山 西 省 煤 炭

優(yōu) 秀 學(xué) 術(shù) 論 文 評 審 表

 

   論文題目    超長距離特大斷面大傾角斜井施工    

 

   申報學(xué)科組                  學(xué)科組代碼                 

 

   作者姓名   高明玉     職稱   高級工程師     年齡   42  

 

   工作單位（詳細）大同煤礦集團宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司職務(wù) 副總工程師 

 

   通訊地址  山西省大同市南郊區(qū)五一路泰安門旁宏泰公司 郵編 037001    

 

   聯(lián)系電話                0352-4058928                    

 

 

   推薦單位           大同煤礦集團有限責(zé)任公司           

   

                                    2011年12月8日

表一   論文摘要（由作者本人填寫）       斜井施工機械化作業(yè)線配套工作隨著科技進步的發(fā)展，機械化水平不斷更新，效率不斷提高，工藝不斷完善，但是對超長距離斜井（長度超過1000m），特大斷面掘進（斷面超過20㎡），大傾角（坡度在20°以上）的斜井施工難度還是很大。     如向通過選擇施工設(shè)備及其性能參數(shù)，科學(xué)優(yōu)化工藝過程，合理配置勞動力，借助計算計模擬運行系統(tǒng)，突破掘進瓶頸，在有限的空間內(nèi)，選擇最佳的施工機械配套形成機械化作業(yè)線，實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工。     針對超長距離特大斷面大傾角斜井施工存在的問題和對影響施工的主要因素的分析，重點在工藝改進、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選等方面尋找到突破點，同時借助計算機模擬系統(tǒng)，判斷所選作業(yè)線是否最優(yōu)的問題，解決了超長距離大斷面大傾角斜井快速施工難題。
所報學(xué)術(shù)會議 及報送年月
在何種刊物 上發(fā)表過	《中國礦山工程》2011第5期

 

表二   申報單位初評意                                                             申報單位負責(zé)人簽字                                   申報單位蓋章                                              年  月  日

表三  省學(xué)會評委會專家意見                                                   審閱人簽字                                            年   月   日

 

 

超長距離特大斷面大傾角斜井施工

摘  要：針對超長距離特大斷面大傾角斜井施工存在的問題和對影響施工的主要因素的分析，重點在工藝改進、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選等方面尋找到突破點，同時借助計算機模擬系統(tǒng)，判斷所選作業(yè)線是否最優(yōu)的問題，解決了超長距離大斷面大傾角斜井快速施工難題。

關(guān)鍵詞：斜井   計算機模擬   機械化作業(yè)線  

 

1、引言

    斜井施工機械化作業(yè)線配套工作隨著科技進步的發(fā)展，機械化水平不斷更新，效率不斷提高，工藝不斷完善，但是對超長距離斜井（長度超過1000m），特大斷面掘進（斷面超過20㎡），大傾角（坡度在20°以上）的斜井施工難度還是很大。

    如向通過選擇施工設(shè)備及其性能參數(shù)，科學(xué)優(yōu)化工藝過程，合理配置勞動力，借助計算計模擬運行系統(tǒng)，突破掘進瓶頸，在有限的空間內(nèi)，選擇最佳的施工機械配套形成機械化作業(yè)線，實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工。

2、施工作業(yè)方式及機械化配套作業(yè)線

2.1施工作業(yè)方式

    斜井表土段采用“三八”制作業(yè)，掘支平行作業(yè)。

斜井基巖段采用“四六”制作業(yè)?！叭蛞粐姟逼胀ㄣ@爆法光面爆破一次成巷。

2.2機械化配套作業(yè)線

    以激光指向，選擇中深孔光面爆破技術(shù)，耙斗機裝巖，大絞車提升，箕斗運輸，翻矸倉汽車排矸，風(fēng)泵配合臥泵接力排水。

配套布置如圖示：

 

3、計算機模擬模型

通過對施工幾大系統(tǒng)中諸實體的屬性及它們之間的邏輯關(guān)系進行分析研究，建立斜井施工模擬系統(tǒng)的計算機模擬模型，模型由一個主程序幾個子程序和輸出打印程序組成，采用VB程序進行編寫，界面如圖。

 

4 王村主斜井施工概況

4.1斜井技術(shù)特征

王村礦石炭系延伸主斜井井筒設(shè)計長1560.24m，掘進斷面20.2 m²，傾角22°。其中表土段長60m，采用鋼筋混凝土砌碹支護。基巖段長1560.24 m，采用錨網(wǎng)噴支護，錨桿為∮20×2000（mm）螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為800×800（mm），噴射混凝土厚120 mm。

