山 西 省 煤 炭

優(yōu) 秀 學(xué) 術(shù) 論 文 評(píng) 審 表

 

   論文題目    超長(zhǎng)距離特大斷面大傾角斜井施工    

 

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

 

   作者姓名   高明玉     職稱   高級(jí)工程師     年齡   42  

 

   工作單位（詳細(xì)）大同煤礦集團(tuán)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(tuán)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(jī)械化作業(yè)線配套工作隨著科技進(jìn)步的發(fā)展，機(jī)械化水平不斷更新，效率不斷提高，工藝不斷完善，但是對(duì)超長(zhǎng)距離斜井（長(zhǎng)度超過1000m），特大斷面掘進(jìn)（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(dòng)力，借助計(jì)算計(jì)模擬運(yùn)行系統(tǒng)，突破掘進(jìn)瓶頸，在有限的空間內(nèi)，選擇最佳的施工機(jī)械配套形成機(jī)械化作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工。     針對(duì)超長(zhǎng)距離特大斷面大傾角斜井施工存在的問題和對(duì)影響施工的主要因素的分析，重點(diǎn)在工藝改進(jìn)、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選等方面尋找到突破點(diǎn)，同時(shí)借助計(jì)算機(jī)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(zhǎng)距離大斷面大傾角斜井快速施工難題。
所報(bào)學(xué)術(shù)會(huì)議 及報(bào)送年月
在何種刊物 上發(fā)表過	《中國(guó)礦山工程》2011第5期

 

表二   申報(bào)單位初評(píng)意                                                             申報(bào)單位負(fù)責(zé)人簽字                                   申報(bào)單位蓋章                                              年  月  日

表三  省學(xué)會(huì)評(píng)委會(huì)專家意見                                                   審閱人簽字                                            年   月   日

 

 

超長(zhǎng)距離特大斷面大傾角斜井施工

摘  要：針對(duì)超長(zhǎng)距離特大斷面大傾角斜井施工存在的問題和對(duì)影響施工的主要因素的分析，重點(diǎn)在工藝改進(jìn)、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選等方面尋找到突破點(diǎn)，同時(shí)借助計(jì)算機(jī)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(zhǎng)距離大斷面大傾角斜井快速施工難題。

關(guān)鍵詞：斜井   計(jì)算機(jī)模擬   機(jī)械化作業(yè)線  

 

1、引言

    斜井施工機(jī)械化作業(yè)線配套工作隨著科技進(jìn)步的發(fā)展，機(jī)械化水平不斷更新，效率不斷提高，工藝不斷完善，但是對(duì)超長(zhǎng)距離斜井（長(zhǎng)度超過1000m），特大斷面掘進(jìn)（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(dòng)力，借助計(jì)算計(jì)模擬運(yùn)行系統(tǒng)，突破掘進(jìn)瓶頸，在有限的空間內(nèi)，選擇最佳的施工機(jī)械配套形成機(jī)械化作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工。

2、施工作業(yè)方式及機(jī)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(jī)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(jī)裝巖，大絞車提升，箕斗運(yùn)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(jì)算機(jī)模擬模型

通過對(duì)施工幾大系統(tǒng)中諸實(shí)體的屬性及它們之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析研究，建立斜井施工模擬系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬模型，模型由一個(gè)主程序幾個(gè)子程序和輸出打印程序組成，采用VB程序進(jìn)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(jì)長(zhǎng)1560.24m，掘進(jìn)斷面20.2 m²，傾角22°。其中表土段長(zhǎng)60m，采用鋼筋混凝土砌碹支護(hù)?；鶐r段長(zhǎng)1560.24 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，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(jī)械化配套施工工藝，即激光指向、光面爆破、耙斗機(jī)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(jī)械配合人工分層分段機(jī)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(jī)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(jī)兩泵”：一臺(tái)P-90B型耙斗機(jī)，兩臺(tái)噴漿機(jī)，兩臺(tái)水泵配套施工；前期采用地面砼集中攪拌站供料，2臺(tái)噴漿機(jī)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(jī)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(jī)配1臺(tái)JXH-5前卸式箕斗提矸、下料，單鉤提升。斜長(zhǎng)超過600m時(shí)，采用RZX型助行器在斜井內(nèi)運(yùn)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(zhǎng)、傾角大等特點(diǎn)，選擇施工設(shè)備。

