某金矿超深竖井井筒装备方案探讨

关键词：超深竖井；刚性罐道；钢丝绳罐道；方案比较
中图分类号：TD26
文献标识码：A
文章编号：1004-7344（2015）32-0178-02
1 概述
某金矿是目前其上属黄金集团拥有的主力生产矿山之一，矿区自 1976 年建矿以来，经多期改扩建，现已形成斜井、明竖井、盲竖井、斜坡道 等多种开拓方式共存的局面。2010 年其上属黄金集团成功收购新的黄金 资源并增大了探矿权，新增资源由该金矿建设开发，该金矿以此为契机， 适时地提出了综合改造的改扩建计划。该金矿改扩建工程经综合技术、
2015 年 11 月
某金矿超深竖井井筒装备方案探讨
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
庄永晓， 刘荣乐， 王清来 中国瑞林工程技术有限公司 江西南昌 330031
大科技 Super Science 2015(32)
参考文献(4条) 1.于润仓,主编.采矿工程师手册(第1版)[M].冶金工业出版社,2009,3. 2009 2.史天生,王东权,刘志强.深立井刚性井筒装备的发展与展望[J].煤矿设计,1997(12). 1997 3.《有色金属矿山井巷工程设计规范》(GB50915-2013)[S]. 2013 4.王清来.深竖井刚性罐道设计的改进[J].有色冶金设计与研究,1996,6. 1996
撒矿的冲击危害。新主井井筒深度为 1317m，箕斗提升终端荷载 68t，提 升速度 16.13m/s，其井筒深度和提升工况在国内大型矿山中尚无实际应 用先例。
新主井井筒设计深度达到 1317m，目前关于深井开拓，各国对深井 划分不一。南非把 1500m 的矿井称为深井，前苏联将矿井划分为三级： 300～1000m 为中深；1000～1500m 为深井，2500m 以上为超深井[1]。我国尚 未有规程规范对此进行明确的划分，本文采用中国矿业大学史天生教授
刚性罐道由罐道和罐道梁互相刚性地连接在一起，沿井筒全深度设 置，作为提升容器安全运行的导向。在深井、超深井提升刚性罐道井筒装 备中，按国内目前的井筒装备水平，往往提升速度是制约深井、超深井采 用刚性罐道的主要因素。据调查，目前国内千米深井采用刚性罐道最大 提升速度大多在 13m/s 左右。南非某设计公司设计并生产运行的超千米 深井，采用刚性罐道的提升速度达到 18m/s 左右的井筒比比皆是。相比国 内刚性罐道井筒装备其主要改进方面有以下几点：①罐道梁一般采用矩形 方钢形式，罐道采用顶帽形罐道（截面形式见图 3）[4]。矩形方钢罐道梁水平 和垂直方向截面系数都较大，而顶帽形罐道其截面和国内常用方形冷弯空 心型钢在规格类似情况下各项技术参数也接近。但顶帽形罐道具有安装简 单、除锈防腐处理方便、安装精度高等优点，此种形式的罐道目前在国内尚 未见使用。②罐道梁托架采用井壁预埋钢板的形式（见图 4），将钢板（钢 板一面焊有生根钢筋）按设计要求位置埋设在井壁内，在进行井筒装备 时，再将罐道梁托架通过外露螺栓固定在预埋钢板上。③井筒装备几乎 全部采用螺栓连接，各连接处不需施焊，避免了因焊接温度高而发生的 钢板变形现象。④安装精度高。井筒装备连接处开孔基本采用圆形开孔， 对井筒装备各构件的定位要求较高，罐道安装的垂直度要求较高，保证 了提升设备运行的平稳。
地质·勘察·测绘
某金矿超深竖井井筒装备方案探讨
庄永晓 刘荣乐 王清来
（中国瑞林工程技术有限公司 江西 南昌 330031）
摘 要：结合某金矿新主井井筒装备方案设计，对超深竖井在大荷载、高速度条件下的刚性罐道和钢丝绳罐道井筒装备，探讨了超深
竖井装备问题和设计思路，以期对类似条件下的井筒装备选择具有一定的借鉴意义。
综上所述，该金矿新主井在目前技术条件下，国内尚无正在运行的 工程实例可以借鉴和类比，新主井采用刚性罐道和钢丝绳罐道均可，但
图 1 刚性罐道井筒断面图
图 2 钢丝绳罐道井筒断面图
表 2 井筒装备方案比较表
序号 项目
方案Ⅰ
方案Ⅱ
Ⅰ-Ⅱ
箕斗采用钢丝绳罐道，罐笼 箕斗及罐笼均为刚性罐道。
