矿山大型提升设施缠绳挂罐施工工艺改进分析

矿山大型提升设施缠绳挂罐施工工艺改进分析

郭科峰

（中煤第五建设有限公司第五工程处   江苏省徐州市  220006）

摘要：随着我国矿井大规格钢丝绳、大型罐笼的应用，以往缠绳挂罐施工方法需要不断完善及改进，尤其对大型罐笼入井口立架方法、天轮平台的布置及加固、静张力差及钢梁计算、主提绳及尾绳敷设安装等细节应为重点关注，以减轻施工过程对建筑物和设备造成不必要的破坏，增加安全性，提高生产效率。本文通过对国家能源集团宁夏煤业羊场湾煤矿15、16采区副立井提升设施安装开展施工工艺研究，作者通过优化施工方案，重点解决大型罐笼到位及下放、钢丝绳定制较短下放不到位、钢梁布置及受力状况等关键环节和不利影响因素，制定了采用罐笼井口现场组装、提升设施主提升钢丝绳、尾绳分批次安装下放的方法，并制定了相应的安全措施。

关键词：矿山立井；提升设施；施工工艺

1引言

随着社会的不断发展，在各地新建、改扩建项目中大规格钢丝绳、大型提升机、大型罐笼的应用成为主流，这导致以往中小型提升设施中缠绳挂罐方法需要不断改进和完善，从而减少现场环境和周围建筑物对施工的不利因素，而且也可以减轻施工过程对建筑物和设备造成不必要的破坏，增加了安全性，节省了人力、物力和时间，提高了生产效率。本文主要针对国家能源集团宁夏煤业羊场湾煤矿15、16采区副立井提升设施安装开展施工工艺研究，以确保项目顺利安全施工。同时该工程甲方定制主提绳余量少不能满足设备直接到位问题，给施工带来了很大难题。

2研究的主要问题

2.1施工现场空间狭小情况下的罐笼吊装组装

由于大型罐笼结构复杂、外形尺寸及重量大，安装难度要求较高，一般都受到土建结构空间局限，从而给大型罐笼吊装安装增加了施工难度[1]。本工程现场周围建筑物已建成，作业空间较小，不适合采用罐笼整体倒运吊装施工，只能采用分件吊装倒运及在井口现场组装的方式。

2.2永久主提绳接力敷设安装

由于甲方在定制主提绳时一是没考虑现场实际施工工艺要求，二是减少长度节约成本，导致在实际施工时设备下方不到位，只能通过二次接力的方法实现。即下放平衡锤的4台稳车中有任意一台卷筒缠绳为5圈时停止下放，锁绳梁布置在井塔导向轮下方，用锁绳器将4根首绳锁紧。将首绳在稳车上全部退出，绳头用绳卡制成绳环，绳卡布置9付间距350mm。在稳车上缠绕其他与其匹配的钢丝绳，绳头用绳卡卡成绳环，钢丝绳与首绳绳环间采用32T卸扣连接，启动稳车下放到位。

2.3主提绳、尾绳分批次下放施工

由于设备设施重量较大，为确保施工设备、天轮平台作业安全，通过安全验算，采用先安装4根主提绳和2根尾绳，系统形成后，剩余的2根首绳及2根尾绳二次安装的方法。

3研究方法及可行性论证

因施工现场空间狭窄，同时罐笼外形尺寸及重量大，为保证安全施工，采用罐笼分件倒运、现场组装，主提绳、尾绳分批次安装的施工方法。即罐笼侧提升设施6根主提升钢丝绳均采用25t凿井稳车缠绕（先缠绕4根），每根绳头经井口套架大罐侧布置的天轮平台天轮导向引至井塔提升机大厅，经摩擦轮导向后引下至井口平衡锤侧，连接好悬挂装置并下放至井底指定位置，平衡锤下放到位后锁绳，披绳连接另一侧罐笼悬挂装置（连接首绳4根），提升机提升尾绳2根先行安装，剩余的2根首绳及2根尾绳二次安装。大大提高了施工效率。

3.1施工顺序

                           缠绳挂罐施工程序图

3.2主要施工方法

3.2.1稳车缠绳

绳盘轴孔穿入D100mm圆钢，用50t吊车将绳盘吊起，摆放到支架上。将绳头引至稳车上用绳压板固定牢固。开动稳车将钢丝绳紧密的缠绕在绞车摩擦轮上。缠绳时要在绳层间加设6mm厚隔绳板，稳车缠绳时除第一层外每缠绕1层加设隔绳板一次。同时每块隔绳板使用10#铁丝绑扎3～4道，且间距平均分布在稳车滚筒上，隔绳板互相之间间距控制在150mm以内。

