立井可伸缩式罐道接头宣传材料

1、矿山特殊结构新技术立井可伸缩式罐道接头的结构及其应用中国矿业大学建筑工程学院立井可伸缩式罐道接头的结构及其应用1 概述在我国华东地区的兖州、淮北、徐州和大屯矿区，河南的永夏矿区，相继出现了多个立井井筒井壁破裂现象，它们对矿井的正常生产造成了很大的影响。为防止立井井壁发生破裂，必须改进井壁结构，使立井井壁具有“抗”、“让”或“抗让结合”的特性，以承受土体下沉而产生的垂直附加力的作用。立井可缩性井壁结构具有“抗让结合”的特性，其主要表现是该结构在竖向“让”、横向“抗”，可有效地承受垂直附加力的作用，防治立井井壁的破坏。因此在深厚表土层中的立井井筒，采用可缩性井壁结构是一种极为有效的防治井壁破裂的措

2、施。但是，由于立井井筒内一般都布置有提升设备及提升设备的导向设施即井筒装备，井壁发生变形势必使井筒装备结构产生变形或位移，这一现象对提升容器的正常运行是十分不利的。因此必须研制适应井壁变形的井筒装备新结构。矿山立井井筒装备是指布设在整个立井井筒内的空间结构物，一般分为刚性井筒装备（刚性罐道）和柔性井筒装备（钢丝绳罐道）两种。刚性井筒装备主要包括罐道和支撑罐道的罐梁（或托架）、井底支承结构以及梯子间等，其中罐道是矿井提升容器运行的导向体，是井筒装备的主要组成部分。在矿井开发早期，由于开采深度浅，提升能力小，因而都采用木质罐道或钢轨罐道，提升容器的提升速度较低。随着钢丝绳断绳防坠器的研制成功，进入

3、20世纪60年代后，普遍开始采用钢轨罐道，但由于钢轨的侧向截面系数小，刚度低，容易造成提升容器运行时的侧向剧烈摆动，影响矿井的正常提升工作，因此从20世纪70年代以后，开始推广使用矩形截面罐道，以提高提升容器在运行时的稳定性。目前我国在深井、高速、重载的提升条件下，主要采用型钢组合罐道、球扁钢组合罐道和整体轧制罐道。近几年来，为解决井筒装备的防腐问题，还研制出了具有高强、耐腐、耐磨的钢玻璃钢复合材料罐道，井下防腐年限达到30年以上，并已在我国许多矿井得到推广使用。随着材料科学研究的大力发展，积极地推广和使用整体轧制罐道以及复合材料整体罐道将是今后我国刚性井筒装备发展的主要方向。我国刚性井筒装备

4、发展各阶段特征表阶段井 深提升方式终端荷载提升速度罐道结构及 布 置罐梁结构及 布 置导 向装 置设计计算依 据第一阶段400m单绳缠绕式提 升800m多绳摩擦轮提 升400kN1418m/s组合罐道整体罐道端面布置型钢组合罐梁整体罐梁无罐梁布置桁架布置胶轮滚动罐耳水平力为确保立井井筒提升容器的安全运行，必须保证导向罐道接头具有良好的平滑度，我国立井井筒装备罐道接头过去一直采用普通平接的方法，即将相邻的两根罐道采用螺栓与罐梁（或托架）连接，并保持罐道接头的平整。这种传统的罐道联结方式在立井井壁发生变形时会随之产生变形，罐道的平行度和垂直度都无法得到保证，使提升容器运行时产生严重的摆动和卡罐事故

5、，影响矿井的正常生产，严重时甚至威胁着矿井提升工作的安全。因此，积极地研制具有可伸缩的罐道接头连接方法，改进罐道结构，使罐道在纵向可伸缩变形，以适应立井井壁在发生竖向变形时，仍可保证罐道的连续性和罐道的垂直度和平行度，对确保矿井的正常生产和提升工作的安全具有十分重要的现实意义。2 立井可伸缩式罐道接头的结构中国矿业大学建筑工程学院井筒装备科研小组自20世纪80年代以来，长期致力于井筒装备的结构及其设计理论的研究工作，并取得了许多重大的科研成果，主要包括：淮北矿务局芦岭煤矿主井井筒装备的治理研究，19861987；兖州矿务局东滩煤矿副井井筒装备强度校验，19881989；三河口副井砼锚杆固定井筒

