论文部分内容阅读
摘 要：井筒装备是煤矿建设的主要工程，井筒内电缆敷设是井筒装备重要一环，也是保障煤矿安全生产的重要工作，一直以来井筒电缆敷设都是井筒装备施工的难点，怎样下放是矿井施工中经常遇到的问题，尤其是千米深井的电缆敷设更为困难，一是电缆的质量重，二是电缆体积大，给施工带来较大的困难。而利用施工井筒装备的吊盘来进行电缆敷设的话，可以减小施工难度，加快施工进度，降低安全风险。
关键词：电缆敷设；千米深井；吊盘
1.概述
井筒装备是煤矿生产提升的重要条件，其中电缆敷设是保证提升系统正常运转的必要设施，千米井筒较深电缆较重体积较大敷设困难，有时由于敷设方法选择不当，计算不够严密，施工过程中的疏漏，会出现一些施工隐患，甚至人员伤亡的重大事故。下面就云南楚雄矿冶有限公司3号竖井筒电缆敷设为例，介绍一种使用施工井筒装备吊盘对电缆进行敷设的方案。
2.施工方案选择
2.1原设计施工方案
在井筒装备完成后，将吊盘放置在井底马头门硐室位置，使用稳车钢丝绳卡固电缆下放，利用临时绞车及临时罐笼进行卡固电缆，方法为人在临时罐笼里系带安全带从上往下逐一将电缆卡固电缆托架上，同时拆除钢丝绳上的电缆卡。
2.2现设计施工方案
待井筒装备施工完毕，吊盘提至井口位置，将电缆绳辊在井口棚放好，将电缆盘放在吊盘上，将电缆头悬挂在井口，固定牢靠，接着下放吊盘将电缆下放到井底，将余电缆从电缆辊吐出盘放好，接着下放另一根电缆，至电缆敷设完毕。
2.3两种施工方案比较选择
原施工方案使用临时稳车将电缆下放，因副井井筒深、电缆质量重，使用临时稳车下放安全系数不够，故不能使用。现设计方案使用吊盘下放，将电缆盘放在吊盘上，吊盘共有六层，在其中三、四、五层盘面上盘放，能够将电缆全部容纳，经对吊盘受力计算分析，将吊盘进行加固，完全可以满足强度，并且在吊盘上施工，施工场地较大，增加了施工的安全性，故采用第二种设计方案。
3.吊盘受力计算分析
3.1施工概况
云南楚雄矿冶有限公司3#竖井井筒装备安装工程，井筒深1107M，井筒内设YJLV32-8.7/10KV3×150高压电缆三根，单根长度L=1394M，每米质量9.42㎏，重13125Kg/根。
3.2受力计算
3.2.1已知
吊盘重12T，每层重2000Kg，施工人员重 500Kg，尾绳重13125Kg对吊盘进行验算,中间承重梁为[12WZ=57.7㎝3
3.2.2吊盘盘面抗弯强度验算
尾绳分三层摆放三四五层上,
每层盘最大荷载为; P=2000＋13125÷3＋500=6875Kg
方盘面积为4.3×3.2=13.76M2
均布荷载为P=6875÷13.76M2=499.6Kg/M2
吊盘中间承重梁的最大间距为 0.7与0.76
线均布荷载为P=499.6×[(0.7＋0.76)/2]=364.76Kg/M
吊盘中间承重梁及销轴受力计算如下（见图1、图2）：
最大弯距:Mmax=364.76×3.82/8=658.4㎏M=65840㎏㎝
方盘刚度计算略,盘面不用加固.
3.2.3销轴强度度验算
1、弯曲强度度验算
(1)几何尺寸及原始数据
销轴为45#优质碳素钢, σb=6100㎏/㎝2 σS=360㎏/㎝2
Q235钢,σb=4000㎏/㎝2σS=2400㎏/㎝2
不平衡系数K=1.3
d=6㎝ b=4H=3.2H’=9
L=H’＋b=13
A=π()2=28.26㎝2 P=13125＋500＋12000=25625/4=6406
(2)截面1-1弯曲强度计算
将销轴视为简支梁.