3.2.2天轮平台布置

+17.9m处天轮平台布置（详见附图：+17.9m天轮平台布置图，尺寸单位：mm）

                               平台钢梁布置图

3.2.3平衡锤就位

平衡锤框架整体进场（不含配重设施），重约25t。平衡锤运到井口后，在平衡锤上盘首绳悬挂装置安装孔处与已布置好的2个16t卸扣与稳车绳连接，平衡锤底部布置绳套与吊车主钩连接。稳车启动缠绳将平衡锤向套架内牵引，吊车辅助投送直至平衡锤全部进入立架并稳固的竖立在棚罐钢梁上。用调度绞车将下盘的罐耳装置提起放置在下盘，人力搬动对正安装孔，使用螺栓固定牢固可靠。

3.2.4平衡锤下放

（1）稳车起动提起平衡锤拆除棚罐钢梁，稳车起动下落平衡锤当平衡锤上盘与井口一平时停止。

（2）在罐笼+3.8m处立架梁L4-1(箱型440x300x14x14)下布置钢梁，钢梁立架梁满焊固定，钢梁下安装Ø1.05m单绳悬吊天轮4台，天轮出绳点为宽罐笼的下绳点。

（3）将调度绞车钢丝绳由井口滑车转向后引入井塔大厅经提升机摩擦轮在引下至井口房配重侧，25t稳车缠绕的主提升绳经井塔1层窗户引入井口房内与调度绞车绳绑扎连接，连接长度不小于3m,绑扎点距离不大于600mm，绑扎点长度不小于200mm。调度绞车起动牵引主提升绳经摩擦轮引入井口房与首绳连接装置连接。

（4）起动稳车将首绳悬挂装置提起对正平衡锤的上盘的安装孔然后穿入销轴，四根首绳连接装置全部与平衡锤连接后稳车收绳张紧，用打压泵调整平衡油缸行程，同时将四根首绳逐一挂设编号牌。检查套架天轮平台上的天轮及稳车受力情况，受力可靠后开始准备平衡锤下放工作。

（5）平衡锤顶部安排2名施工人员佩戴对讲机（一用一备），安全带挂设在安全蓬栏杆上，井塔两侧的稳车收绳将平衡锤提起当下盘与井口起平时停止。施工人员用对讲机通知稳车起动下落平衡锤，根据平衡油缸活塞杆伸缩情况起停稳车，直至平衡锤下放到首绳需接绳位置。

3.2.5首绳接绳

首绳进场长度不满足平衡锤一次下放要求需接绳下放，下放平衡锤的4台稳车中有任意一台卷筒缠绳为5圈时停止下放，锁绳梁布置在井塔导向轮下方，用锁绳器将4根首绳锁紧。将首绳在稳车上全部退出，绳头用绳卡制成绳环，绳卡布置9付间距350mm。

在稳车上缠绕50m[φ54mm 6V×43-FC1770BZZ(SS)]钢丝绳（其他工程剩余），绳头用绳卡卡成绳环，钢丝绳与首绳绳环间采用32T卸扣连接，稳车启动张紧首绳。拆除锁绳器继续下放平衡锤，当平衡锤中部与井底车场平齐时停止。

3.2.6提升首绳锁绳

平衡锤下落至井底后通知井口进行锁绳准备，锁绳梁布置在井塔导向轮下放，用锁绳器将提升首绳锁紧。稳车点动退绳检查锁绳器工作状态，确保受力均匀提升绳无下滑，稳车将全部主提升绳退出。用调度绞车拆除井口天轮平台。

3.2.7大罐笼组装

（1）在大罐上方套架上+17.7m处布置临时天轮平台用于大罐组装工作。

（2）在大罐笼套架梁L4-1上布置4根I45b工字钢，工字钢与钢梁焊接固定，用50t吊车将大罐的上、中、下盘装载到平板车上倒运至井口房内用井口桥式起重机卸载。将宽罐笼下、中、上盘立放，放置时下部垫设道木。

（3）在下盘下方穿Ø32mm钢丝绳套3根，绳套绕下盘本体一周，绳环与井口夺料绳分别连接。下盘两侧吊点位于上部，中间吊点位于下部。用16t卸扣将稳车绳与罐笼下盘连接，稳车起动将下盘引入井筒套架放置在棚罐钢梁上。用同同样的方法将中盘及上盘吊装到套架内叠放。

（4）在首绳悬挂装置安装孔处布置3个50t卸扣与稳车绳连接，稳车起动将罐笼上盘提起约1.5m后停止，用调度绞车将罐笼立柱提起对正上盘的安装孔穿螺栓紧固。继续提升上盘当立柱螺栓孔与中盘对正时停止，尖锥对孔穿螺栓紧固。稳车继续提升安装底盘与立柱连接。

3.2.8首绳与大罐笼连接

用调度绞车将首绳悬挂装吊起与大罐连接，为防止悬挂装置倾倒可在套架布置手拉葫芦牵拉扶正，4个首绳悬挂装置全部安装完成后，依次拆除首绳锁绳器，拆除一根首绳锁器连接一个首绳悬挂装置。

