凿井水下底卸式自动卸料吊桶

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摘要： 吊桶是立井井筒开凿时期提升矸石和运送材料及升降人员的主要容器，吊桶的卸矸目前多采用挂钩式或座钩式卸料方式；但是随着矿井的开凿深度不断延伸，在过透水层时，由于探放水不及时或涌出水比较大，超出了井筒的排水量，或者是由于冷冻井在解冻后，井筒的井筒质量不过关，各别井壁也会发生透水事故；这就会出现淹井事故，有时淹井深度达二三百米。对于处理这种淹井事故，往往只有一个办法，那就是用沙或混凝土对井筒回填；这就需要吊桶在下到几百米下的水底自动把料卸掉，但现在矿井常用的挂钩式吊桶和座钩式吊桶已经不能满足这个需要了。

Abstract： Bucket is the main container of carrying gangue， transporting material and lifting personnel in the period of excavating the well-shaft. Currently， hook or seat hook are mainly used in unloading gangue with bucket， but with the extension of digging depth of the mine， flooding accident of some walls will occur due to untimely exploration and discharging the water or large amount of gushing water which is beyond the displacement of the shaft， or the poor shaft quality after the frozen wells are thawed when passing through the pervious layer， which will lead to mine flooding accident， and sometimes the flooding depth is up to two hundred or three hundred meters. There is only one way to deal with the accident， and that is backfilling the shaft with sand or concrete， which requires the bucket to unload the material automatically hundreds of meters under the water. However， the present hook bucket and seat hook bucket that used in the mine wall has been unable to meet this requirement.

关键词： 载荷；容积；抗拉强度；破断力；安全系数；屈服极限

Key words： load；volume；tensile strength；breaking strength；safety factor；yield limit

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0058-03

0 引言

底卸式自动卸料吊桶方便了现在凿井施工中，在水淹井筒后，吊桶下到井筒水下卸料的工作，座钩式吊桶和底卸式吊桶已不能适应这种要求，因此，为了满足这一对吊桶的新的需要，结合实际需求，有针对性地对吊桶进行了改进。下面是对这种吊桶的探讨研究。

1 底卸式自动卸料吊桶的计算

1.1 计算基础

吊桶主绳总载荷

①吊桶桶身自重：877kg

②混凝土容重：2200kg/m3

③混凝土总重：2200kg/m3*1.5m3=3300kg

④总载荷为2P

2P=4177kg

吊桶主要构件的材质

①吊桶主钢丝绳：

钢丝绳型号：6*19―15.5

主钢丝绳的最小破断力：118kN

主钢丝绳的最小安全载荷：2402.5kg

主钢丝绳的安全系数：6.5

②销轴：

45号优质碳素钢（GB/T699―1999）

强度极限：σb=600MPa

屈服极限：σs=355MPa

③桶身及耳环板：

Q345低合金结构钢（GB709）

强度极限：σb=400MPa

屈服极限：σs=345MPa

伸长率：δ10（%）≥8

断面收缩率：ψ（%）≥30

④铆钉：

3号普通碳素钢（GB38―76）

强度极限：σb=410N/mm2

屈服极限：σs=240N/mm2

⑤滑动轴的材质：

65Mn碳素弹簧钢（GB/T13304）

淬火温度：840℃

回火温度：500℃

淬火介质：油

抗拉强度：σb=980MPa

屈服极限：σs=784MPa

⑥偏心体的材质：

Q235普通碳素结构钢（GB/T709―2006）≌

抗拉强度：σb=375-500MPa

屈服极限：σs=235MPa

1.2 安全系数

根据GB/8918―2006《重要用途钢丝绳》的规定，吊桶主绳（即吊桶桶梁），按极限（破断）强度计算。

主绳安全系数：nb≥8

连接装置的安全系数：nb≥13

由于吊桶的耳环板等构件采用了延展性能较好的材料制成，其伸长率在δ5≌20%以上，在弯曲应力的校核计算中，均使用弹性变形力。当构件的最大应力达到屈服极限时，构件并不因此而破坏，还有较富裕的后备的承载力。