为刚性罐道。箕斗与罐笼之 箕斗与罐笼之间设封闭板。
收稿日期：2015-6-12 作者简介：庄永晓（1982-），男，工程师，主要从事矿井建设工程设计与研 究。
图 3 顶帽形罐道截面图
3.3 超深竖井井筒装备罐道形式方案选择问题 井筒装备按罐道结构形式的不同，主要分为刚性罐道和钢丝绳罐
道，在深竖井井筒中这两种形式也均有采用。而在箕斗主井井筒装备方
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地质·勘察·测绘
无应用实例，其提升运行存在一定的风险性，笔者认为新主井采用刚性 罐道技术可行、经济合理且运行更安全可靠。
3 超深竖井装备问题及探讨
3.1 超深竖井钢丝绳罐道提升容器的安全间隙问题 钢丝绳罐道是利用钢丝绳作提升容器运行的罐道，罐道绳的两端在
井上和井底用专用装置固定和拉紧，井筒内不需设置罐道梁。根据《有色 金属矿山井巷工程设计规范》（GB50915-2013）第 4.2.2 条的规定，采用钢 丝绳罐道的井筒，竖井提升容器之间最小间隙为 450mm（设防撞绳时，容 器之间的最小间隙为 200mm），容器与井壁或井梁之间最小间隙为 350mm[3]。此条规定的数据，沿用了几十年一直没有变化。而随着竖井井 筒深度的增加，尤其是深井、超深井的范畴，此条规定已不具备实际指导 意义。而《规范》第 4.2.4 条规定“竖井深度、提升终端荷载、提升速度大的 井筒，采用钢丝绳罐道的安全间隙应适当加大[3]”。在条文说明中对此条 解释为“井筒深度、终端荷载及提升速度与罐道绳摆动幅度之间的关系， 目前尚无完善的计算公式。对于千米以上的深井，其最小安全间隙加大 多少为宜，目前尚无法给出确切数值。有观点认为井筒深度在 1000～ 1500m 时，容器与井壁之间的间隙宜加大 100～150mm，容器与容器之间 不设防撞绳时宜加大 150～250mm；超过 1500m 时，容器与井壁之间的间 隙加大值不应小于 150mm，容器与容器之间不设防撞绳时加大值不应小 于 250mm[3]”。笔者认为条文说明中的最小间隙加大值，仅仅根据井筒深 度增加而相应加大间隙，对井筒断面的配置也不具备实际指导意义。根 据瑞典、原西德、美国及原苏联等国家对钢丝绳罐道最小安全间隙的规 定，以及国内生产运行的几条井筒深度在 1100m 左右的钢丝绳罐道井 筒，笔者认为超深竖井钢丝绳罐道最小安全间隙主要和井筒深度、终端 荷载、提升速度、提升设备、电控设备、提升容器是否对称、井筒装备安装 水平及是否偏载运行等因素相关，无法用计算公式进行确切计算，在不 同工况条件下其中某个因素可能会起到决定性作用。目前，对深竖井钢 丝绳罐道提升容器最小间隙取值，各大型设计单位均有自己的经验取 值。新设计超深竖井钢丝绳罐道提升容器最小间隙取值按照不同工况条 件，可采用工程类比、动态模拟辅以不同理论计算验证的方式进行取值。 3.2 超深竖井刚性罐道井筒装备相关问题
4 结语
通过对某金矿新主井井筒装备方案的探讨，笔者认为在超深竖井井 筒装备方面，采用刚性罐道结构形式，从设计到施工都具有进一步探讨 与提升的空间。而新理念、新工艺的推动与实施需要建设单位、设计单 位、施工单位等认识一致、密切协作才有可能实现。希望借此文章，起到 一个抛砖引玉的作用，得到各位同行的探讨与指正，并借此推进我国超 深、特深竖井设计与施工技术的进步。
刚性罐道的磨损和罐道的材质、加工制造水平、井筒装备的安装施 工水平密切相关，而南非在深竖井、大荷载、高速度的情况下有大量刚性 罐道应用的成功实例，因此本项目通过和南非某著名的矿山设计公司沟 通咨询，引进南非井筒设计技术，做了新主井刚性罐道和钢丝绳罐道的 技术经济比较，刚性罐道与钢丝绳罐道井筒断面图详见图 1~2，表 2。
可比井筒装 3 备钢材量（t）
762.82
1323.23
560.41
可比罐道 4 绳、重锤
8 根罐道绳、8 个重锤
-
可比投资 5 （万元）
16655.80
13869.695
2786.1 1
①井筒断面布置间隙较小，