截面弯矩M1=KP/2(L/2＋H/4)=1.3×6406/2(13/2-3.2/4)=23734Kg㎝
抗弯系数W1=πd3/32=3.14×63/32=21.2
弯曲应力：σ=M1/ W1=23734/21.2= 1119
安全系数:ηb=6100/1119=5.4＜10 不安全应加固
加固方案(A)若绳环两边再增加焊20厚钢板则：H=6.2
截面弯矩M1/=KP/2(L/2＋H/4)=6406/2(13/2-7.2/4)=15054Kg㎝
抗弯系数W1=πd3/32=3.14×63/32=21.2
弯曲应力：σ=M1/ W1=15054/21.2= 710
安全系数:ηb=6100/710=8.6＜10 不安全应加固
(3)截面2-2剪切强度计算
剪切应力:τ=KP/2A=1.3×6406/2×28.26=147
安全系数:ητb=0.8×6100/147=33＞10安全
(4)挤压强度验算
1)BC段挤压应力:
σJY=KP/dH=1.3×6406/6×3.2=433
安全系数:ητb=6100/433=14＞10安全
2)AB段挤压应力:
σJY=KP/2db=1.3×6406/2×6×4=173
安全系数:ητb=6100/173=35＞10安全
3.2.4立柱焊缝强度验算
立柱用两根[14对焊与底盘焊接
焊缝长度为:L=14×2＋12×2=52㎝
焊缝高度:0.9㎝
焊缝面积:S=0.7×0.9×52=32.76
σh=1.3×6406/32.76=254
安全系数:ητb=0.8×4000/254=12＞10安全
3.2.5螺栓强度验算
每根立柱用8条螺栓固定螺栓为M20
螺栓面积为:3.14×12×8=25
σb=1.3×6406/25=333
安全系数:ητb=4000/333=12＞10安全
3.2.6钢丝绳强度验算
钢丝绳型号为:18×7-40-17706㎏/M破断力为:115T
每根钢丝绳上段最大荷载为:6.406＋6=12.406
安全系数:η=115/1.3×12.406=7＞5安全
3.2.7吊盘吊点处工字钢强度验算（示意图见图3）
吊点至立柱可看作简支梁，两根[16槽钢P=6406㎏L=0.5M
图3吊点处工字钢受力图
M1=KPL=1.3×6406×50=416390㎏㎝
W[16=108.3㎝3
加固钢扳的抗弯系数为：钢板厚1.6㎝宽12㎝
W=1.6×122/6=38.4
W=2.6×62/6=15.6(销轴孔径抗弯系数)
σb= =416390/[(108.3＋38.4-15.6)×2]=1588㎏㎝2＜[σ]=1600㎏㎝2
3.3结论：
⑴通过以上计算吊盘销轴抗弯强度达不到《煤矿安全规程》要求。解决办法用两根6×37-Ф24-1770钢丝绳连接吊盘与吊盘绳之间。
⑵吊盘提升销轴中心槽钢及加固钢板的抗弯系数接近规范，为了安全起见采用在吊盘吊点的外侧用16a槽钢进行连接一二层吊盘。
⑶吊盘其他的构件强度全部符合规范要求。
4.施工方案
4.1施工准备
4.1.1在临时封口盘的边口处焊接一个自制阻滞器，阻滞器的下部与封口盘钢板焊，需要停止时工作人员操作手柄向下压即可。
4.1.2吊盘方盘四边用角钢L50×5焊成安全保护栏，护栏高度为1.2米，护栏立撑间隔不得大于0.6米，吊盘周围焊接栏杆加300mm高的脚踢板，以防有小物件掉入井筒损坏井筒设施。
4.1.3对施工设施进行全面的检查和检修，准备好施工用通讯设施。
4.2吊盘下放电缆方法
将电缆盘放在吊盘上，电缆分层盘在吊盘第三、四、五层上面，每层大约能盘300米左右，先从最下层盘面开始盘，盘满后从下往上依次盘在上一层吊盘盘面上，为防止电缆带劲扭曲，电缆在吊盘上进行立面排列，将电缆按照“之”字形盘放，因电缆长度长，必须排列紧密，一层排放完后，在上面棚放两块木板，将上一层与下一层按照 90°盘放，将电缆在三层吊盘上平均盘放，电缆辊子需要安排专人看护，在速度加快时给予制动，防止速度过快自重坠入井筒。盘放完成后下落吊盘，施工人员穿好安全带，工具留绳系在手腕上，在吊盘第一、二层进行卡固，从上至下卡电缆，将电缆固定在电缆支架上，固定时卡在电缆支架上的同一位置上，严禁同一根电缆上下错位，紧固电缆卡子时，螺栓严禁有松动现象，且螺栓的穿向相同。吊盘下放到底后，将剩余的电缆吐出，按照方向摆放好，注意不要产生扭花，接着起吊盘按照同一工序敷设另一根电缆。
5.施工安全注意事项
（1）各吊挂设施使用前要认真检查，施工人员要严格遵守操作规程，确保安全可靠。
（2）吊盘上材料、工具应堆放整齐，固定牢固，防止坠落。
