铝合金容器对矿山提升系统的影响.pdf

{ B 2 o o o g儿 月 第 2 9卷第 6期 有色矿山 No n f e n u s ri g I s No v ． 2 0 0 0 Vo I 29 No 6 ≤ ； 铝合 金容 器对 矿 山提升 系统 的影 响 嘉 罗 71 J 磊 磊 歪 _研 究 总 院 ，北 京 lo0038 罗 』 应 蔗 氢 ⋯ 作了技术分析和前景探讨 。 【 中图分类号]TI 3 5 3 1 1 【 文献标识码 ]B[ 文章编号]1 0 0 2 ． 8 9 5 1 2 0 0 0 0 6 “ 0 0 3 5 - 0 4 Di s c u s s i o n o n t h e i nflu e nc e o f a l u m i nu m- a l l o y c o nv e y a nc e s u p o n m i n e’ S ho i s t i ng s y s t e m XI AO Sh a n g wu ， ZHANG J i r 堰， S HI Sh i ． hu， W ANG Do n g 0 B e ij i n g C e n t r a l En g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e f 0 r No n - f e r r o 让 s Me t a l l u r i c a L 1 d H s t r s B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a Ke y wo l d s alu mi n u m- a l 1 0 y； mv e y a n c c ； r a t i o o f l o a d a n d d e a d we i g h t Ab s t r a c t The p a p e r d i s c o u r s e s t h e a l u mi n u m- a l l o y c a g e s a p p l i c a t i o n i n t h e r t o 。 n s t r u c t i o n o f mi n e s i n d e t a i l ． Te c hn i c a l an a l y s i s a n d t he d e v e l o p m e n t o f alu m i n u m- all o y c o n v e y a n c e s d 丁 e di s ． 铝合金罐笼 和箕斗主要用 L Y 。 一C z 、 L C d C S 、 L 、 L F 2 。 、 1 5 7等高强度轻质硬铝 合金材料制造。由于铝 合金的密度约为钢密 度 的 1 ／ 3 ， 且其物理性能和机械性能与钢材 相近 ， 有些特性 甚至 比钢材还 好 见表 1 。 从表 l 中可以看出， 铝合 金容器 与同规 格的钢制容 器相 比， 具 有重 量轻 、 载重 比 载重 与 自重之 比 太等特点 。 表 1 钢材与铝合金材料机械 性能比较表 [ 收稿 日期] 2 0 0 01 1 2 【 修订 日期] 2 0 0 0 4 1 0 [ 作者茼 介】 肖尚武 1 9 6 3 一 ， 男 ， 湖南桃江人 高级工程师 ， 从事采矿工程设计工作。 提 升 容 器 的 自重影 响 到提 升 的有 效 载 重 ， 当有效 载重一 定时 ， 自重 的增加势必 使 钢 丝绳 的终 端载 荷增 加 ， 从 而导 致 钢 丝 绳 的直 径加 大 ， 影 响到提升机规格 的升级 ； 当提 升机 一 定 时 ， 自重 的增加 则会 使 有 效 载重 相对 减 维普资讯 有色矿山 2 0 0 0年 少 ， 单 位时间 内 的提升 能 力 相 对减少 。随着 矿 山开采深 度 的增 加 以 受老矿 井 的 改造 、 延 伸， 减小提升容器 的 自重 ， 增加载重比 值 ， 已成 为矿 山急待解决 的问题 。