王村煤矿防水闸门设计说明书.docx
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王村煤矿防水闸门设计说明书
王村煤矿防水闸门设计说明书
陕西陕煤澄合矿业有限公司王村煤矿
2013年10月20日
审 批
编制人:
地测科:
运输区:
通风区:
生产科：
机电科：
安监科:
地测副总：
总工程师：
王村煤矿防水闸门设计说明书
0前言
王村煤矿水文地质类型经2010年划分为复杂型，根据《煤矿防治水规定》第六十六、六十七条规定：
“水文地质条件复杂、极复杂的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。
在矿井有突水危险的采掘区域，应当在其附近设置防水闸门”。
根据公司（局）研究决定，在三下进风巷和三下回风巷各施工一道防水闸门，主要防止三下采区和五采区突水威胁。
1矿井水文地质概况
王村煤矿井田范围为黄土广厚覆盖区，水位埋藏较深，地表水不发育。
区内地表水体仅有西部大峪河及东部金水沟溪流，流量受季节性影响及降雨控制，冬春季甚微，两条河流均发源于北部黄龙山区，自北向南流经井田东西部，分别流入黄河和洛河。
金水沟河底最低高程611m，流量甚微，常有断流现象。
大峪河河底最低高程558m，年平均流量为22L/s。
区内地下水受大气降水补给，主要蕴藏在小向斜轴部及金水沟、大峪河谷地。
按含水层性质可分为第四系松散层孔隙水、石炭二叠系砂岩裂隙水、太原组K2灰岩及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水三种类型。
其中前者为潜水含水层，后两者多为承压含水层。
隔水层主要为各地层段粉砂岩、泥岩段。
总体上看，第四系松散砂土层含水不富；石炭二叠系地层的富、透水性不强；奥灰岩富、透水性强，但极不均一，形成了本区非均质的统一含水体，水位标高+371m，对矿井开采水平低于+371m的区域有不同程度的影响。
王村煤矿最低开采水平为320m，故当开采水平低于371米时，奥灰水将会有一定的影响。
2工程概况
2.1防水闸门安设位置
三下进风巷防水闸门位于三下二号联巷口向南160m位置为防水闸门中心位置，围岩岩性为上部为细粒砂岩和粉砂岩，下部为K2灰岩，较坚硬。
三下回风巷防水闸门位于三下二号联巷口向南130m位置为防水闸门中心位置，巷道位于5号煤层，顶板岩性为K4砂岩，较坚硬。
2.2最高静止水位
奥灰水静止水位为+371m。
2.3涌水量
三下采区正常涌水量50m3/h。
2.4巷道的断面及支护形式
三下进风巷：
宽×高为3.2×3.5m，支护形式为锚网喷浆。
三下回风巷：
宽×高为4×3m，支护形式为锚网喷浆。
2.5巷道内运输方式
在运输大巷运输为电机车+平板车加工的专用车辆，在采区巷道及联巷为小绞车+平板车加工的专用车辆。
2.6巷道通过的设计风量
三下进风巷和三下回风巷设计风量3383m3/min。
2.7管线布置
三下进风巷西帮有管路三趟，两趟4寸和一趟3寸；东邦共有电缆5趟，三下回风巷东帮有管路两趟，一趟4寸和两趟2寸；西邦共有电缆3趟。
2.8防水闸门规格
三下进风巷自动防水闸门尺寸为3.0×3.0m；三下回风巷手动防水闸门尺寸为3.0×3.6m。
3防水闸门设计
3.1轨道巷防水闸门设计布置（1.6MPa/3.0×3.0m，带控制系统）
3.1.1设计布置
箅子门布置在防水闸门来水侧15m～25m处，活动轨道设在闸门前，门扇为对开式布置，门扇上分别设绞接机构与油缸连接。
PLC控制柜、手动操作台、液压站都集中于电、液控制硐室内，电、液控制硐室设在闸门硐室背水侧5m左右处，并高于轨面800mm以上。
PLC控制柜经光纤与地面工控机连接。
操作人员在地面操作既可完成闸门的及时关闭。
3.1.2.结构特点
3.1.2.1防水闸门（1.6MPa/3.0×3.0m）
承压≥1.6Mpa，两门扇对开布置，关闭后由拉紧装置锁紧，当门扇处于开启状态时由自动门托自动支撑。
3.1.2.2.箅子门
优化设计的箅子门既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，为闸门关闭创造了良好条件。
3.1.2.3活动轨道
常处于水平状态，当需要关闭闸门时，活动轨道自动移开。
3.1.2.4液压系统
液压站为全密封结构。
3.1.2.5电控系统
PLC控制柜经光电转换器、光纤与井上工控计算机与连接、工控计算机置有组太王管理软件，实时监控闸门系统的运行工况，据有故障查询、历史运行记录。
