大断面斜井提升系统设备选型与配套.docx

大断面斜井提升系统设备选型与配套崔根群，廖方旭（中铁隧道集团有限公司第一工程处，河南新乡453000）摘 要 由于斜井的坡度大，施工难度较大施工前合理确定施工方案、然后根据方案做好设备（尤其是提升系统设备）的选型与配套， 将对斜井安全、快速施工具有重要的指导作用本文着重对斜井提升系统设备选型与配套技术做重点阐述关键词大断面斜井提升系统 选型配套1工程概况重庆石忠高速公路B12合同段位于重庆市石柱县境内，设计有方斗山隧道正洞和左、右线两座斜井，在井底通过 风机房与正洞相连，斜井的主要作用是作为运营通风的通道左线斜井全长707.14 m，倾角24°，右线斜井全长779.94 m，倾角22° ；左线开挖断面面积根据围岩类别不同在56.8〜72.7 m?之间，右线开挖断面面积在41.3〜53.8 m?之间； 斜井设计为复合式衬砌；设计有中隔墙结构（30 cm钢筋砼）将送、排风道分开斜井衬砌内轮廓示意图图1斜井通过地层主要有泥岩夹砂岩、页岩、灰岩及岩溶角砾岩根据施组安排，斜井施工工期为22个月：其中施工准备1.5个月，开挖支护11个月，仰拱及铺底2个月，衬砌、 中隔墙7个月，井外附属工程0.5个月。

本文以左线斜井为例进行提升系统设备选型与配套设计图1斜井衬砌内轮廓图2施工方案由于斜井围岩较差、开挖断面大，倾角大，且有中隔墙结构，经过反复的方案论证，确定斜井采用钻爆法开挖、 挖掘机装碴、提升机提升侧卸式矿车有轨运输出碴，衬砌采用整体式衬砌开挖自上向下单工序作业，捡底铺底从下 向上错开安全距离平行工序施工，捡铺底完成后，自下向上施做二次衬砌3提升系统设计斜井提升系统设计遵循安全、经济、合理、有效的原则，依据工程量及工期测算参数，经方案论证比选，然后确 定科学合理的设备3.1提升系统设备选型3.1.1提升容器选择（1）施组安排每天出碴量：根据设计，左线开挖量（松方）：47260X1.6 m3 ；其中1.6为松方系数根据施组安排开挖工期11个月，月均正 常施工天数25 d；则每天开挖量（即出碴量）47260X1.6 m3：11个月《25天= 275 m’/d；(2) 每天所需出碴时间：每延米开挖断面积(松方)：57.5X1.6 m3/延米，则每天开挖进尺为：275:(57.5X1.6)=3 m；根据钻爆设计，每循环钻爆进尺1.5 m,则每天为2个开挖循环每个开挖循环时间为12 h每个开挖循环提升时间：12h (总时间)一2.5h (钻爆)一2 h (支护)一0.5h (通风) =7 h；则每天的出碴时间为14 h；(3) 单次提升(包括下放)循环时间：装碴：4X60 s；卸碴：3X60 s；提升、下放：(707：2)：3.14X2m/s (s)； 即：4X60+3X60+(707^2):3.14X2=645 s；(根据《铁路工程施工安全技术规程》规定：斜井施工期间，提升速度最大不超过3.5 m/s，选择双滚筒提升机钢 丝绳牵引速度为3.14 m/s。