轻 质铝合金容 器在谢 桥矿 、 云 岗矿等煤矿 和 中条 山铜矿 、 寿 王坟铜矿等 有 色金 属 矿 山 的应 用 ， 已证 明在 相 同提升条 件下 ， 采用 铝 合金 容 器 可大 幅度 提 高一次有效 装 载 量 ， 提 高矿 井 提升 系 统 的 提升能力 ； 在不改 变原 有提 升机 的情况 下 ， 可 以增加 提升 系统 的服 务开 采 深度 ； 在 满足 同 样提升条件 的 前提 下 ， 可 以相 应 的减 小钢 丝 绳 的终端 载荷 ， 减小提 升钢丝绳 的直 径 ， 有利 于降低选用 提升机 的规格 。 1 设计改造实践 1 ． 1 内蒙某金矿 1 ． 1 ． 1金矿概况 井 简 直 径 D0 5 ． 0 m， 井 口标 高 为 1A 5 0 m， 井 底 中段标 高 8 5 0 m， 井架高度 2 3 m， 提 升 高 度 3 0 0 m， 矿、 废 石 松 散 密 度 1 7 2 t ／ ， 提 升矿石 7 5 0 r i d 、 废 石 2 3 0 t ／ d及 人 员 、 材料 ， 提升速度 5 8 1 m／ s ， 提升加 、 减速度 0 ． 7 m ／ S 2 ； 选用提升机 2 J K一3 ／ 2 0 A 允许最大 静张力 1 2 0 k N， 最 大静张力差 6 5 1 c N ， 单绳 双 层罐 提升 ， 提升钢丝 绳 3 66X 1 9 W F C， 罐 笼底板 为 2 2 0 0X1 2 5 0 ， 自重 4 2 8 0 ． 一 次装 载两辆 YGC1 26矿 车 ， 有效 载重 2 0 6 4 k g 。 现矿山要进行深部矿体开采 ， 生产规模不变 ． 要求将井筒延伸 ， 主运输中段及罐笼装矿中 段设 在 十6 9 0 m。 1 ． 1 ． 2 铝台金罐笼的应』 月 对 比 铝台金罐笼底板仍为 2 2 0 0 1 2 5 0 ． 自重 2 7 8 0 k g 。为了能更明确说明铝合金罐笼的应 用优势， 特将各可 比方案 列于表 2 。其 中 A 表示现 已投人生产的钢质 罐笼设计计算 数 据 ， B表示沿用原钢质罐笼进行改造延伸设 计的计算数据 ． c表示应用铝台金罐笼进行 改造延伸设计 的计算数据。 从表 2中可以看出． 方案 c与方案 B相 表 2 钢 瞄 笼 与锅 台 金瞄 笼 的应 用 对 照表 钢壁绳蝗端载荷／ k N 铜丝绳悬垂长度／ m 钢丝绳计算重量／ I s ／ m 铜丝绳选择型号 钢墼绳直径／ n 血 选型钢丝绳重量] k g ／ m 提 时安全系数 提物时安全系数 卷筒及天轮直径 n m 最大静张力／ 最太静张力差／ k N 每班完成提升任务时问f h 比钢丝绳直径可降低 两个等级 ， 总重量减少 1 ． 1 6 t ； 方案 c可以沿用现提升系统 的 0 3 ． 0 m 提升机 2 J K一3 ／ 2 0 A； 方案 B， 2 J K一3 ／ 2 0 A提 升机已不能满足要求 ， 必须更换提升机 ， 选用 口 3 ． 5 m 提 升机 ， 这样仅 更 换设 备就 多 增加 投 资 3 2 0多万 元 与方 案 c相 比 ， 方 案 B因更 换提升机 ， 提升机安装基础必须重新施工 ， 相 对延长了改造工期 ， 严重影响矿 山生产。总 之 ， 从内蒙古某金矿的改造实践来看 ， 铝台金 罐笼的应用效果相当明显， 投资少、 改造工期 短， 经济效益明显， 对老矿井的改造延伸很有 参考和利用价值 。 1 ． 2 谢 桥煤矿 1 ． 2 ． 1 谢 桥矿矸石 井概况 井 筒 直 径 o 6 ． 6 m， 井 筒 深 度 6 3 6 m． 井 架高度 2 6 m， 开凿井 筒 期 间 主 提 升 采 用 2 J K一3 ． 5 ／ 1 5 ． 5双筒提升机单 钩 吊桶提升 ， 提升机允许 静 张 力 1 6 6 ． 7 7 k N． 允许静张力 差 1 1 2 ． 8 1 k N。 l 2 2 铝合金罐笼的应用 铝合金罐笼为 1 ． 