井筒结构及安装相对简单，井筒工程量小；②提升钢丝
6 优点 节省钢材，施工工期相对较 绳使用寿命长、提升容器运
的提法，根据我国竖井井筒工程和凿井技术与凿井装备的难易程度，一
般将井筒划分为五类（见表 1）[2]。
表 1 竖井井筒深度的划分
类别
名称
井深（m）
备注
第一类
浅井
＜300
第二类
中深井
300～800
第三类
深井
800～1200
第四类
超深井
1200～1600
第五类
特深井
＞1600
由表 1 可看出，该金矿新主井属于超深井范畴，新主井井筒装备在 设计过程中存在刚性罐道和钢丝绳罐道选择问题。据了解，目前国内金 属非金属矿山千米深井已投产运行的大多采用钢丝绳罐道，井筒深度在 1100m 左右，钢丝绳罐道在千米深井应用中存在井筒断面布置间隙较 大、进而造成井筒工程量大，提升钢丝绳扭转变形大，钢丝绳更换频繁等 问题。煤炭系统千米深井大多采用刚性罐道（矩形方钢），但是最大提升 速度大多在 13m/s 左右，使用过程中罐道磨损也相对严重，而该金矿新 主井提升速度达到 16.13m/s，终端荷载 68t，据调查显示，在国内深井矿 山中尚无使用先例。 2.2 新主井井筒装备方案优选
基 金 项 目 ： 江西省科技支撑计划项目（20111BBE50031）。
参考文献 [1]于润仓，主编．采矿工程师手册（第 1 版）[M]．冶金工业出版社，2009，3． [2]史天生，王东权，刘志强．深立井刚性井筒装备的发展与展望[J]．煤矿设 计，1997（12）． [3《] 有色金属矿山井巷工程设计规范》（GB50915-2013）[S]． [4]王清来．深竖井刚性罐道设计的改进[J]．有色冶金设计与研究，1996，6．
1
方案描述
间设封闭板，井筒净直径 井筒净直径 准6.0m，井筒正 准7.0m，井筒正常段支护厚度 常段支护厚度浅部 300mm，
浅部 300mm，深部 400mm， 深部 400mm，井筒全深
井筒全深 1317m。
1307m。
可比井筒掘
2 进工程量 （m3）
64289.78
49399.25
14890. 53
短。
行平稳；③安全可靠，有利
于多水平提升。
①井筒断面布置间隙较大， ①钢材消耗量及安装工作
7
缺点
井筒工程量大；②提升钢丝 量相对较大；②井筒装备钢 绳扭转变形大，更换频繁；③ 材加工及安装需引进国外
井塔负荷较大，井筒较深。
技术。
都存在一定的技术难点，钢丝绳罐道在深度 1300m 以上井筒国内目前并
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图中：1-预埋钢板；2-钢筋（外露螺栓）；3-贴板；4-罐道梁托板；5加强筋板；6-罐道梁垫板；7-罐道梁；8-井壁；9-连接螺栓。
图 4 预埋钢板罐道梁托架
面，已投产运行的深竖井中金属矿山大多采用钢丝绳罐道，这似乎也成 为一种设计和使用上的思维定势。针对各矿山的不同工况条件，尤其是 在超深井的条件下，笔者认为这两种罐道形式在技术上均可行，据上文 所述，南非在超深井、大荷载、高速度情况下采用刚性井筒装备有大量实 例，目前全面引进他们的设计理念和施工技术可能还存在困难。而按国 内的施工工艺及装备技术，重点需要改进施工工艺，提高安装精度，才能 克服目前我国深井刚性装备存在的运行不平稳、磨损快、提升速度受影 响的问题。从竖井装备发展趋势看，对超深井、大荷载、高速度的箕斗主 井井筒，采用刚性罐道的井筒装备形式，将会更加普遍。
引用本文格式：庄永晓.刘荣乐.王清来 某金矿超深竖井井筒装备方案探讨[期刊论文]-大科技 2015(32)
经济比较，确定采用箕斗主竖井集中提升运输方案，主竖井提升能力为 8000t/d，远景生产能力可达到 10000t/d，主竖井为和老主井区别命名为 新主井。
2 新主井井筒装备方案
2.1 新主井技术特征 新主井采用塔式多绳提升，百度文库要承担矿石、废石、人员及材料等的提
升任务，井筒内共有两套提升设备，一套为 21m3 双箕斗系统，另一套为 罐笼带平衡锤提升系统，罐笼和箕斗之间设玻璃钢封闭板，以防止可能