园子沟风井改绞施工设计.docx

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园子沟风井改绞施工设计

麟北煤业有限责任公司园子沟煤矿

风井临时改绞施工组织设计

中煤矿山建设集团三十六工程处

二0一四年三月十四日

第一章工程概况及特点

1.1简述

麟北煤业有限责任公司园子沟煤矿，立井开拓，目前，主、风井已经落底。

风井与主井已经贯通，并已经形成井下环形车场及泵房变电所，根据园子沟矿建井综合规划，为保障井下二期井巷工程安全高效地施工，在风井井筒到底后，对风井进行临时改绞装备。

将提升方式由吊桶提升改变为临时罐笼、箕斗提升以满足井下二期巷道工程施工需要。

1.2工程特点

园子沟矿井二期工程量较大，回风立井临时改绞还需考虑副井筒永久装备期间矿井二工程的施工，保证人员及物料的上下和较大的提升能力。

为满足二工程施工需要，与其配套的其他系统，如提升、供电、压风、通风、排水、信号等项目均应在临时改绞时予以同步形成，同时井下要施工部分临时措施巷道。

第二章施工准备及场地布置

2.1施工准备期安排

施工准备工作主要包括技术准备、工程准备、器材设备准备、劳动力准备和对外协作工作，具体内容为：

1、组织改绞装备人员与设备进场、形成生活服务系统及二期临时措施工程。

2、编制临时改绞施工安全技术措施。

3、二期措施工程施工，落实改绞所需装备、设备、线缆、风筒及非标加工件。

4、落实施工设备和物资供应，按劳动力需用计划，组织施工人员进场。

组织所有拟参与改绞施工人员贯彻施工组织设计精神，熟悉图纸，技术人员进行安全、技术交底。

5、平整好井口四周场地，以利进料。

6、严格按照设计图纸、设备清单，检查材料、外购件及设备的到货情况，并分类排放整齐。

7、按照图纸清单，清点到场加工件的数量、规格及型号，按要求把各类加工件运至井口附近，根据改绞装备关系做好分中、号眼等工作，并按图纸校核尺寸，试组装，做标志。

8、获得井筒内部情况资料，了解井筒内设施布置情况，完成井筒实测定位及井筒竖直度检测工作，检测测量放线点。

9、按照施工要求准备好施工机具、吊索、吊具及辅助材料、布置消防器材。

10、检修悬吊稳车、井口起吊小绞车，更换小绞车提升钢丝绳及滑车、固定绳。

11、由测量给出天轮平台、二台、封口盘、井下出车平台的十字中心线以及标高点。

12、所有施工设备机具在使用前做一次全面检查，严禁带病工作。

13、落实施工措施，准备固定保险带生根点。

14、清理吊盘及马头门两侧杂物。

2.2场地布置

2.2.1布置原则

1、在工广内布置的临时建筑尽量避开拟建的永久建筑位置或在使用时间上与拟建永久建筑的施工时间错开。

2、临时建筑的布置要符合施工工艺流程的要求，做到合理布置。

临时工业建筑、为井口服务的设施布置在井口周围。

动力设施靠近负荷中心，木材、钢筋、机修加工厂房，靠近器材仓库和堆放场地。

建筑施工器材要便于运输。

3、符合环境保护、劳动保护、防火要求。

第三章临时改绞装备方案

3.1装备方案简述

3.1.1提升系统装备方案

回风立井临时改绞采用混合提升，即采用2JK-3.5/20型绞车配一对1.5t双层单车凿井罐笼和选用2JK-3.5/20主提升绞车结合一对JLS-6型立井单绳钢丝绳罐道非标箕斗进行煤矸提升。

以满足二期工程施工需要,箕斗采用曲轨自动卸载侧底扇形门上开式箕斗，为同侧装卸载;每个罐笼装备B-152型抓捕器一套；下井口进出车平台安设FZ-900型手动阻尼摇台；采用16根18×7+FC-36-1770钢丝绳作为罐道绳，SGY-20型液压拉紧装置固定；4根18×7-32-1770（左右各两根）钢丝绳作为制动绳。