（3）电缆下放过程中，要有人随时查看，防止卡挂，防止电缆扭曲。
（4）确保通讯信号畅通。
（5）电缆往吊盘上盘放时不可太快，防止速度过快无法控制，造成事故。
（6）禁止吊盘和绞车同时运行。下放吊盘时，先下稳绳、压风管和电缆，后下吊盘，提升吊盘时，先提吊盘，后紧稳绳和提升压风管、电缆。每升降一次吊盘，应打电话告知绞车司机吊盘在井筒中的位置。
（7）井筒施工期间，井口操作室、绞车房、井下吊盘之间设置可靠的通讯联络和声光信号。信号规定要求简单明了，要挂牌公布于井口，指定的操作人员不得擅自变更。
（8）所有电气设备的金属外壳必须有良好的接地装置。
（9）下井人员必须佩带合格的安全带、胶靴、矿用安全帽和矿灯。施工时站稳抓紧，不要用力过猛，以防闪失。
（10）严禁施工人员酒后上岗，身体不适不能下井。所使用的工器具全部系上留绳，施工中留绳系在施工人员手上。防止工器具脱手伤人。
6.取得成果及推广前景
云南楚雄矿冶有限公司3#竖井井筒装备安装工程，井筒内设YJLV32-8.7/10KV3×150高压电缆三根，单根长度L=1394M，每米质量9.42㎏，重13125Kg/根，利用吊盘下放电缆也取得了良好的效果。在山东省滕东生建煤矿副井施工中，井筒设计电缆型号YJLV32-8.7/10KV3×240高压电缆四根，单根长度L=1000M，每米质量19.5㎏，每根总质量19.5㎏／m×1000m=19500㎏，利用吊盘下放电缆取得了良好的效果。
使用吊盘施工不仅适用于电缆敷设，同样适用于井筒其它设施安装，如扁钢丝尾绳下放。我们在云南楚雄矿冶有限公司3#竖井、山东省滕东生建煤矿副井不仅电缆使用吊盘进行敷设，扁钢丝尾绳也是使用此种方案进行施工，并且在河南薛湖工地敷设8根截面积240㎜2的高压电缆，原计划16天完成，实际仅用12天时间就圆满完成任务，受到甲方高度赞扬。事实证明，我们使用吊盘下放电缆及扁钢丝尾绳是安全可靠的，并能提高施工安全性及施工进度，是值得以后施工井筒装备借鉴的。
参考文献：
[1]煤矿安全规程北京煤炭工业出版社，2007.
关键词：电缆敷设；千米深井；吊盘
1.概述
井筒装备是煤矿生产提升的重要条件，其中电缆敷设是保证提升系统正常运转的必要设施，千米井筒较深电缆较重体积较大敷设困难，有时由于敷设方法选择不当，计算不够严密，施工过程中的疏漏，会出现一些施工隐患，甚至人员伤亡的重大事故。下面就云南楚雄矿冶有限公司3号竖井筒电缆敷设为例，介绍一种使用施工井筒装备吊盘对电缆进行敷设的方案。
2.施工方案选择
2.1原设计施工方案
在井筒装备完成后，将吊盘放置在井底马头门硐室位置，使用稳车钢丝绳卡固电缆下放，利用临时绞车及临时罐笼进行卡固电缆，方法为人在临时罐笼里系带安全带从上往下逐一将电缆卡固电缆托架上，同时拆除钢丝绳上的电缆卡。
2.2现设计施工方案
待井筒装备施工完毕，吊盘提至井口位置，将电缆绳辊在井口棚放好，将电缆盘放在吊盘上，将电缆头悬挂在井口，固定牢靠，接着下放吊盘将电缆下放到井底，将余电缆从电缆辊吐出盘放好，接着下放另一根电缆，至电缆敷设完毕。
2.3两种施工方案比较选择
原施工方案使用临时稳车将电缆下放，因副井井筒深、电缆质量重，使用临时稳车下放安全系数不够，故不能使用。现设计方案使用吊盘下放，将电缆盘放在吊盘上，吊盘共有六层，在其中三、四、五层盘面上盘放，能够将电缆全部容纳，经对吊盘受力计算分析，将吊盘进行加固，完全可以满足强度，并且在吊盘上施工，施工场地较大，增加了施工的安全性，故采用第二种设计方案。
3.吊盘受力计算分析
3.1施工概况
云南楚雄矿冶有限公司3#竖井井筒装备安装工程，井筒深1107M，井筒内设YJLV32-8.7/10KV3×150高压电缆三根，单根长度L=1394M，每米质量9.42㎏，重13125Kg/根。
3.2受力计算
3.2.1已知
吊盘重12T，每层重2000Kg，施工人员重 500Kg，尾绳重13125Kg对吊盘进行验算,中间承重梁为[12WZ=57.7㎝3
3.2.2吊盘盘面抗弯强度验算
尾绳分三层摆放三四五层上,
每层盘最大荷载为; P=2000＋13125÷3＋500=6875Kg
方盘面积为4.3×3.2=13.76M2
均布荷载为P=6875÷13.76M2=499.6Kg/M2
吊盘中间承重梁的最大间距为 0.7与0.76
线均布荷载为P=499.6×[(0.7＋0.76)/2]=364.76Kg/M
吊盘中间承重梁及销轴受力计算如下（见图1、图2）：
最大弯距:Mmax=364.76×3.82/8=658.4㎏M=65840㎏㎝
方盘刚度计算略,盘面不用加固.