4.2 施工方案及施工工藝

主斜井施工采用機械化配套施工工藝，即激光指向、光面爆破、耙斗機裝巖、箕斗提升、翻矸倉汽車排矸、風(fēng)泵配合臥泵接力排水。

明槽采用機械配合人工分層分段機械開挖，一次完成開挖，一次性澆注砼的方法。

基巖段采用YT-28型鑿巖機打眼，激光指向儀定向、中深孔光面爆破的施工法，直眼掏槽，反向裝藥，毫秒延期電雷管串并聯(lián)起爆。采用“三掘一噴”，一次成巷。布置“三機兩泵”：一臺P-90B型耙斗機，兩臺噴漿機，兩臺水泵配套施工；前期采用地面砼集中攪拌站供料，2臺噴漿機通過3寸輸料管向工作面（約供250m左右）送料，后期采用箕斗輸送噴漿料，“雙機雙槍”噴射砼一次成巷；排水選用D85-67×8型水泵接力排水。提升選用JK-3.5×2.5型提升機配1臺JXH-5前卸式箕斗提矸、下料，單鉤提升。斜長超過600m時，采用RZX型助行器在斜井內(nèi)運送人員。

4.3  井筒主要施工設(shè)備選型

根據(jù)斜井?dāng)嗝娲?、井筒較長、傾角大等特點，選擇施工設(shè)備。

4.3.1 提升機選擇：

1）卷筒直徑 mm

D60ds   （4-1）

D900  （4-2）

ds—鋼絲繩直徑mm

—最粗鋼絲直徑mm

將參數(shù)代人（4-1）

D60ds

 60×40

2400mm

將參數(shù)代人（4-2）

D900

900×2.6

2340mm

2）選定提升機型號

DrD

Dr—所選提升機的卷筒直徑

選擇JK－3.5×2.5型礦井提升機，技術(shù)參數(shù)見表一。

JK－3.5×2.5型礦井提升機技術(shù)參數(shù)（表一）

卷筒

鋼絲繩最大靜張力

最大提升高度或                    運輸長度

鋼絲繩

減速比

鋼絲繩速度

電動機

外形尺寸  長×寬×高

主機理論重量

直 徑

寬 度

載 人

載 物

一層纏繞

二層纏繞

三層纏繞

最大直徑

破斷拉力總和

轉(zhuǎn)速

最大功率

mm

mm

KN

m

mm

KN

m/s

r/min

KW

m

kg

3500

2500

136

170

530

1098

1721

42

1230

12

11

720

1900

14.18×  10.65×3.95

73940

生產(chǎn)廠家：鶴壁市雙民礦山機械有限公司

3）校驗卷筒寬度 B mm

B=（）（ds+）/3Br   （4-3）

—最大提升長度1620m

30—提升鋼絲繩試驗長度m

Dr—提升機卷筒名義直徑3.5m

—提升鋼絲繩卷間隙（取2-3mm）

3—摩擦圈數(shù)

Br—卷筒寬mm

n'—錯繩圈  n′=2-4

將參數(shù)代人（4-3）

B=）（40+3）/3

=2238mm2500mm

4）驗算提升機強度 Fj（所選提升機載人時最大靜張力13600 kgf）  

FjQ₀(sin+f₁cos)+Psb Lo(sin+f₂cos)  （4-4）

將參數(shù)代人（4-4）

Fj 15550(sin22°+0.01cos22°)+5.717×1620(sin22°+0.2cos22°)

11156.1 kgf

5）電動機功率估算 P  KW

P=  （4-5）

K_B—電動機功率備用系數(shù)K_B=1.2

U_mB—提升最大速度m/s

n_c—傳動功率，一次減速n_c=0.92，二次減速n_c=0.85

將參數(shù)代人（4-5）

P=

=1217≤1900kw（選擇提升機最大功率）

 

4.3.2箕斗選擇

1）提升最大速度 UmB  m/s

UmBUm      Um=7m/s

2）提升一次提升循環(huán)時間 T₁   s

    T₁=2   （4-6）

L-提升斜井長 m

Lx-卸載距離  Lx=6-8m

Ux-卸載曲軸內(nèi)運行速度 Ux=1-1.5m/s

a-運行加速度及減速度  a=0.5-0.7m/s

Qj-箕斗卸矸時間，掘進時取 100-300s

將參數(shù)代人（4-6）

T₁=2

=804.6s

3）箕斗容積 V_j  m³

V_j=   （4-7）

K-提升不均勻系數(shù)  K=1.15-1.25

Km-箕斗裝滿系數(shù)  取0.85-0.9

Vj-箕斗的容積  m³

Ag-掘進每一循環(huán)的小時出矸  m³/h

Ag=(S_掘×L×V_松散)/h   （4-8）

S_掘-掘進斷面積  m³

L-循環(huán)進度 m

V_松散-巖石松散系數(shù) 取1.5

h-每班出矸時間  取3.5

將參數(shù)代人（4-8）

Ag=18.18 m³/h

將參數(shù)代人（4-7）

V_j=

=5.19 m³

4）選擇箕斗容積 V m³

V＞V_j

選JXH-5型箕斗，箕斗技術(shù)參數(shù)詳細見下表。

 