4.3.1 提升機(jī)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(jī)型號(hào)

DrD

Dr—所選提升機(jī)的卷筒直徑

選擇JK－3.5×2.5型礦井提升機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表一。

JK－3.5×2.5型礦井提升機(jī)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(yùn)輸長(zhǎng)度

鋼絲繩

減速比

鋼絲繩速度

電動(dòng)機(jī)

外形尺寸  長(zhǎng)×寬×高

主機(jī)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(jī)械有限公司

3）校驗(yàn)卷筒寬度 B mm

B=（）（ds+）/3Br   （4-3）

—最大提升長(zhǎng)度1620m

30—提升鋼絲繩試驗(yàn)長(zhǎng)度m

Dr—提升機(jī)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(cuò)繩圈  n′=2-4

將參數(shù)代人（4-3）

B=）（40+3）/3

=2238mm2500mm

4）驗(yàn)算提升機(jī)強(qiáng)度 Fj（所選提升機(jī)載人時(shí)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(dòng)機(jī)功率估算 P  KW

P=  （4-5）

K_B—電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(jī)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(shí)間 T₁   s

    T₁=2   （4-6）

L-提升斜井長(zhǎng) m

Lx-卸載距離  Lx=6-8m

Ux-卸載曲軸內(nèi)運(yùn)行速度 Ux=1-1.5m/s

a-運(yùn)行加速度及減速度  a=0.5-0.7m/s

Qj-箕斗卸矸時(shí)間，掘進(jìn)時(shí)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(jìn)每一循環(huán)的小時(shí)出矸  m³/h

Ag=(S_掘×L×V_松散)/h   （4-8）

S_掘-掘進(jìn)斷面積  m³

L-循環(huán)進(jìn)度 m

V_松散-巖石松散系數(shù) 取1.5

h-每班出矸時(shí)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(xì)見下表。

 

 

前卸式斜井箕斗技術(shù)參數(shù)（表二）

型 號(hào)

名 稱

圖 號(hào)

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(yùn)行時(shí)軌距B1 mm

卸載是軌距B2 mm

長(zhǎng)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(jī)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(zhǎng)度重量 Ps  kg/m

         （4-10）

L₀-鋼絲繩最大長(zhǎng)度，m

-鋼絲繩抗拉強(qiáng)度=170kg/m²

-斜井角度22°

m_a-安全系數(shù)m_a=9

f₁-箕斗運(yùn)行阻力系數(shù)  f₁=0.01

f₂-鋼絲繩滑動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)	設(shè)備名稱	型號(hào)或規(guī)格	數(shù)量
1	提升絞車	JK－3.5×2.5	1臺(tái)
2	前卸式箕斗	JXH-5	1臺(tái)
3	耙斗裝巖機(jī)	P-90B	1臺(tái)
4	噴漿機(jī)	PZ-Ⅴ	2臺(tái)
5	局部通風(fēng)機(jī)	2BK№:6.3	2臺(tái)
6	壓風(fēng)機(jī)	MLGF-30.4/8-185G	3臺(tái)
7	水泵	D85-67×8	3臺(tái)
8	風(fēng)動(dòng)潛水泵	BQF-50/25	2臺(tái)
9	鑿巖機(jī)	YT-28	8臺(tái)
10	氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)	MQT-90Ⅱ	2臺(tái)
11	激光指向儀	JZY-1	1臺(tái)
12	自卸式汽車	17t	3輛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  實(shí)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?；鶐r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(jiǎng)。

6結(jié)論  

對(duì)超長(zhǎng)距離大斷面大傾角斜井施工，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在裝巖運(yùn)輸，它是制約掘進(jìn)速度的直接因素。如何在工藝改進(jìn)、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)選、等方面尋找到突破點(diǎn)，抓住問題的重點(diǎn)加以解決，提高作業(yè)工效。同時(shí)借助計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，快速地判斷所選作業(yè)線的施工速度，裝運(yùn)能力，設(shè)備配套能力，裝運(yùn)能力與掘進(jìn)配套能力，作業(yè)線是否最優(yōu)等問題，解決長(zhǎng)期以來斜井施工作業(yè)線不配套，提運(yùn)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(zhǎng)距離大斷面大傾角斜井快速施工的難題。

 

參考文獻(xiàn)：

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