井上、下口安设刚性罐道，作为箕斗在上下井口的稳罐导向；井下口一侧马头门安设倾斜钢结构临时煤仓、设置自动计量装载设备布置；井上口安设曲轨自动卸载装置及地面钢结构临时煤仓卸载、胶带输送机转载输送至煤矸架头。

3.1.2通风系统装备方案

1、改绞期间利用井筒内一两路Φ800mm胶质风筒，供改绞用。

2、风井与主井已经贯通，在主井口附近安设两台FBCZ-Ⅰ-No17/2×90临时主扇一台使用一台备用并配置双电源电控设备，利用主井作为抽风风道。

井下在风井巷道内新鲜风流处安设FBD-Ⅰ-No7.1/2×30防爆压入时对旋轴流风机向工作面进行压入式供风，每个工作面必须具备双风机、一台使用一台备用，双电源自动切换开关，构成自主井筒进新鲜风，风井抽排乏风的混合通风系统。

3.1.3排水（通讯、信号）系统装备方案

二期主排水管采用φ159×6mm无缝钢管二路，同时在排水管上分别跟附MHY32-19×2×1/0.8通讯电缆一路和MHY32-1×7×1/1.5信号电缆一路。

二期工程主排水设备选用两台MD100-100×型水泵排水（一台备用）。

3.1.4压风系统装备方案

利用风井井筒内安设的一路壁挂管路φ159×6无缝钢管作为压风管。

3.1.5供水系统装备方案

利用风井井筒内安设的原排水管路φ108×5无缝钢管作为供水管。

3.1.6电力系统装备方案

井筒内敷设两路MYJV42-10KV，3×95mm2高压电缆，井下设置临时变配电所。

3.1.7翻矸系统装备方案

3.1.7.1罐笼采用翻矸系统采用1.5t矿车前倾式无动力平式翻车机，自卸汽车排矸。

3.1.7.2箕斗采用地面皮带运输，自卸汽车排矸。

3.2改绞应具备的条件

1、井筒及水窝按图纸施工达到竣工要求。

另外，根据《煤矿安全规程》关于立井提升装置的过放距离要求，由插值法计算改绞后罐笼过放距离为5.98m，以及井下箕斗装载系统，罐道绳及制动绳拉紧装置梁的安装以及清淤排水等诸因素，井底水窝深度须延挖不小于26m。

