CN111284282B - 中小型矿山斜井汽车单绳提升与配重的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属矿山提升运输技术领域：采用缠绕式双筒卷扬机，分别提升载重汽车和配重车；通过导向平台调节，实现汽车提升系统和配重提升系统的三种布置方式；与传统斜坡道汽车爬坡运输方案比较，能大幅度节约基建投资，并实现节能、降耗、清洁和安全生产。

Description

中小型矿山斜井汽车单绳提升与配重的方法

技术领域：

本申请属矿山提升运输技术领域。

技术背景：

现代矿山采用汽车开拓运输方式，正逐步成为技术主流；但是，传统的斜坡道汽车爬坡运输方式，随开采深度增大，越来越暴露出高能耗、高成本、高污染的弊端，以至采矿学界提出了汽车开拓运输方式的极限深度临界值——垂深200米；以卷扬提升取代汽车爬坡，是领域内有识之士的明智选择，但必须设置配重系统，才能实现真正意义的节能降耗。

《露天矿斜坡道汽车提升方式的装载配重与台阶布置方法》(专利号201810686459X)、《地下无轨采矿斜井提升汽车的方法》(专利号2018111810354)这两项专利技术都是用于卷扬机提升汽车的技术方案，一项适用于露天矿，一项适用于地下矿；但这两种方案选用的都是摩擦轮提升方式，载重端要增设台车，汽车横向放置；这两种技术方案的优点是提升能力大，中段调车方便，能适应于大型矿山；但其缺点也很明显，那就是开拓工程量大，基建投资大，增减行程时摩擦轮调绳困难；因此，这两种技术方案对提升量较小的中小型矿山来说，属于大马拉小车，存在不少浪费；《无轨运输设备的大坡度提升运输方法》(专利号ZL2012105675979)提出了缠绕式卷扬机单绳提升汽车的方案，但该方案无配重设施；而配重提升是节能降耗的最重要手段，无配重提升的方法难以适应节能需要。

本发明针对中小型地下矿山斜井提升运输，采用造价较低且安装使用方便的缠绕式双筒提升机，单绳提升汽车和配重；优点主要有：运行线路开拓断面小，设备设施造价低，节俭基建投资；增减行程时调绳方便，系统布置灵活，适应多中段生产和开拓；提升段采用电力清洁能源，极大降低了地下空气污染；这种单绳提升方式同样具备多绳摩擦轮配重提升系统的节能降耗、清洁安全等所有优势。

发明内容：

本说明书将导向平台向采场延伸部分称为提升段，将导向平台与提升卷筒之间称为牵引段；三幅图中标注符号1指示了导向平台的大致位置，导向平台由下导向轮2、上导向轮3、诸多托轮4和结构支架(未显示)组成；导向平台的作用是：调节提升段两条提升钢绳之间的水平间距和上下位置以适应各自运行线路，调节牵引段两条牵引钢绳之间的水平间距、上下位置和适宜方位以适应提升卷筒13的结构和布置；导向平台还能优化井口场地布局和车辆调度，比如：车辆可以在导向平台下穿行，以充分利用空间；汽车提升系统和配重提升系统的布置主要有三种形式，分别是：上下重叠布置、左右并列布置和分线交错布置。

图1表示的是汽车提升系统和配重提升系统上下重叠布置的一种形式；这种布置形式的特点是：汽车10在斜井8的底板上运行，配重车12在底板下的配重地沟9中运行，从而减小斜井开拓断面，节省基建投资；汽车可向斜井两侧甩车，与中段衔接方便；配重车一般采用轨道车，配重地沟需铺设承重盖板11，以方便汽车甩车；两幅坡顶导向轮7的规格要根据钢丝绳直径和导向包角来确定；为使汽车和配重车方便跨越坡顶导向轮，导向轮安装高度和两侧运行线路的超高需要合理调整。

图2表示的是汽车提升系统和配重提升系统左右并列布置的一种形式；这种布置形式的特点是：配重地沟为可选项，当设置配重地沟时，盖板上可布设人行道和管缆线路；当不设置配重地沟时，可以将配重车替换为另一辆运输汽车，互为配重；这种布置方式开拓断面较大，但两辆汽车互为配重时能显著提高运输能力。

图3表示的是汽车提升系统和配重提升系统分线交错布置的一种形式；这种布置形式的特点是：汽车提升系统和配重提升系统分别处在两条方位和坡度不同的斜井中；配重提升系统可以通过设置坡顶定滑轮组+配重车动滑轮组的组合方式，缩短配重车行程，节俭配重系统井建投资；汽车提升系统处在另一条独立巷道中，作业与维护方便；这种分线交错布置方式是通过改变配重钢丝绳在下导向轮的包角实现转向的。

以上三种布置方式中，提升卷筒可以选择任意适宜位置；提升钢丝绳与载重汽车都是直接挂钩连接的，汽车前后两端需加装挂车环；汽车与作业中段的衔接方式可用甩车道，也可用吊桥；汽车运输过程中车厢是倾斜的，路面若有颠簸，会产生漏矿损失，因此维护路面平整是非常必要的；另建议，采用《无轨运输设备的大坡度提升运输方法》(专利号ZL2012105675979)中提出的减少车厢漏矿损失的分节隔离的技术方案。