3.2.9尾绳安装

在井底车场将尾绳悬挂装置与尾绳用绳夹卡固可靠，按随机资料要求每个绳头布置尾绳夹板3组，每组间距300mm。绳头引向井底套架方向。

在井筒下部钢梁上用木板搭建施工平台，木板满铺与立架梁间用8#铁丝绑扎固定。用已经下放到位的稳车绳将尾绳绳头吊起下放到施工平台上，在平衡锤底部挂设一台3t手拉葫芦。用手拉葫芦将尾绳悬挂装置吊起安装到平衡锤底盘上，穿好定位固定销。

两根尾绳与平衡锤连接完成后人员撤离施工平台，与井口人员联系开始平衡锤提升作业，以检修速度向上提升在提升过程中井底施工人员人力转动绳盘向井筒方向送绳。绳捆送绳速度略大于提升机提升速度，防止尾绳受力拉扯变形。

平衡锤提升至井口设计位置后停止，此时大罐笼已下放至井底。用测量工具均等截取平衡尾绳实际需求长度，并割炬切割尾绳。井底车场内的施工人员用稳车将尾绳全部下放至检修平台上，在向罐笼上方牵引。当尾绳悬挂装置提升至安装部位后用手拉葫芦牵拉与大罐笼尾绳悬挂装置连接。

3.2.10剩余首绳及尾绳安装

用同样的方法安装剩余的首尾绳。

3.3可行性论证

通过对施工方案的深化设计，并进行了计算验算，本施工方案满足安全要求，同时更有利于加快施工进度，保证施工质量。相关验算如下：

3.3.1尾绳安装时提升机最大静张力核算

已知罐笼平衡锤58000kg（含6套首尾，4套尾绳悬挂装置、滚轮装置、配重）,第一次提升2根尾绳，尾绳18.474kg/m。下放时只安装4套首绳悬挂装置1879kg/套，不放置配重装置27t。利用平衡锤提升尾绳时罐笼与平衡锤间的首绳相互抵消重量。

最大静张力差出现在平衡锤提升尾绳至井口时。

平衡锤   G1=58000-27000-1879×2+2×18.474×569.5=48283kg

罐笼   G2=58000-1879×2=54242kg

最大静张力差N=(G1-G2)×9.8=58389.5N ≈58.4KN

N小于钢丝绳最大静张力差500KN  满足提升要求。

3.3.2罐笼平衡锤下放天轮平台钢梁强度核算

已知:天轮轴心距地面高度为3m，稳车距离井筒中心线50m，钢丝绳仰角轻微，不平衡系数1.2，动载系数1.3。

天轮载荷：

N=（平衡锤整体重量-配重+首绳重量）×9.8

=[58000kg-27000kg+11.653kg/m×(42.5+569)×4]×1.2×1.3×9.8=909.7kN

工作天轮最大载荷909.7kN÷4=227.4KN

竖向荷载和水平荷载V=T=S=227.4KN

天轮公用钢梁的竖向荷载和水平荷

V=(V+Q)=(227.4+7)=234.4KN

T=227.4KN

Q为天轮重量670Kg，取7KN。天轮轴心高度为120㎜

按工作荷载计算。

1）按照弯曲强度条件试选截面：

Wx≥1.2Mmax/C[σ]=1.2×234.4×106/（0.9×210）=1488.2㎝3

试选I45b，主要数据为：

B=15.2㎝ d=1.35㎝  A=111㎝2  WX=1500㎝3  Ix=33760㎝4 Ix/Sx=38cm

σmax==[(227.4×1000)÷(0.9×111×100)]+[(247×106)÷(0.9×1500×1000)]=205.7N/mm2＜[σ]=210N/mm2

τmax===48N/ ㎜2< [τ] =125N/㎜2安全

刚度验算：

 ===3.2×10-4＜[]=安全

                                     受力分析图                               

4研究结论与分析

大型提升设施缠绳挂罐施工方案在经过科学计算并经现场实际施工验证，整个施工工艺达到了设计要求和施工工期及质量要求，安全高效的完成了大型提升设施缠绳挂罐安装施工，工程质量得到了保证。

在施工方案制定时，充分考虑了采用施工设备及永久设备受力及静张力差、大型罐笼井口现场吊装及组装作业、主提绳二次接力等关键部位工序的把控，同时加强现场统一的调度指挥，最终顺利的完成了缠绳挂罐施工，得到了矿方的一致肯定。

5应用前景

本工程采用首、尾绳分批次施工、罐笼现场组装施工工艺，可应用与箕斗、其他大型设备吊装下放的安装施工，还可推广到其他钢丝绳更换、罐笼箕斗更换施工中，当施工现场空间狭小时更能发挥其优势，值得推广和应用。

参考文献

[1] 谌喜华；李凤敏；周王宝.浅谈煤矿立井提升系统缠绳挂罐（箕斗）的工艺和方法[J].能源技术与管理,2012(2):94-96.

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