6、装备可靠性研究，19901991； 6米层间距井筒装备结构的研究，19881992；耐腐、耐磨、高强复合材料罐道在立井井筒中的应用研究，19911997；刚性井筒装备质量检测装置的研究，19921995；深立井刚性井筒装备设计理论与计算方法的研究，19911995； 34T箕斗井井筒装备截面优化设计，19951996；刚性井筒装备动力响应模拟试验研究，19951996；济宁二号煤矿主井井筒装备水平力实测与分析，19981999；许楼副井井筒装备质量检测技术研究，20002001；立井提升容器滚动罐耳的开发，19992002。目前拥有国家实用新型专利发明专利3项，获得省部级以上科技奖励5项，出版

7、有专著立井井筒装备，发表相关的研究论文25篇以上。近年来，针对华东地区的立井井筒井壁破裂现象所造成的井筒装备结构变形严重影响矿井提升工作的情况，积极地开展可伸缩井筒装备新结构的研究工作，并且取得了满意的成果。对目前国内普遍采用的型钢组合罐道、整体轧制罐道和钢玻璃钢复合材料罐道，设计出了一种插接式的立井可伸缩罐道接头联结方式（专利号：ZL 03258874.7）。当立井井壁在垂直附加力作用下产生变形时，采用这种插接式可伸缩罐道接头联结时，罐道会随之产生伸缩变形，保证罐道导向的连续性，罐道的垂直度和平行度不变，确保了井筒内提升容器的安全运行。插接式的立井可伸缩罐道接头的基本结构如图1所示，该结构由

8、固定接头、滑动接头和可伸缩接头组成。对于固定接头，罐道与相邻罐道之间及罐道与罐梁（或托架）之间均采用固定螺栓实行固定连接，以确保结构的强度和刚度；对于滑动接头，罐道与罐梁（或托架）之间采用压紧螺栓实行滑动连接，以保证在固定接头与滑动接头之间的井壁产生变形时，罐道可在滑动接头处移动，将变形下传至可伸缩接头；对于可伸缩接头，上部罐道与下部罐道之间采用插接，罐道与罐梁（或托架）之间采用压紧螺栓实行滑动连接，这样，从固定接头到可伸缩接头之间的井壁变形都可传递到可伸缩接头上来。图1 立井可伸缩罐道接头的基本结构1罐道插座；2罐道插头；3罐道；4压紧螺栓；5罐梁或托架；6固定螺栓；7插头内芯当井筒装备罐道

9、只考虑压缩时，这时可缩罐道接头的设计可以简化，一种方法是仍将接头安设在罐道与罐梁（或托架）的连接处，将插头和插座分别焊接在上下两根罐道上，见图2a，这种方法安装时比较困难，并且罐梁（或托架）需要改造。另一种方法是将可伸缩罐道接头安设在一根罐道上，在压缩量较小时，通常100mm以内，可不必设置附加的紧固装置，直接改造托架或连接板即可；如果压缩量较大，考虑到罐道必须具备一定的强度和刚度，这时可在伸缩接头内增加一钢管内芯，见图2b，制作成可伸缩罐道，该罐道尺寸与正常罐道一样，安装也很方便。如不增加钢管内芯，也可在伸缩接头上方增设一道固定装置，见图2c，这时会增加安装工程量。 （a） （b） (c)图

10、2 立井可伸缩罐道及接头的结构与安设方法立井井筒装备可伸缩罐道接头的伸缩量可以根据预测的井壁变形量进行设计，而可伸缩罐道的钢管内芯或者可伸缩罐道接头或滑动罐道接头的压紧螺栓，必须根据罐道的实际承载能力和罐道的强度与刚度条件进行设计，以适应井壁发生变形时罐道具有足够的强度和刚度，同时可与井壁同步产生变形，从而既保证了罐道的可伸缩变形，又保证了罐道具有足够的强度和刚度以承受提升容器运行时产生的水平力作用，保证井筒提升工作的安全。3 立井可伸缩式罐道接头的受力性能立井可伸缩罐道接头安设在相邻两根罐道的连接处，同时与罐梁（或托架）连接。根据井筒装备罐道的受力特点，当提升容器沿罐道运行时，由于罐道间隔一