2、回风立井改绞前，主风井必须贯通，改绞期间必须利用主井一期设备施工二期巷道。

3.3编制原则

1、根据矿方、项目部现场有关二期工程施工的相关要求。

2、确保安全和施工质量的前提下，科学合理地施工。

3、积极采用先进技术和经验，合理安排工期，组织平行作业，交叉作业，加快改绞进度。

4、充分利用现有的设备和材料，减小改绞投资。

3.4编制依据

1、《园子沟矿风井井筒施工组织设计》

2、园子沟风井工广施工设备平面布置图及井筒施工图。

3、《煤矿安全规程》（2010版）。

4、《建井工程手册》、《凿井工程图册》及煤炭行业标准规定。

5、《煤矿安装工程质量检验评定标准》。

6、《矿山井巷工程施工及验收规范》。

7、《特种设备安全监察条例》

8、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

9、《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231-98

10、《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002

11、《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82-91

第四章主要装备系统选型及校核

4.1提升系统及附件

利用凿井施工期间使用的ⅣG井架，主钩采用6.6m3箕斗，载重量为6t，井下采用半自动装载，井上采用自动卸载。

副钩采用罐笼提升悬吊1.5t双层二车非标金属罐笼配套采用BF-152型抓捕器，绞车选用2JK-3.5/20A型双滚筒绞车。

双层罐笼同时可提矸、下料或上下人,或上层提升人员、下层出矸。

可满足二期井下施工提升需要。

4.1.1提升绞车

提升机技术特征

提升机型号

滚筒

最大静张力

（kg）

最大静张力差

（Kg）

减速比

绳

速

（m/s）

选用电动机

个数

直径

（m）

宽度（m）

型号

功率

（KW）

转速

（r/min）

2JK-3.5/20

2

3.5

1.7

17000

11500

20

5.41

YR560-10

800

593

2JK-3.5/20

2

3.5

1.7

17000

11500

20

5.41

YR560-10

1000

593

4.1.2矿车

矿车采用MG1.7-9B型号1.5t箱式矿车,容积1.7m3。

名义载重1.5t,最大载重量2.7t。

自重974Kg,轨距900mm。

4.1.3罐笼

罐笼盘体尺寸为2800（长）×1268（宽），罐笼上下层高度（两盘体之间尺寸）均为2400mm罐道绳直径36mm，间距2000（长）×1394（宽），稳罐钢罐道型号为38Kg/m钢轨，稳罐道间距1360（长）×1336（宽）。

罐笼重量不超过4800Kg。

4.1.4箕斗

箕斗采用JLS-6型,名义载重6.0t，容积6.6m3，自重4200Kg；钢丝绳罐道，箕斗全高9450mm，长2000mm，宽1100mm。

4.1.5提升天轮

D≥60d=60*38=2280mm，型号为TSG-2500/40。

4.2罐笼钢丝绳的选择

1、井口临时标高至井底车场轨面全深596m，至主天轮顶部高28.75m

钢丝绳的最大悬垂高度H0=596+28.75=624.75m

2、矿车载重量Q1=K•Vg•rg=0.9×1.7×1600=2448kg

K-装满系数0.8-0.9,取0.9；

Vg-矿车容积取1.7m3；

rg-岩石松散容重1600Kg/m3。

3、钢丝绳终端载荷按单层提矸，罐笼及附件、矿车总重量和计算

Q终=Q矸+Q车+Q笼+Q坠=2448+974+4800+507=8729kg

式中：

Q矸-矿车载重量2448kg；

Q笼-罐笼自重4800kg；

Q车-矿车重量974kg；

Q坠-防坠器重量507kg。

4、钢丝绳终端载荷按上层提人，下层提矸，罐笼及附件、矿车总重量和计算

Q终=Q人+Q矸+Q车+Q笼+Q坠=75×20+2448+974+4800+507=10229kg

式中：

Q人-载人重量75kg×20人；

Q矸-矿车载重量2448kg；

Q笼-罐笼自重3250kg；

Q车-矿车重量974kg；

Q坠-防坠器重量507kg。

5、钢丝绳单位长度重量

PS=Q终/（110δb/ma-HO）=10229÷[110×1870÷（9.81×9）－624.75]=5.9kg/m

提人安全系数取9

由钢丝绳GB/T8918-1996标准中表21选出

试选18×7+FC-36-1870钢丝绳

PS=5.05kg/m，其破断拉力Qd=7.51×1.283×105=963533N

试选18×7+FC-36-1870钢丝绳

6、安全系数m的校验

1）钢丝绳终端载荷按单层提矸，罐笼及附件、矿车总重量和计算

M混=Qd/[9.81×（Q矸+Q车+Q笼+Q坠+HO•PS）]

=963533/[9.81×（2448+974+4800+507+624.75×5.05）]

=8.26＞7.5满足要求。

3）双层提升人员时：

每层罐定员17人。

17×2=34人

m人=Qd/（Q人+Q笼+Q坠+HO•PS）

=963533/[9.81×（2550+4800+507+624.75×5.05）]

=9.25＞9满足要求。

4.3箕斗提升系统（6T箕斗）提升钢丝绳选型计算

4.3.1计算条件：

箕斗载重量Q1=K•Vg•rg=0.75×6.6×1600=7920kg

K-装满系数0.7～0.9,取0.75；

Vg-箕斗容积取6.6m3；

rg-煤矸松散容重1600Kg/m3。

3、钢丝绳终端载荷按箕斗、煤矸总重量和计算

Q终=Q煤矸+Q箕斗+Q坠=7920+4200=12120kg

式中Q煤矸-箕斗载重量7920kg；

Q箕斗-箕斗自重4200kg；

钢丝绳单位长度重量

PS=Q终/[110δb/ma-HO]=12120÷[110×1870/（9.81×6.5）-624.75]=4.65kg/m

由钢丝绳GB/T8918-2006标准中表14选出.