3.2.3销轴强度度验算
1、弯曲强度度验算
(1)几何尺寸及原始数据
销轴为45#优质碳素钢, σb=6100㎏/㎝2 σS=360㎏/㎝2
Q235钢,σb=4000㎏/㎝2σS=2400㎏/㎝2
不平衡系数K=1.3
d=6㎝ b=4H=3.2H’=9
L=H’＋b=13
A=π()2=28.26㎝2 P=13125＋500＋12000=25625/4=6406
(2)截面1-1弯曲强度计算
将销轴视为简支梁.
截面弯矩M1=KP/2(L/2＋H/4)=1.3×6406/2(13/2-3.2/4)=23734Kg㎝
抗弯系数W1=πd3/32=3.14×63/32=21.2
弯曲应力：σ=M1/ W1=23734/21.2= 1119
安全系数:ηb=6100/1119=5.4＜10 不安全应加固
加固方案(A)若绳环两边再增加焊20厚钢板则：H=6.2
截面弯矩M1/=KP/2(L/2＋H/4)=6406/2(13/2-7.2/4)=15054Kg㎝
抗弯系数W1=πd3/32=3.14×63/32=21.2
弯曲应力：σ=M1/ W1=15054/21.2= 710
安全系数:ηb=6100/710=8.6＜10 不安全应加固
(3)截面2-2剪切强度计算
剪切应力:τ=KP/2A=1.3×6406/2×28.26=147
安全系数:ητb=0.8×6100/147=33＞10安全
(4)挤压强度验算
1)BC段挤压应力:
σJY=KP/dH=1.3×6406/6×3.2=433
安全系数:ητb=6100/433=14＞10安全
2)AB段挤压应力:
σJY=KP/2db=1.3×6406/2×6×4=173
安全系数:ητb=6100/173=35＞10安全
3.2.4立柱焊缝强度验算
立柱用两根[14对焊与底盘焊接
焊缝长度为:L=14×2＋12×2=52㎝
焊缝高度:0.9㎝
焊缝面积:S=0.7×0.9×52=32.76
σh=1.3×6406/32.76=254
安全系数:ητb=0.8×4000/254=12＞10安全
3.2.5螺栓强度验算
每根立柱用8条螺栓固定螺栓为M20
螺栓面积为:3.14×12×8=25
σb=1.3×6406/25=333
安全系数:ητb=4000/333=12＞10安全
3.2.6钢丝绳强度验算
钢丝绳型号为:18×7-40-17706㎏/M破断力为:115T
每根钢丝绳上段最大荷载为:6.406＋6=12.406
安全系数:η=115/1.3×12.406=7＞5安全
3.2.7吊盘吊点处工字钢强度验算（示意图见图3）
吊点至立柱可看作简支梁，两根[16槽钢P=6406㎏L=0.5M
图3吊点处工字钢受力图
M1=KPL=1.3×6406×50=416390㎏㎝
W[16=108.3㎝3
加固钢扳的抗弯系数为：钢板厚1.6㎝宽12㎝
W=1.6×122/6=38.4
W=2.6×62/6=15.6(销轴孔径抗弯系数)
σb= =416390/[(108.3＋38.4-15.6)×2]=1588㎏㎝2＜[σ]=1600㎏㎝2
3.3结论：
⑴通过以上计算吊盘销轴抗弯强度达不到《煤矿安全规程》要求。解决办法用两根6×37-Ф24-1770钢丝绳连接吊盘与吊盘绳之间。
⑵吊盘提升销轴中心槽钢及加固钢板的抗弯系数接近规范，为了安全起见采用在吊盘吊点的外侧用16a槽钢进行连接一二层吊盘。
⑶吊盘其他的构件强度全部符合规范要求。
4.施工方案
4.1施工准备