 

前卸式斜井箕斗技術(shù)參數(shù)（表二）

型 號

名 稱

圖 號

技術(shù)特征

適應(yīng)井筒傾斜角度 °

名義載重t

斗箱有效容積M3

運行時軌距B1 mm

卸載是軌距B2 mm

長度L mm

寬度B3mm

高度（從軌面算）mm

推薦軌道鋼軌規(guī)格kg/m

重量kg

JXH-5

5噸斜 井箕斗

B81- 320.3

20- 35

6

6.6

1400

1600

7835

1770

1840

38

4858

生產(chǎn)廠家：鶴壁市中冶礦山通用機械廠

4.3.3提升鋼絲繩選擇

1）提升載荷 Q  Kgf

 Q=KmVjVg   （4-8）

Vj-箕斗容積  m³

Vg-巖石松散容重  取1.8×10³kg/m³

Km-箕斗裝滿系數(shù)  km=0.85-0.9

將參數(shù)代人（4-8）

Q=KmVjVg

=0.9×6.6×1.8×10³

=10692 Kgf

2）鋼絲繩終端載荷Q₀  Kgf

Q₀=Q+Q₂   （4-9）

Q-提升載荷  Kgf

Q₂-箕斗自重  Kgf

將參數(shù)代人（4-9）

Q₀=Q+Q₂

=10692+4858

=15550 Kgf

3）鋼絲繩單位長度重量 Ps  kg/m

         （4-10）

L₀-鋼絲繩最大長度，m

-鋼絲繩抗拉強度=170kg/m²

-斜井角度22°

m_a-安全系數(shù)m_a=9

f₁-箕斗運行阻力系數(shù)  f₁=0.01

f₂-鋼絲繩滑動阻力系數(shù)  f₂=0.15-0.2

將參數(shù)代人（4-10）

=

=5.10 kg/m

4）選擇鋼絲繩

PsbPs      Psb-每米鋼絲繩標準質(zhì)量kg/m

選擇6×19-40.0-170鋼絲繩

主要技術(shù)參數(shù)：Psb=5.717 kg/m；Qd=102500 Kgf；ds=40mm； =2.6mm。

5）鋼絲繩安全系數(shù) m

m=    （4-11）

將參數(shù)代人（4-11）

m=

=9.4≥9

4.4  井筒主要施工設(shè)備

井筒主要施工設(shè)備見下表。

 

 

主要施工設(shè)備一覽表（表三） 

序號	設(shè)備名稱	型號或規(guī)格	數(shù)量
1	提升絞車	JK－3.5×2.5	1臺
2	前卸式箕斗	JXH-5	1臺
3	耙斗裝巖機	P-90B	1臺
4	噴漿機	PZ-Ⅴ	2臺
5	局部通風(fēng)機	2BK№:6.3	2臺
6	壓風(fēng)機	MLGF-30.4/8-185G	3臺
7	水泵	D85-67×8	3臺
8	風(fēng)動潛水泵	BQF-50/25	2臺
9	鑿巖機	YT-28	8臺
10	氣動錨桿鉆機	MQT-90Ⅱ	2臺
11	激光指向儀	JZY-1	1臺
12	自卸式汽車	17t	3輛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  實際施工

王村礦石炭系延伸主斜井于2008年3月開工，2009年4月份竣工。基巖段平均月成巷126.3m，1000m以上最高月成巷156.7m，1000m以下最高月成巷138.1m，安全無事故，該工程獲得2009年度煤炭行業(yè)優(yōu)質(zhì)工程獎。

6結(jié)論  

對超長距離大斷面大傾角斜井施工，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在裝巖運輸，它是制約掘進速度的直接因素。如何在工藝改進、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選、等方面尋找到突破點，抓住問題的重點加以解決，提高作業(yè)工效。同時借助計算機模擬系統(tǒng)，快速地判斷所選作業(yè)線的施工速度，裝運能力，設(shè)備配套能力，裝運能力與掘進配套能力，作業(yè)線是否最優(yōu)等問題，解決長期以來斜井施工作業(yè)線不配套，提運能力低，工藝落后、工序不協(xié)調(diào)，設(shè)備利用率低一系列問題，解決了超長距離大斷面大傾角斜井快速施工的難題。

 

參考文獻：

[1]. 沈季良，崔云龍，王介峰. 建井工程手冊.煤炭工業(yè)出版社，1984.3.

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