试选18×7+FC-38-1870钢丝绳

PS=5.63kg/m，其破断拉力Qd=837×1.283×103=1073871N

4、安全系数m的校验

m物=Qd/[g（Q终+HO·PS）]

=1073871/[9.81×（12120+5.63×624.75）]

=6.99＞6.5满足要求。

注明由以上验算结果得知：

箕斗装载最大重量不得≥7920kg。

4.4罐笼提升机强度的验算

4.4.1最大静张力验算

FJI=（Q矸+Q车+Q笼+Q坠+HO•PS）·g

=（2448+974+4800+507+624.75×5.63）×9.81

=120136.6N＜170000N满足要求。

4.4.2最大静张力差验算

FC=（Q矸+Q车+HO•PS）·g

=（2448+974＋624.75×5.63）×9.81

=68071.6N＜115000N满足要求

4.4.3提升绞车拖动电机验算

P=[（KQVm）/（102ηc）]•ρC

=[（1.2×3422×5.41）/（102×0.85）]×1.3

=333KW＜1000KW满足要求

式中K-矿车提升阻力系数取1.2

Q-提升载荷Q=Q矸+Q车=2448＋974=3422kg

Vm-提升机最大提升速度；

Vm=5.41m/s

ηc-减速机效率取0.85；

ρC-动负荷系数1.3；

由以上验算结果知：

可以进行1.5t双层二车罐笼单层提矸、双层提人（每层罐定员17人）的提升方式。

4.5箕斗提升机强度的验算

4.5.1最大静张力验算

Fj=（Q终+HO•PS）×9.81

=（12120+5.63×624.75）×9.81

=153402.3N＜170000N满足要求。

4.5.2最大静张力差验算

FC=（Q煤矸+HO•PS）×9.81

=（7920＋5.63×624.75）×9.81

=112200.3N＜115000N满足要求

4.5.3提升绞车拖动电机验算

P=[（KQVm）/（102ηc）]•ρC

=[（1.18×7920×5.4）/（102×0.85）]×1.3

=756KW＜1000KW满足要求

式中K-矿车提升阻力系数取1.18

Q-提升载荷Q=Q煤矸=7425kg

Vm-提升机最大提升速度；

Vm=5.4m/s

ηc-减速机效率取0.85；

ρC-动负荷系数1.3；

由以上验算结果知：

所选提升系统满足JLS-6箕斗提升煤矸运行要求。

4.6提升能力计算

1、提升能力计算

1.1、计算公式

式中Vj——箕斗容积，VZ=6.6m3

Km——箕斗的装满系数，取Km=0.85

CT——提升不均匀系数，取CT=1.15TS——一次提升循环时间，s

1.2、TS计算

采用5阶段速度图。

TS计算如下：

式中t1——加速时间，st2——等速段运行时间，s

t3——减速段运行时间，st4——爬行段运行时间，s

t5——停车时间，sθ——休止时间，取=40s

已知参数：

（1）.提升高度：

H=620m

（2）.最大速度：

并取：

①.爬行距离h2=2m②.爬行速度V4=0.5m/s

③.加速度a1=0.65m/s2④.减速度a3=-0.65m/s2

各阶段运行时间及运行距离计算如下：

1）.加速阶段

2）.减速阶段

3）.爬行阶段

4）.停车阶段

设停车距离：

停车时间：

5）.等速阶段

6）.一次提升循环时间为：

1.3提升能力计算

1.4月提升量

1.4.1日提升量

如果每天按18个小时计算，则每天的提升量为：

2.3.2月提升量

每月按26天提升，则

如果巷道的平均断面按20m2，则月进尺为：

式中

经上述验算知：

所选提升系统满足井下二期井巷月均进尺1299m施工要求

4.7罐道钢丝绳选择

选型号18×7-36-1670（左右交各8根）16根钢丝绳做为罐道钢丝绳。

罐道绳上端固定在天轮平台罐道绳钢梁上，采用SGY-20液压紧绳器进行钢丝绳张紧，其下端固定在井下拉紧装置梁上，每根罐道绳的张紧力不小于65500N，罐道钢丝绳的安全系数不小于6。