)(4) 每天需提升次数=每天出碴时间：单次提升时间=(14X3600):645 (次)(5) 每次需提升方量=每天需提升方量：每天提升次数=275：(14X3600：645)=3.5 (m，)(6) 提升容器选择考虑容器的装满系数0.9，则容器容量为3.5：0.9 = 3.9 (m，)通过对矿车与箕斗的对比，结合其他工点的使用经验，选择非标加工的4 m3侧卸式矿车作为本斜井的提升容器 3.1.2提升钢丝绳(1) 钢丝绳长度计算(计算示意图见图2)图2钢丝绳长度计算示意图钢丝绳长度 Lc=L'+Lg+Rt= (Ls'+LB+LT) + Lg+Rt =779.94+43.8=824 (m)式中：Ls‘一井筒斜长，779.94 m，(考虑到左、右线斜井钢丝绳选型的一致性，本处采用右线斜井的长度)；Lh一缓冲距离；取7米；LB一道岔连接长度，采用4号道岔，取9米；LT一从道岔中心至首车停车点的斜长，它与提升串车数有关，一般按1.5串车长计算，取6m；Lg一过卷斜长，从正常卸碴位置容器的连接装置最上一绳卡至连接装置上绳头同天轮轮缘接触时的斜长，取7m；Rt一天轮半径，0.7m，根据“第3.1.3节”天轮直径为1400mm；a 一栈桥倾角，以保证矿车空载时能以一定加速度启动为宜，取9°；Du一天轮直径为1400mm。

2) 钢丝绳的每米质量pkPk= (Q1+Q2) (sina +f1 cosa ) ：[ (z B：m：y 0) -L (sina +f2cosa ) ]=2.146 (kg/m)Q1-提升容器及连接装置的自重，取5000kg；Q2—提升容器的有效载重，取4 X 0.9 X 1800=6480kg；Y 0—钢丝绳平均密度，9000kg/m3；L-钢丝绳提升长度；取824米；z B-钢丝绳公称抗拉强度，取1666MPa；门一提升容器的阻力系数，取0.015；f2一钢丝绳移动的阻力系数，取0.35；a 一斜井倾角24°；m—安全系数，取6.53) 钢丝绳选择通过计算钢丝绳的单位长度重量选择钢丝绳型号经查表选用钢丝绳参数为：直径◎ 31 mm，破断拉力总和596 kN， 单位长度重量388.3 kg/100m3.1.3天轮直径Dt由于井口场地较小，采用游动天轮可缩短提升机与天轮之间的距离；此外，由于提升机至天轮距离缩短，钢丝绳 的垂度小，能克服由于钢丝绳垂度过大而导致井口段矿车下放困难的弊端但是游动天轮的维护量大，工作可靠性差， 在使用时应加强维护和检修为了使游动天轮容易游动，当钢丝绳在天轮上围包角小于60°时，天轮直径：Dt340d=40X31 = 1240 (mm)；取 1400mm。

3.1.4提升机的选择(1) 卷筒直径DD=80d=80 X31 = 2480mm；D=12006 =1200X2=2400mm；(d——钢丝绳直径；6 ——钢丝直径)根据计算结果，经查表，选用标准卷筒直径为2500m；(2) 卷筒宽度B卷筒宽度B为B= H + 30 + (n +3)KD(d + £)= [ (H+30+ (4+3) n D)：kn Dp] (d+£ ) =1247 (mm)叫故选卷筒宽度为1500mm的提升机式中：H一提升长度(m)，按最大提升长度计算，824m；30一钢丝绳试验的备用长度，(米)；n‘一错绳圈，一般2—4圈，取4圈；3— 摩擦圈数；4— 每个月移动1/4周的备用圈数；£ 一绳圈间隙，取2mm；k一缠绕层数，根据《煤矿安全规程》规定，取3层；n 一钢丝绳缠绕层数，按3层计算；d一钢丝绳直径，31mm；D一卷筒直径，2500 mm；Dp一卷筒平均缠绕直径Dp：Dp=D+ k-^\4d2-(d +£ )2 = 2500+[ (3 — 1 )= 2]X4x312 — (31+2)2 =2553mm3) 确定减速器传动比根据选定的v = 3.14 m/s，在《煤矿固定机械及运输设备》表6—11中选用相近的速度为3.84m/s，则减速器的型号 为JSZ-2X550，传动比为20。