系统设有远控及近控两种操作模式，平常处于远控模式，据需要可切换到近控模式。
3.1.3闸门关闭顺序及耗时
关闭顺序：
活动轨道自动移开--门扇自动关闭。
耗时：
在远控模式下5min内自动完成。
3.2机轨合一巷闸门系统设计布置
3.2.1闸门断面（宽×高）3600mm×3000mm，对开布置。
两块门关闭后由拉紧装置锁紧，当门扇处于开启状态时由自动门托自动支撑。
3.2.2箅子门
箅子门布置在防水闸门来水侧15m～25m处，优化设计的箅子门既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，为闸门关闭创造了良好条件。
3.3泄水管内径选择
根据现有资料，防水闸门开启时，泄水管正常过水量300m3/h即0.084m3/s，设计在每个防水闸门硐室中设置两条泄水管，因此每个泄水管流量为0.042m3/s。
查表可得出：
泄水管直径为350mm（按计算选直径300mm也可,为了安全向上选了一级），且泄水管敷设坡度为0.006（6‰）时，管子的充满度（h/d）取值为0.6，流量为0.0761m3/s，可满足排水要求。
3.4附材
（1）光纤
轨道巷电液控制硐室需2芯光纤。
（2）电源
变电所需供出AC660V（电缆截面≥10mm
、用于液压站）、AC127V（用于声光报警、摄像仪）及DC12～24V（用于液位传感器）电源至每座电液控制硐室。
（3）46号抗磨液压油及φ16mm液压管若干。
（4）硐室中所需预埋件。
（5）主要设备供货范围一览表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
一
轨道巷
1
防水闸门（对开式）
MYD-1.6/3000×3000
台
1
承压1.6MPa
2
机械自动门托
调距20mm
台
2
3
轨道巷远程控制系统
YMG-B1/600
套
1
注
4
箅子门
台
1
注
5
排水管
DN350-7000
根
2
含法兰螺栓螺母法兰垫圈
6
高压闸阀
Z41H-350
台
2
1.6MPa
二
机轨合一巷
1
防水闸门（对开式）
MYD-1.6/3600×3000
台
1
承压1.6MPa
2
机械自动门托
调距20mm
台
2
3
排水管
DN350-7000
根
2
含法兰螺栓螺母法兰垫圈
4
高压闸阀
Z41H-350
台
2
1.6MPa
注：
轨道巷远程控制系统：
含液压系统、各执行油缸；PLC控制柜、操作台、接近开关、压力传感器、光电转换器、组态王运行软件、工控计算机等。
箅子门按所处位置实际断面设计，结构为两扇对开。
4防水闸门硐室设计
4.1基础资料
（1）三下进风巷防水闸门位于三下二号联巷口向南160m位置为防水闸门中心位置，围岩岩性为上部为细粒砂岩和粉砂岩，普氏系数f=4-6；下部为K2灰岩，较坚硬，普氏系数f=8-10。
三下回风巷防水闸门位于三下二号联巷口向南130m位置为防水闸门中心位置，巷道位于5号煤层，顶板岩性为K4砂岩，较坚硬。
普氏系数f=6-8；
（2）设计最大静水压为1.6MPa；
（3）闸门硐室采用混凝土浇筑作为永久支护，混凝土强度等级采用C30；
（4）三下进风巷巷道断面为3.2（宽）×3.5（高）m，支护形式为锚网喷浆。
三下回风巷巷道断面为4（宽）×3（高）m，支护形式为锚网喷浆。
4.2设计要求
1、由于闸门硐室所受的水压1.6MPa，根据《采矿设计手册》本防水门结构形式采用楔形结构；
2、由防水门受力特点，为保证发生水患时防水门不发生位移和混凝土碹体开裂，应据实际在水闸门门框和混凝土搭接处布置构造钢筋网；
3、防水闸门硐室一侧布置安设管线的管路，下部铺设排水管；
4、水闸门混凝土墙体砌碹完毕终凝后，须进行壁后注浆。
4.3防水闸门硐室密闭厚度确定
4.3.1设计参数
硐室所受的最大静水压力P=1.6MPa；
混凝土强度等级采用C30，其强度设计值：
轴心抗压强度值fc=14.3N/mm2，抗拉强度值ft=1.43N/mm2；
闸门前断面（即来水方向断面）确定巷道基本参数：
断面为三心拱形，净宽a=3.2m或4m，防水闸门硐室支撑面与巷道中心线夹角α=20°。
4.3.2防水闸门硐室密闭厚度计算
由于闸门硐室所受的最大水压1.6MPa≤1.6MPa，根据《采矿设计手册》本防水闸门硐室的结构形式采用楔形，计算如下：
三下进风巷：
巷道净宽3.0m
式中：
L—闸门墙体长度，m；
B—闸门墙体前、后巷道净宽，m；
α—凸缘基座支承面与硐室中心线夹角，式中取20°；
cc—混凝土的轴心抗压强度设计值，14.3N/mm2；
ro—结构的重要性系数，取1.1；
r?