4.7.1罐道稳绳的安全系数校验

1、罐道稳绳高度H0=624.75+26=650.75m

根据《矿山井巷工程施工及验收规范》规定，稳绳及罐道绳每百米的张紧力不得小于10KN；《煤矿安全规程》第三百八十八条规定：

每个提升容器（或平衡锤）设有4根罐道绳时，每根罐道钢丝绳的最小刚性系数不得小于500N/m的规定。

取Kmin=500N/m

则最小张紧力：

F=H0/100×104

=650.75÷100×104

=65075N

取Fmin=65500N

选择钢丝绳单位长度重量

PS=Fmin/〔110σb／ma-HO〕=65500÷[﹙110×1770÷（9.81×6）－650.75﹚×9.81]=2.46kg/m

查表GB/T8918-1996标准选用18×7+FC-36-1670钢丝绳（左、右交各四根）共八根。

钢丝绳破断拉力：

Qd=7.11×1.283×105=912213N

钢丝绳每米绳重：

PS=5.05㎏/m

2、钢丝绳安全系数校核

m＝Qd/（Fmax＋HO·PS）

＝912213÷[65500+650×5.05×9.81]

＝9.33>6

式中：

Fmax-同一容器上绳罐道下端张力F的最大值

Fmax＝Fmin[1+（n-1）×0.05]

＝65500×[1+（4-1）×0.05]

＝75325N

为了避免钢丝绳罐道在罐笼运行中发生共振，同一提升容器罐道绳张紧力差不得小于5%-10%，所以Fmin取65.5KN,Fmax取75.325KN，并且同一提升容器中的罐道绳内侧两根取大值，外侧两根取小值。

3、校核罐道刚性系数

K＝4PS/ln（1+a）≥50

a-罐道钢丝绳自重与张紧力之比

a＝（9.81×Ps×H0）/Fmin

＝（9.81×3.06×602）÷65500

＝0.276

K＝4×3.06÷ln（1+0.276）＝50.21>50满足要求

4.8制动钢丝绳

根据罐笼提升钢丝绳最大终端载荷13176㎏，选择B-152型防坠器。

其技术特性为：

最大计算制动力28600kg，最大终端载荷12300kg，制动钢丝绳直径Φ36mm，故选取18×7+FC-36-1770共四根钢丝绳。

4.9提升天轮梁的选择验算

4.9.1提升天轮梁的选择

选择I63a工字钢上下梁面加焊δ16钢板，两侧加焊δ16加强筋板，构成截面为I66.2焊接工字钢

4.9.2天轮梁的载荷

4.9.2.1按钢丝绳的断绳荷载进行计算

Sd＝K·Sg＝0.85×1126474＝957502.9N

式中：

K-钢丝绳的破断拉力换算系数取0.85；

Sg-钢丝绳的破断拉力总和Sg=837×1.283×103=1073871N

Td＝S·COSα/2

＝1073871×COS29°9＇/2

＝465467,7N

Vd＝[S（1＋Sinα）＋9.81×Q轮]/2

＝[1073871×（1+Sin29°9＇）＋9.81×1814]/2

＝813488.9N

式中：

T-工作天轮的水平载荷；

V-工作天轮的垂直载荷；

α-提升钢丝绳的平均仰角α＝29°9＇；

Q轮-单个工作天轮重量1814kg;