4.1.1在临时封口盘的边口处焊接一个自制阻滞器，阻滞器的下部与封口盘钢板焊，需要停止时工作人员操作手柄向下压即可。
4.1.2吊盘方盘四边用角钢L50×5焊成安全保护栏，护栏高度为1.2米，护栏立撑间隔不得大于0.6米，吊盘周围焊接栏杆加300mm高的脚踢板，以防有小物件掉入井筒损坏井筒设施。
4.1.3对施工设施进行全面的检查和检修，准备好施工用通讯设施。
4.2吊盘下放电缆方法
将电缆盘放在吊盘上，电缆分层盘在吊盘第三、四、五层上面，每层大约能盘300米左右，先从最下层盘面开始盘，盘满后从下往上依次盘在上一层吊盘盘面上，为防止电缆带劲扭曲，电缆在吊盘上进行立面排列，将电缆按照“之”字形盘放，因电缆长度长，必须排列紧密，一层排放完后，在上面棚放两块木板，将上一层与下一层按照 90°盘放，将电缆在三层吊盘上平均盘放，电缆辊子需要安排专人看护，在速度加快时给予制动，防止速度过快自重坠入井筒。盘放完成后下落吊盘，施工人员穿好安全带，工具留绳系在手腕上，在吊盘第一、二层进行卡固，从上至下卡电缆，将电缆固定在电缆支架上，固定时卡在电缆支架上的同一位置上，严禁同一根电缆上下错位，紧固电缆卡子时，螺栓严禁有松动现象，且螺栓的穿向相同。吊盘下放到底后，将剩余的电缆吐出，按照方向摆放好，注意不要产生扭花，接着起吊盘按照同一工序敷设另一根电缆。
5.施工安全注意事项
（1）各吊挂设施使用前要认真检查，施工人员要严格遵守操作规程，确保安全可靠。
（2）吊盘上材料、工具应堆放整齐，固定牢固，防止坠落。
（3）电缆下放过程中，要有人随时查看，防止卡挂，防止电缆扭曲。
（4）确保通讯信号畅通。
（5）电缆往吊盘上盘放时不可太快，防止速度过快无法控制，造成事故。
（6）禁止吊盘和绞车同时运行。下放吊盘时，先下稳绳、压风管和电缆，后下吊盘，提升吊盘时，先提吊盘，后紧稳绳和提升压风管、电缆。每升降一次吊盘，应打电话告知绞车司机吊盘在井筒中的位置。
（7）井筒施工期间，井口操作室、绞车房、井下吊盘之间设置可靠的通讯联络和声光信号。信号规定要求简单明了，要挂牌公布于井口，指定的操作人员不得擅自变更。
（8）所有电气设备的金属外壳必须有良好的接地装置。
（9）下井人员必须佩带合格的安全带、胶靴、矿用安全帽和矿灯。施工时站稳抓紧，不要用力过猛，以防闪失。
（10）严禁施工人员酒后上岗，身体不适不能下井。所使用的工器具全部系上留绳，施工中留绳系在施工人员手上。防止工器具脱手伤人。
6.取得成果及推广前景
云南楚雄矿冶有限公司3#竖井井筒装备安装工程，井筒内设YJLV32-8.7/10KV3×150高压电缆三根，单根长度L=1394M，每米质量9.42㎏，重13125Kg/根，利用吊盘下放电缆也取得了良好的效果。在山东省滕东生建煤矿副井施工中，井筒设计电缆型号YJLV32-8.7/10KV3×240高压电缆四根，单根长度L=1000M，每米质量19.5㎏，每根总质量19.5㎏／m×1000m=19500㎏，利用吊盘下放电缆取得了良好的效果。
使用吊盘施工不仅适用于电缆敷设，同样适用于井筒其它设施安装，如扁钢丝尾绳下放。我们在云南楚雄矿冶有限公司3#竖井、山东省滕东生建煤矿副井不仅电缆使用吊盘进行敷设，扁钢丝尾绳也是使用此种方案进行施工，并且在河南薛湖工地敷设8根截面积240㎜2的高压电缆，原计划16天完成，实际仅用12天时间就圆满完成任务，受到甲方高度赞扬。事实证明，我们使用吊盘下放电缆及扁钢丝尾绳是安全可靠的，并能提高施工安全性及施工进度，是值得以后施工井筒装备借鉴的。
参考文献：
[1]煤矿安全规程北京煤炭工业出版社，2007.