5 t 单层双车型式 ． 本体 构件用 1 5 7铝台金制造 ， 自重 2 ． 3 2 t ； 悬挂装 置和防坠器为 钢 结 构， 重 l 0 8 t ； 罐 笼 总 重 3 4 t ， 铝台金型材 占总重量的 6 8 ． 2 ％。1 9 8 7 年 6 月投入使用 ， 担负提升矸 石、 材料 、 设 备 和升降人员。同型式的钢制罐笼重 4 ． 9 5 3 t ， 比铝台金罐笼重约 4 5 ． 7 ％， 且不带防坠器 。 嚣 一 一 维普资讯 第 6期 肖尚武 等 铝 合盆 容器耐 矿 山 提升 系 统 的影 响 表 3 钢罐笼与铝台盒罐笼的应用对 照表 从表 3可以看出， 采用铝合金罐笼的方 案二 可以使钢丝绳规格降两个等级； ～、 二两 方案都 可选 用 口 3 ． 5 m 提 升机 ． 但 方 案一最 大 静张力超差 2 ． 6 ％， 方案二最大静张力则为 设计值的 8 8 ． 9 ％， 提升机强度 不 能 满 足 要 求 方 案 二 最 大 静 张 力 则 为 设 计 值 的 8 8 _ 8 ％， 最大静张力差为设计值 8 3 ． 2 ％。可 见 ， 方案二明显优于方案一 。从谢桥矿矸石 井多年运行情况来看 ， 每年可节约维修材料 及配件 费用 1 ． 2 万元 ， 运行维护费用 1 ． 5万 元 ； 因选用钢丝绳的直径差两个等级 ， 每根钢 丝绳减轻 l 1 0 0 ， 每年减少钢丝绳费用 2 ． 2 万元 ； 从提升力图可知 ， 提升机电耗主要在等 速段 ， 此时所做的功主要是克服钢丝绳作用 于卷筒 上 的作 用 力 ， 方 案二 因 采用 铝合 金罐 笼可节 电 2 ． 0 1 ％。 由此可 见 ， 采 用铝 台金罐 经济效益明显。 2 技术分析及注意事项 计改造实例说明用高强度轻质铝合金型材部 分或全部代替钢材制造的罐笼 ， 与全钢罐笼 相比， 有优点也有缺点。 1 强度大、 自重轻。铝合金 的密度约为 钢的 1 ／ 3 ， 而抗拉强度与普通钢相 当； 经过特 殊热处理的 1 5 7 铝合金的强度可与 4 5 钢相 当 ． 这样就大大增加提升容器的载重 比 ； 在 同样载荷条件下可大幅减轻容器的 自重 。 2 耐腐蚀性强 。铝合金表 面有钝 化作 用 ， 抗氧化和耐酸碱性好 如表 4 。若对铝 合金加以镀层、 阳极化、 涂防腐漆等处理 ． 可 使其防腐性能更佳 。如在井筒淋水量较大的 谢桥矿矸石井 ， 铝台金罐笼从 1 9 8 7年 6 月投 入使用至 l 9 9 2年 ， 其表面未发现明显锈蚀痕 迹； 而同样条件下钢制罐笼在使用 3年左右 ， 即需大 修 。从 铝和 铁 的原 子 结构 来 看 ， 两 种 金属 的混合构件 ， 易发生原 电池反应。故对 钢铝混合结构的提升容器还应考虑防电化学 腐蚀问题 。为防止在铝铁之间发生原电池腐 从表 l 可知 ， L ．Y 一c z和 1 5 7 铝舍金的 蚀现象 ， 可在钢铝接触部位加垫薄锌板 、 薄镉 物理性能和机械性能与钢十分相近。通过设 板或在钢件表面喷铝等措施加以防护 。 衰 4 钢材与铝台金材料抗腐蚀性能比较衰 3 耐磨性好 。铝台金硬度 比 4 5 钢稍 低 ， 但经低温 阳极 化处理后其耐磨性很好 。 实验表明其耐磨性为 Q 2 3 5 A的 5 --8 倍 。 4 加工工艺性差 铝台金具有高的热 导率和热容量 ， 焊接时热量损失大； 线膨胀系 数和结 晶收缩 率 比钢太一 倍 ， 易产 生较 大 的 焊接变形和内应力 ， 易导致构件结构裂纹； 高 温时铝合金的强度和塑性低 ， 破坏焊缝金属 的成形等。故对铝台金构件一般采用高强度 螺栓连接或铆接， 但这样 ， 又给现场维修带来 困难 ； 采用高强度螺栓连接紧固 ， 一般还要采 用防松和防腐处理； 对钢制螺栓要进行特殊 维普资讯 3 8 有色矿山 2 0 0 0 防护处理， 如在螺纹表面涂环氧树酯 ， 以防两 种金属之 间 的原 电池腐蚀 。 5 弹性模量小 、 刚性差 。