4.9.2.2按钢丝绳工作时的计算荷载

Tg＝S×COS29°9＇/2＝70980.7N

Vg＝[163758.3×（1＋Sin29°9＇）＋9.81×1814]/2＝131592.5N

式中S取最大静张力，由于相对于提升箕斗比罐笼要重，故S＝163758.3N

4.9.2.3钢梁强度验算

1、按偏心受压验算　

A＝2bt＋δh0=2×20×3.8＋2×（66.2－2×3.8）＝269.2cm2

Ix＝[bh3－（b－δ）h03]/12

＝[20×66.23－（20－1.3）×（66.2－7.6）3]/12

＝169945.71cm4

Wx＝2IX/h＝2×169945.71/66.2＝5134.31cm3

σ＝Mmax/CWX＋Nmax/CA

＝691.09×104/（0.9×5134.31）＋418.116×102/（0.9×269.2）

＝1668.16kg/cm2≤[σ]＝2100kg/cm2强度满足要求

式中:

A-梁的截面积

　　Ix-梁的截面惯性矩

　　b-梁面宽度200mm

　　t-梁的板面厚度38mm

δ-梁的筋面厚度13mm

　　h0-梁的高度

[σ]-钢材的允许应力2100kg/cm2

　C-钢梁的截面削弱系数0.9

　　Wx-梁的截面低抗矩

2、剪应力校核计算

τ＝Qmax×S/（I×δ）

＝444409×2929.22/[9.81×（169945.71×2）]

＝390.41Kg/cm≤[τ]＝1250Kg/cm　满足要求。

式中:

S-受剪截面在中性轴一侧的毛截面对中性轴面积矩。

S＝[bh2－（b－δ）h02]/8＝[20×66.22－（20－1.3）（66.2－7.6）2]/8＝2929.22cm3

[τ]-钢材抗剪切容许应力1250Kg/cm。

3、钢度校验

按工作最大载荷计算的弯矩进行验算

M′max＝106.63KN·M

ƒ/L＝5M′maxL/（48EIx）

＝5×106.63×104×3.5×102/（48×2.1×106×169945.71）

＝1.089×10-4＜1/400满足要求。

式中:

ƒ/l-容许相对挠度取1/400

E-钢材的弹性模量，取2.1×106kg/cm2

由以上计算得知：

所选I66.2焊接工字钢作为提升天轮梁可以满足使用满足要求。

4.10排水系统

根据我单位长期井巷施工经验，预计二期井巷施工期间井下最大涌水量预计达150m3/h，所以要求二期工程的临时排水能力要达到150m3/h。

在井筒内安设两路φ159×4.5mm无缝钢管作为二期工程施工排水管路，满足排水要求。

4.10.1临时泵房及水仓形成前

在井底车场临时泵房、水仓未形成前，在马头门一侧设前期临时泵房和临时变电所，前期临时泵房内设二台DM100-100×6卧泵（一台备用），利用井筒水窝作为水仓蓄水。

最大排水能力达85.5m3/h。

4.10.2临时泵房及水仓形成后

待临时泵房及水仓掘砌完成，临时泵房内布置两台MD100-100×6卧泵排水（一台备用）结合二路φ159×4.5mm排水管及井下水沟构成风井区二期巷道工程主排水系统。

在井底水窝内安设两台高流量潜水电泵（一台备用）,利用潜水电泵向通向临时水仓的水沟内排水,井筒及巷道涌水通过井下水沟网流向临时水仓，利用真空射流泵经MD100-100×7排至地面。

可满足二期工程施工排水需要。

MD100-100×7卧泵技术参数

型号

流量

扬程

电机转速

轴功率

电机功率

效率

质量

MD100-100×7

85m3/h

700M

2950r/min

315kw

450kw

58%

/

1、水泵扬程（近似计算方式）

H=h/ηs=（h1+h2）/ηs=600/0.9=666m＜700m满足要求

式中h-排水测定高度,m

h1-吸水管高度,4m

h2-排水管高度,563m

ηs-水管效率,取0.87～0.95

2、排水管直径选择

D=0.0188

=0.0188×

=0.133m

井下正常涌水量按