11、定的距离安设在罐梁（或托架）上，罐道沿井筒深度呈现有规律的变刚度特性，从而造成罐道在与罐梁的连接处所受到的水平荷载较大。国内外有关井筒装备水平力的实测和研究表明，罐道与罐梁连接处、罐道与罐道连接处（同时也是罐道与罐梁连接处）所承受的水平力最大。最大水平力的大小与提升终端荷载、提升速度和罐梁层间距有关，其计算公式如下： (1)式中 Pmax 水平力的最大值，kN； Q 提升终端荷载，kN； V 提升速度，m/s； H 罐梁层间距，m；k，a，b，c 水平力计算确定系数，对于浅井，主要是采用钢轨作罐道的井筒装备，k=1/12，a=1，b=0，c=0（即德国经验公式）；对于中深井，主要是采用矩形截面

12、钢罐道的井筒装备，k=0.134，a=0.121，b=0.960，c=-0.035；对于深井，主要是采用矩形截面钢罐道的井筒装备，k=0.427，a=0.256，b=0.926，c=-0.150。根据目前我国矿山立井井筒的提升条件，井筒装备所承受的最大水平冲击力约为15.040.0kN，立井可伸缩式罐道接头必须能够承受该荷载，才能确保提升工作的安全。通过对200200mm罐道所配可伸缩罐道接头进行承载性能试验发现，可伸缩罐道接头的承载力取决于可伸缩罐道内部插芯的承载能力。因而在工程设计中，只要满足插芯或钢管内芯的强度与刚度，即可满足罐道的承载能力，也就可满足井筒装备的正常工作，确保井筒的安全正

13、常提升。4 立井可伸缩式罐道接头的应用图3 立井可伸缩罐道1方管罐道；2罐道连接板；3可伸缩接头插座；4插齿；5内部套管6滑动套立井可伸缩式罐道接头在实际工程中的实现比较方便，对于新建矿井，可以根据预测的井壁变形量和变形部位，设计可缩性井壁结构，在设置可缩井壁结构附近设置安装可伸缩式罐道接头。对于已建矿井，应首先分析井壁出现垂直变形的部位，并预测井壁可能产生的变形量，然后在该预测部位的上下一定距离内安装可伸缩式罐道接头，以适应井壁发生变形时罐道产生的变形。可伸缩式罐道接头可以与罐道加工制造成为一体，制作成一根可伸缩罐道（图3），这对井筒内可伸缩式罐道接头的安装工作来讲可得到大大地简化，具有十分

14、明显的技术经济效益。立井可伸缩罐道接头的安装工作需要根据安装井筒的实际条件综合考虑进行组织。对于新建井筒，其安装工作与井筒装备安装同时进行，不必另行组织。对于生产矿井，其组织工作比较复杂，因为安装工作必须尽可能地减少对生产的影响，具体安装程序如下：认真做好安装前的准备工作，编制好施工技术措施；安装前将罐道及接头等设施搬运到井口，并进行编号标识，明确安装位置；同时做好罐道安装所需的临时提升、临时工作台以及电、气、焊、割等各种设备、工具还有信号控制等工作。利用井筒检修时间或专门安排的安装时间进行安装，安装前首先停止提升，将安装的设施和工具等运送到安装地点。在安装地点利用提升容器上部平台作为工作台，

15、拆除一侧原有罐道，有条件时利用临时提升直接运送至地面。布设测量垂线，改装罐道梁（或托架），再从下向上安装罐道，固定罐道，调整罐道的固定螺栓紧固力，完成一侧罐道的安装。重复，完成另一侧罐道的安装。采用同样的方法完成其它可伸缩罐道接头的安装。可伸缩罐道接头的安装工作在生产矿井主要由从事井筒罐道维修的专业工人进行，通常，每个小班可完成一副接头的安装，当井筒布设一套提升，安设4副可伸缩罐道接头时，组织得好，12天可完成全部的安装工作。在安装工作中，中国矿业大学建筑工程学院井筒装备科研小组可派技术人员进行指导安装工作。矿山立井井筒装备采用可伸缩式罐道接头，可以较好地解决冻结井筒井壁下沉变形引起的井筒装备罐道变形的问题，罐道接头的伸缩量可根据实际需要