从表 1中可 知 ， 铝合 金的 弹性 模量 E仅 为钢 的 1 ／ 3， 故 与 钢材相 比， 其单位荷重的变位较大， 影响结构 的刚性 ， 尤其对压杆的稳定性影响较大。从 欧拉公式 P EI ／ l 看 ， 压杆 的临界 压 力 与压秆材 料的 弹性模 量 E成 正 比， 故 铝合金 压杆的临界应力 比钢质压杆的临界应力小很 多， 即其构件的稳定性比钢质构件 的稳定 性 差。也就是说 ， 在铝合金罐笼的设计中， 对上 下梁和立柱等主要构件的承载能力必须很好 计算， 适当加大构件的截面积 ， 以增加罐体结 构的稳定性 ， 减小结构偏心压缩的偏心距。 由于弹性模量低 ， 可使结构在动载荷情 况下的动力系数减小 。 3 发展前景 提 升容器 的轻 型化 是矿 山发 展 的方 向。 铝合金材料经过强化热处理等特殊处理后 ， 其物理 性 能 和 机 械性 能完 全 可 以与 钢材 相 当。铝合金容器可大幅度提高提升容器的载 重比 值 ， 从而 ， 大幅增加相应条件下的矿井 提升 能力 。 提升机选型是 以钢丝绳的最大静张力为 主要依据的。钢丝绳承载的静张力 由容器 自 重 、 载重 和钢 丝绳 的 自重组 成 。减轻 容器 的 白重 ， 等于减轻了钢丝绳终端载荷， 即减小了 钢丝绳承受的最 大静张力 ， 有利 于降级选用 提 升机 的规 格 ； 减 轻 容器 自重也 等 于增 加 了 有效载重 ， 有利于增加矿井提升系统的的提 升能力； 或者使钢丝绳 的自重有增加空间， 在 绳径一定的情况下 ， 增加提升高度 ， 有利于增 加矿井提升系统的服务开采深度。 在 我 国矿 山现 有 的 提升 系统 中， 五 六 十 年代设计的提升设备仍 占 6 0 ％以上。随着 矿井开采深度 的增加 ， 提升能力已成为制约 矿山产量的主要因素。更换大规格的提升机 固然能解 决问题 ， 但更换设 备周期长 、 投资 大 ； 如果用部分铝台金型材代替钢材 ， 让提升 容器的自重减轻 ， 以相应增加提升 系统 的有 效载荷或增加钢丝绳 的悬长 ， 达到增加矿井 提升系统提升能力或增加矿井提升系统服务 开采深度 ； 则可缩短改造周期 ， 节省投资。总 之 ， 铝合金提升容器具有重 量轻、 耐腐蚀 、 寿 命长、 维修量少等优点 ， 值得应用与推广 。 [ 参考文献】 [ 1 ]王祝堂 ， 田荣璋 ． 铝台金及其加工手册[ M]长 沙 中南工业大学出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 2 ]张富民． 采矿设计手册 矿山 机 械 卷 [ M] ． 北 京 中南建筑工业 出版社 ， 1 9 8 8 ． 3 ]金属矿山采矿设备设计[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， l 9 7 7 ． [ 4 ]毛玉基 提升机采用铝 台 金 容 器的选择计算 [ J ] ． 矿 山机械 ， 1 9 9 0 ， 1 1 上接第 5 0页 1 3 9 4 5 t ， 品位 1 ． o 3 ％； 铁 矿 石 量 8 6 ． 5万 t ， 品位 3 9 ． 2 8 ％； 伴生金 含 量 2 0 5 ． 6 k g， 品 位 O 4 2 g l t ； 伴 生银含量 4 6 3 7 ， 品位 9 ． 6 8 t ； 水文工程地质条件很复杂 。上述矿段由于地 质条件和开采技术条件方面的原 因， 一直没 有开 发利 用 。 本矿现有生产矿段经过二 十年的开采 ， 资源已经枯竭。另外 ， 各种原材料涨价 ， 使得 产品成本不断增加 ， 矿山经济效益受到影响。 为了振兴矿山 ， 矿里决定依靠科技进步开发 上述新区 ， 上述工程 已被列为矿里九五期 间 重点工程， 目前 已投资 7 0 0万元对罗村北 矿 段进行开拓 。与此 同时， 制定了新罗村矿段 采矿方法试验和 自家山矿段开采防治水专项 研究和科研攻关计划 ， 力争在一、 二年内取得 突破 ， 为矿山发展提供基础 。 维普资讯