2 底卸式吊桶的工作原理

吊桶是由桶体1、底架6、偏心钩体7、托轮架9、滑道12、调紧装置8、底门板1等组成，当吊桶工作时，主提升提紧，由于主绳与副绳和主提升是用鸡心环相连拉，主绳与副绳就相应地拉紧，由于调紧装置8与偏心钩体7相钩，所以，此时底门板关闭；在装填混凝土后，主提升提起吊桶下放到井筒中，进入井筒水中直至井底。此时由于吊桶已经在井底，主提升不再拉紧，主绳与副绳也不再拉紧，副绳下段在偏心钩体和混凝土重力的作用下脱钩，底门板打开，混凝土自动卸下，然后提紧吊桶，主绳拉紧，吊桶缓缓升起，完成一个工作循环。

但由于吊桶是始终在一个地点卸料，几次以后，卸料地点就会出现凸起，吊桶再次落下时就会发生顷斜或歪倒现象，但在吊桶顷斜或歪倒的过程中，吊桶也会在偏心钩体7和混凝土重力下，自动脱钩，不影响自动卸料。

3 底卸式自动卸料吊桶的计算

底卸式自动卸料吊桶计算尺寸如图2所示。

吊桶是由以下两个部分组成的，一个桶体V1，另一个为内导向板组成的中空体V2。吊桶的实际容积V=V1-V2。

3.1 吊桶的容积计算

①吊桶V1的容积

V=πr2h（1）

式中r=1200mm/2=600mm=0.6m；h1=1400mm=1.4m；

V1=πr2h=3.14*0.62m*1.4m=1.58256m3。

②V2 空腔体的计算

V2=b/2*h2*L（2）

式中b=460mm=0.46m；h2=300mm=0.3m；

L=1200mm=1.2m；

V2=b/2*h2*L=0.46m/2*0.3m*1.2m=0.0828m3。

③吊桶的实际容积V

V=V1-V2=1.58256m3-0.0828m3=1.49976m3≈1.5m3（3）

3.2 桶的重载荷吊计算G

①吊桶的容积：V=1.5m3

②混凝土容重：2200kg/m3

③吊桶桶身自重：877kg

则吊桶的容重为G1

G1=1.5m3*2200Kg/m3=3300kg

吊桶的总重为

G=吊桶桶身自重+吊桶的容重=877kg+3300kg=4177kg

3.3 吊桶主绳（即桶梁）与副绳的计算

吊桶在重载荷、空载荷的主绳（即桶梁）与副绳的受力计算。

由于吊桶在重载荷时，是两根主绳和两根副绳同时受力，角度相同，且受力均匀，所以只要计算一根钢丝绳的受力情况即可。钢丝绳受力如图3所示。

①吊桶在重载荷时总重G=4177kg；钢丝绳6*19-16；

主绳的所受的力F1=F2且与副绳所受的力F3=F4相等：F1=F2=G/2*COSθ

式中

θ=55°；G=4177kg。

②吊桶在重载荷时总重G=4177kg；钢丝绳6*19-16；

主绳的所受的力F1=F2且与副绳所受的力F3=F4相等：F1=F2=G/2*COSθ

式中

θ=55°；G=4177kg。

则

F1=F2=G/2/COSθ/2=4177kg/2/COS55°/2=2354kg

主绳与副绳受力相等，四根绳受力分力为：

F1=F2=F3=F4=F1/2=2354kg/2=1177kg

钢丝绳的最小破断力为12000kg，主绳、副绳的安全系数为：

nb=12000kg/1177kg=10.19≥8

以此得出主、副钢丝绳的安全系数符合《煤矿安全规程》的要求。

③吊桶在空载时的自重G1=877kg。

吊桶在空载时，由于副绳已脱开，不再受力，只有主绳受力。且两根绳受力相等，所以只计算一根绳受力即可。

F1=F2=G1/2/COSθ/2=877kg/2/COS55°/2=494kg

则安全系数为：

nb=12000kg/494kg=24≥8

安全系数符合《煤矿安全规程》的要求。

4 结论

对此，经过反复的研究对比，我们研制出一种专门用于井筒水下自动卸料的自卸式吊桶。这种吊桶不仅结构简单，便于加工应用，而且能够满足水下各种恶劣环境，即使在吊桶在发生倾斜及歪倒的情况下，也能完成自动卸料的工作。因此，在实际应用上得到了良好的效果。平顶山市中平能化集团建井一处在六矿风井、一矿北三回风井发生水淹井筒时，都采用此吊桶进行了回填井筒工作，取得了十分好的效果。也对此种吊桶进行了一个好的验证。

参考文献：

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