4) 选用提升机采用2JK-2.5X 1.5X20双筒提升机，重庆矿山机械厂生产，直径2500 mm，筒宽1500 mm，设备容许最大静张力 为90 kN，最大静张力差为55 kN，提升速度3.84 m/s，钢绳最大直径31 mm，3层钢绳长度1000 m，外型尺寸11600 mm X9600 mmX 3000 mm，电机功率310 kW，总重38540 kg，设备使用电压6000伏5) 最大静张力验算Fj= (Q1+Q2) (sina +f1 cosa ) + pL (sina +f2cosa )=(6500+5000)X(sin24° +0.015 cos24°) +3.88X824X(sin24° +0.4 cos24°) =7303 (kg)，即 73.03 kN式中：Q1-矿车货载质量，6500 kg；Q2—矿车质量，5000 kg；a 一斜井倾角，为24°；f1-矿车运行阻力系数，一般采用0.01〜0.015；p—钢丝绳每米质量，3.88 kg/m；L一钢丝绳长度，取824 m；f2一钢丝绳运行阻力系数，钢丝绳局部支承在地滚上，取0.25〜0.40；(6) 最大静张力差验算F 差=(Q1+Q2) (sina +f1 cosa ) + pL (sina +f2cosa ) -Q1 (sina -fl cosa ) =7303-2555=4748 (kg)，即 47.48 kN。

满足设备性能要求3.1.5提升电动机的预选(1) 提升电动机的功率NN= (KXF差XV 最大Xg)Xp H-1000q =245 (kW)K一功率备用系数，取1.1；F差一最大静张力差(kg)；V最大一最大提升速度，按3.5 m/s计算；p —动力系数，即动负荷影响的系数，取1.2；0 —传动效率，选一级传动0.922) 电动机转数_ 60 x v x i _ 60 x 3.5 x 20 _ 5343minn_ n x D 3.14 x 2.5 一(3) 选择电动机按照N、n及电压等级，经查表选用JR158-10型三相交流绕线型异步电动机，功率为310 kW，极数10，转速590 r/min3.2提升系统平纵断面设计3.2.1井口到井架的距离(L1)和井架高度(Hg)的计算井口到井架的最小距离 L1= (l1+ l2+ l3+ l4) cosa =28.64 m；井架最大高度 Hg= (l1+ l2+ l3+ l4) sina -Du/2=3.84 m3.2.2井架到提升机的距离为了减少钢丝绳与天轮边缘的摩擦，以及为了减少钢丝绳在卷筒上缠绕时因咬绳而产生的摩擦，《煤矿安全规程》 规定，钢丝绳外偏角不能超过1° 30'，内偏角在多层缠绕时不得大于1° 15'，根据绳偏角确定天轮至提升机的距离。

L，xmin= 2B + a - S - Y _ 2x1500 + 30 — 1800 — 1200 _0.6m2即1 2幻30,L，，xmin= S f - Y =1800~30 -1200 =13m2印2 2幻15，式中：按内外偏角计算后取其中大者作为最小弦长S一两天轮间距离，根据矿车宽度(1.5 m)及考虑矿车行走安全距离(30cm)，经计算为1.8 m；a一两卷筒内缘距离为30〜50 mm；Y一天轮游动距离最大为1550 mm，考虑天轮磨损范围，取1.2米a 1—外偏角，按多层缠绕计算，a W1° 30'；a 2一内偏角，按多层缠绕计算，a <1° 15'；B一卷筒宽度，1.5 m根据计算井架到提升机最小距离为13 m，同时考虑出绳角大于15°的最小要求，确定井架至提升机距离为：左线15.8 m3.2.3验证实际最大外偏角和最大内偏角2 Lx实际最大外偏角a 1 = arctg 2B + a - S - Y =0.026°<1° 10实际最大内偏角a 2=arctg S a Y =0.5°<1° 102 Lx故符合要求3.2.4提升机卷筒的下出绳角Hj-C0 Rt + R 8200 - 955 . 700 +1250P = arctg + arcsin _ arctg + arcsin Ls Lx & 15800 18260= 30° 45'。