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我国大型深井提升机械的研究现状及发展趋势 井开发和开采前的矿提升源需要很多时间，其中一个数量应该增加。大飞长受随国速关,着的发注促矿矿展。使山山,我开开我国采采国地深深对下度度矿矿的已产产增经资资加达源源,到的的深2 500~4 000 m,南非计划开采深度达6 000 m。我国矿山的平均开采深度在500 m左右,随着浅层矿产资源的消耗,未来开采深度必然会达到1 000~2 000 m。以目前本溪大台沟铁矿为例,其一期规划产能为3 000万t/a,二期规划产能为6 000万t/a,最终计划提升深度达2 000 m。 1 000~2 000 m深度资源的开发利用是一个系统工程,包括采矿方法、支护措施、地温控制、地震控制、提升机械以及掘进设备等各个方面内容,适合千米深井及超千米深井使用的提升机械必不可少。 1 单筒和双筒式提升机 对于深井提升,竖井提升比斜井或带式输送机等方式更为有效,同时,由于深井开采费用与浅井开采相比增加显著,为保证开采的经济性,必然要提高产量,这对提升机械的单次提升量也提出了更高的要求。 目前,我国深井提升多采用单绳缠绕式提升机(单筒和双筒)和多绳摩擦式提升机。根据国家标准GB/T20961—2007《单绳缠绕式矿井提升机》以及GB/T10599—2010《多绳摩擦式矿井提升机》,最大规格的单筒缠绕式提升机为JK-4.5×3型,其提升高度为1 207 m;最大规格的双筒缠绕式提升机为2JK-6×2.5型,其提升高度为920 m。国内多绳摩擦式提升机一般不推荐在深度超过1 200 m的情况下使用,否则会因钢丝绳张力变化过大而影响钢丝绳的使用寿命。如在提升高度为1 100 m的冬瓜山铜矿使用的JKM-4.5×6(Ⅲ)-(DGS)型多绳摩擦式提升机,其钢丝绳寿命只有3个月左右。因此,我国现有的提升机械并不能满足2 000 m左右超深井的提升需要。 2 影响中国深度机械发展的因素 从提升机械的设计角度考虑,影响我国深井提升机械发展的因素主要有钢丝绳的安全系数、缠绕层数、公称抗拉强度和提升容器的容器系数等。 2.1 受的最大静拉力 我国钢丝绳的安全系数定义为:实测的合格钢丝绳拉断力的总和与其所承受的最大静拉力(包括绳端载荷和钢丝绳自重所引起的静拉力)之比。 国外(如加拿大和南非等国)钢丝绳安全系数定义为:钢丝绳的破断拉力与其所受的最大静拉力(包括绳端载荷和钢丝绳自重所引起的静拉力)之比。 2.1.1 超米地层提升中拉伸系数的优化 我国《煤矿安全规程》第376条规定,各种用途的钢丝绳在悬挂时必须满足一定的安全系数。对于单绳缠绕式提升机而言,其钢丝绳安全系数如表1所列。 上述安全系数规定在我国已经采用了多年,在矿井开采深度不深的情况下取得了很好的效果,但是对于2 000 m左右的深井提升,6.5的安全系数限制使得提升机械的设计单位在设计和使用单绳缠绕式提升机时不得不选用超大规格的钢丝绳。倘若钢丝绳的安全系数能适当减小,则可选择更细的钢丝绳,单绳缠绕式提升机的规格也将相应减小。 目前我国在超千米深井提升中钢丝绳安全系数的研究尚处于初级阶段。国内已有研究显示,随着提升深度的增加,钢丝绳的安全系数可以有一定程度的减小,但并未指出在深井提升中,钢丝绳的安全系数应以何种方式或者何种系数减小,以及钢丝绳安全系数减小后的注意事项。 2.1.2 钢绞绕式提升机组成2. 国外如加拿大的《Ontario Occupational Health and Safety Act》规定,在竖井提升中采用如下钢丝绳安全系数:在与提升容器或平衡物结合处,钢丝绳安全系数不得小于8.5;在载荷精确的情况下,钢丝绳与提升容器或平衡物结合处,钢丝绳安全系数不得小于7.5。当提升容器或者平衡物在其正常行程中的最低处时,在钢丝绳离开天轮处,钢丝绳安全系数不得小于5.0,但此安全系数不适用于竖井提升。 竖井提升中,钢丝绳离开天轮处的安全系数为 式中:H为钢丝绳从矿井阁间到天轮的最大长度,m。 同时,在钢丝绳与提升容器的结合处,当载荷精确时,应满足 在载荷不精确的情况下,应满足 式中:Qz为提升容器自重,t;Q为提升容器的有效载荷,t;g为重力加速度,m/s2;F0为钢丝绳的最小破断拉力,k N。 对于该安全系数的规定,需要注意的是,计算安全系数的依据是钢丝绳的破断拉力,而非钢丝绳的破断拉力总和。 当矿井运输装置在其正常行程中的最低处时,在钢丝绳离开天轮处,钢丝绳在安装时具有不小于从式(1)得出的破断拉力。 单绳缠绕式提升机采用公称抗拉强度为1 770MPa的40 mm 6Q×19+6V×21型钢丝绳进行竖井提升时,在国内安全规程和加拿大安全规程规定下的提升载荷与提升高度比较如图1所示。可以看出,在深井提升时,采用同样规格和强度的钢丝绳,在我国安全系数规定下,单绳缠绕