附图说明：

图1是汽车提升系统与配重系统上下重叠布置的侧向示意图，图中A是局部俯视(放大)示意，B——B是局部剖视(放大)示意；图2是汽车提升系统与配重系统左右并列布置的平面示意图，图中C——C是局部剖视(放大)示意；图3是汽车提升系统与配重系统分线交错布置的平面示意图；三幅图中，标注符号意义如下：

1——导向平台(位置)， 2——下导向轮， 3——上导向轮，

4——托轮， 5——汽车提升钢绳， 6——配重提升钢绳，

7——坡顶导向轮， 8——斜井筒， 9——配重地沟，

10——汽车， 11——地沟盖板， 12——配重车，

13——提升卷筒， 14——人行道扶手。

具体实施方法：

可行性分析：设汽车自重20吨，载重25吨，斜井倾角26.6°(坡率1:2)，配重净张力约145.5kN,按6.5倍安全系数(汽车有人驾驶制动，可不限制安全系数)，需钢丝绳破断力946kN,可选用钢丝强度1870MPa、直径38mm的钢芯钢丝绳，最小破断力961kN；提升机选用2JK-3.0/11.5型，功率900KW，提升行程970m，绳速6.6m/s；设备与安装总造价约250万元；斜井断面取宽×高＝3.3m×3.3m三心拱形，含地沟在内开拓断面约12㎡；按300m垂直深度，斜井筒长度约670m，总开拓量8040m³；开挖+支护按600元/m³计，井建总费用约500万元；井口、井筒建安+提升、配重全系统总投资可控制在1000万元内。如果建设常规汽车运输斜坡道，井巷工程总长度约需4000m，按均断面(含会车)约14㎡，总开拓量56000m³,运输线路的井建费用高达3000万元。

生产能力概算：按提升速度均6m/s，往返运行时间(670×2)/6≈233(s)，井口井底调车30×2＝60(s)，一个提升循环占时约5分钟；小时提升量25×(60/5)＝300(t/h)，日提升量6300(t/d)，年提升能力约为：6300(t/d)×330(d/a)≈200(万t/a)；即使再考虑到可能的生产影响系数(0.8～0.9)，年提升能力也能达到160万t/a以上，完全适应中小型矿山生产需要。

300m深度提升成本概算：卷扬提升+配重的综合效率按65％估算，能耗成本约为((10kN×300m)/0.65)/3600kJ/kWh×0.9(元/kWh)≈1.16(元/t)；常规汽车爬坡方式，发动机超负荷运转，黑烟滚滚，燃油浪费，测算全部驱动系统(发动机、减速箱、传动轴、蜗轮蜗杆、轮胎附着等)的综合效率约22％左右，载重效率25/45≈55.6％，总效率约12.2％，燃油单耗((10kN×300m)/0.122)/42000kJ/kg≈0.62(kg/t),油耗成本约5.0(元/t)；再考虑到汽车轮胎、配件和维修消耗，常规汽车斜坡道运输成本将达到8元/t，而卷扬配重提升的成本可控制在2元/t以内。

对于汽车提升系统与配重系统上下重叠布置的方式，是否能改用摩擦轮提升呢？理论上可行，但具体操作有诸多繁琐和不变；首先必需在平台增设锁绳器，否则摘钩调车时配重系统会跑车；其次，摩擦轮的多根钢丝绳不能单钩连接，致使连接器笨重；再就是不适于侧向甩车方式，灵活性差；因此，不推荐摩擦轮方式。

本说明书是以地下矿斜井运输为例进行的论述，技术方案同样适应于深凹露天矿的斜坡道运输；露天矿卷扬直接提升汽车时，汽车与中段平台的衔接方式及台阶布置要单独设计。

Claims (1)

1.中小型矿山斜井汽车单绳提升与配重的方法，其主要技术特征是：

采用缠绕式双筒卷扬机，分别提升载重汽车和配重车；将导向平台向采场延伸部分称为提升段，将导向平台与提升卷筒之间称为牵引段；导向平台的作用是：调节提升段两条提升钢绳之间的水平间距和上下位置以适应各自运行线路，调节牵引段两条牵引钢绳之间的水平间距、上下位置和适宜方位以适应提升卷筒的结构和布置；通过导向平台调节，实现汽车提升系统和配重提升系统的三种布置方式，分别是：上下重叠布置、左右并列布置和分线交错布置；上下重叠布置的特点是：汽车在底板上运行，配重车在配重地沟中运行，并可使汽车向两侧甩车，中段衔接方便；左右并列布置的特点是：配重地沟为可选项，当采用配重地沟时，配重地沟的占位可布设人行道和管缆线路，当不设置配重地沟时，可增加另一辆汽车互为配重；分线交错布置的特点是：汽车提升系统和配重提升系统分别处在两条方位和坡度不同的线路上，配重系统可以通过设置坡顶定滑轮组+配重车动滑轮组的组合方式，缩短配重行程，汽车提升系统处在另一条独立巷道中。