12、鋼罐道的井筒裝備，k=0.134，a=0.121，b=0.960，c=-0.035；對(duì)于深井，主要是采用矩形截面鋼罐道的井筒裝備，k=0.427，a=0.256，b=0.926，c=-0.150。根據(jù)目前我國(guó)礦山立井井筒的提升條件，井筒裝備所承受的最大水平?jīng)_擊力約為15.040.0kN，立井可伸縮式罐道接頭必須能夠承受該荷載，才能確保提升工作的安全。通過對(duì)200200mm罐道所配可伸縮罐道接頭進(jìn)行承載性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可伸縮罐道接頭的承載力取決于可伸縮罐道內(nèi)部插芯的承載能力。因而在工程設(shè)計(jì)中，只要滿足插芯或鋼管內(nèi)芯的強(qiáng)度與剛度，即可滿足罐道的承載能力，也就可滿足井筒裝備的正常工作，確保井筒的安全正

13、常提升。4 立井可伸縮式罐道接頭的應(yīng)用圖3 立井可伸縮罐道1方管罐道；2罐道連接板；3可伸縮接頭插座；4插齒；5內(nèi)部套管6滑動(dòng)套立井可伸縮式罐道接頭在實(shí)際工程中的實(shí)現(xiàn)比較方便，對(duì)于新建礦井，可以根據(jù)預(yù)測(cè)的井壁變形量和變形部位，設(shè)計(jì)可縮性井壁結(jié)構(gòu)，在設(shè)置可縮井壁結(jié)構(gòu)附近設(shè)置安裝可伸縮式罐道接頭。對(duì)于已建礦井，應(yīng)首先分析井壁出現(xiàn)垂直變形的部位，并預(yù)測(cè)井壁可能產(chǎn)生的變形量，然后在該預(yù)測(cè)部位的上下一定距離內(nèi)安裝可伸縮式罐道接頭，以適應(yīng)井壁發(fā)生變形時(shí)罐道產(chǎn)生的變形?？缮炜s式罐道接頭可以與罐道加工制造成為一體，制作成一根可伸縮罐道（圖3），這對(duì)井筒內(nèi)可伸縮式罐道接頭的安裝工作來講可得到大大地簡(jiǎn)化，具有十分

14、明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。立井可伸縮罐道接頭的安裝工作需要根據(jù)安裝井筒的實(shí)際條件綜合考慮進(jìn)行組織。對(duì)于新建井筒，其安裝工作與井筒裝備安裝同時(shí)進(jìn)行，不必另行組織。對(duì)于生產(chǎn)礦井，其組織工作比較復(fù)雜，因?yàn)榘惭b工作必須盡可能地減少對(duì)生產(chǎn)的影響，具體安裝程序如下：認(rèn)真做好安裝前的準(zhǔn)備工作，編制好施工技術(shù)措施；安裝前將罐道及接頭等設(shè)施搬運(yùn)到井口，并進(jìn)行編號(hào)標(biāo)識(shí)，明確安裝位置；同時(shí)做好罐道安裝所需的臨時(shí)提升、臨時(shí)工作臺(tái)以及電、氣、焊、割等各種設(shè)備、工具還有信號(hào)控制等工作。利用井筒檢修時(shí)間或?qū)ｉT安排的安裝時(shí)間進(jìn)行安裝，安裝前首先停止提升，將安裝的設(shè)施和工具等運(yùn)送到安裝地點(diǎn)。在安裝地點(diǎn)利用提升容器上部平臺(tái)作為工作臺(tái)，

15、拆除一側(cè)原有罐道，有條件時(shí)利用臨時(shí)提升直接運(yùn)送至地面。布設(shè)測(cè)量垂線，改裝罐道梁（或托架），再?gòu)南孪蛏习惭b罐道，固定罐道，調(diào)整罐道的固定螺栓緊固力，完成一側(cè)罐道的安裝。重復(fù)，完成另一側(cè)罐道的安裝。采用同樣的方法完成其它可伸縮罐道接頭的安裝?？缮炜s罐道接頭的安裝工作在生產(chǎn)礦井主要由從事井筒罐道維修的專業(yè)工人進(jìn)行，通常，每個(gè)小班可完成一副接頭的安裝，當(dāng)井筒布設(shè)一套提升，安設(shè)4副可伸縮罐道接頭時(shí)，組織得好，12天可完成全部的安裝工作。在安裝工作中，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院井筒裝備科研小組可派技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)安裝工作。礦山立井井筒裝備采用可伸縮式罐道接頭，可以較好地解決凍結(jié)井筒井壁下沉變形引起的井筒裝備罐道變形的問題，罐道接頭的伸縮量可根據(jù)實(shí)際需要