—作用分项系数，取1.3；
rd—结构系数，据硐室净断面的大小取值1.5；
P—防水闸门硐室设计承受的水压，1.6N/mm2；
H—闸门墙体前、后巷道净高，3.0m；
代入公式计算：
按楔形公式
据以上公式验算结果，考虑到要安全的承受水压及地压，最终确定新增水闸门采用楔形结构形式，墙体厚度值取2.0m。
三下回风巷：
巷道净宽4m。
式中：
L—闸门墙体长度，m；
B—闸门墙体前、后巷道净宽，4.0m；
α—凸缘基座支承面与硐室中心线夹角，式中取20°；
cc—混凝土的轴心抗压强度设计值，14.3N/mm2；
ro—结构的重要性系数，取1.1；
r?
—作用分项系数，取1.3；
rd—结构系数，据硐室净断面的大小取值1.5；
P—防水闸门硐室设计承受的水压，1.6N/mm2；
H—闸门墙体前、后巷道净高，3.0m；
代入公式计算：
按楔形公式
据以上公式验算结果，考虑到要安全的承受水压及地压，最终确定新增水闸门采用楔形结构形式，墙体厚度值取2.0m。
4.3.3防水门框配置构造钢筋
由防水门受力特点，在水压较高时为保证发生水患时防水门不发生位移和混凝土碹体开裂，应据实际在水闸门门框和混凝土搭接处布置构造钢筋网。
受力分析：
高压防水闸门硐室承载水压以压、剪应力为主，硐室破坏是压剪应力引起的拉伸破坏；水压不是水闸门圆弧门扇的平均承担，防水闸门硐室自端头向尾部各截面上的应力逐渐衰减，硐室砌碹长度达到一定长度后，应力逐渐趋于零。
防水闸门受力示意图
故在防水门门框周围布置适量的构造钢筋起维护，拉结，分布力作用。
此处钢筋分两层布置，层间距300mm，每层钢筋网孔225×140mm，层间连接钢筋采用φ8搭接，上下每层纵筋和横筋均采用φ16钢筋布置。
4.4工程量与施工图
4.4.1见附图
4.5主要附属设施
三下进风巷自动控制防水闸门附属设施：
1、箅子门：
优化设计的箅子门既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，为闸门关闭创造了良好条件。
2、活动轨道：
常处于水平状态，当需要关闭闸门时，活动轨道自动移开。
3、液压系统：
液压站为全密封结构。
4、电控系统：
PLC控制柜经光电转换器、光纤与井上工控计算机与连接、工控计算机置有组太王管理软件，实时监控闸门系统的运行工况，据有故障查询、历史运行记录。
三下回风巷手动控制防水闸门附属设施：
1、箅子门：
箅子门布置在防水闸门来水侧15m～25m处，优化设计的箅子门既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，为闸门关闭创造了良好条件。
5施工方案
5.1施工顺序
三下进风巷和三下回风巷两道防水闸门计划同时施工。
1、施工流程
施工准备→施工硐室→基础浇筑→防水闸门门框安装→支模→混凝土浇筑→洒水养护→硐室注浆→安装闸门→附属设施安装→标准化整治
2、施工工序
第一步：
施工前，防水闸门、辅材、施工设备工器具、浇注材料等全部到位；
第二步：
将两巷的管路拆卸后用软管连接，放在巷道下方埋好；电缆小线在巷道下方挖槽埋好，并用护皮保护好；
第三步：
按照巷道中线开挖（挑顶、扩帮、起底），先刷顶部，再刷两帮；
第四步：
基础浇注，安装组合门框、校正、与槽钢焊接固定，支模；
第五步：
浇注C30等级混凝土；
第六步：
终凝拆模、洒水养护，硐室注浆；
第七步：
安装闸门门扇；
第八步：
附属设施安装；
第九步：
整治标准化。
5.2质量要求及注意事项
1、混凝土浇筑前先架设模架，找平固定防水闸门门框；
2、防水闸门的各项施工及质量，应符合设计要求。
闸门和闸门硐室不得漏水；
3、防水闸门硐室前、后两端，分别砌筑不小于5m的混凝土护碹，碹后用混凝土填实，不得空帮、空顶。
防水闸门和护碹采用统一高标号水泥进行注浆，注浆压力要符合设计要求；
4、防水闸门来水一侧排水管口要焊接铁箅子。
5、防水闸门的轨道、带式输送机等能够灵活易折。
通过墙体的各种管路和安设在闸门外侧的闸阀的耐压能力，与防水闸门所设计压力相一致。
电缆、管道通过防水闸门墙体处，用堵头和阀门封堵严密，不得漏水；
6、防水闸门应安设观测水压的装置，并有放水管和放水闸阀；
7、硐室护碹砌筑质量符合要求，注浆压力符合设计要求。
5.3安全措施要求
1、硐室施工前施工单位必须根据设计说明书编制详细的施工安全技术措施。
包括打眼、放炮、支护、喷浆、浇注混泥土、起吊安装等措施。
2、运输区须根据防水闸门的实际尺寸，在地面加工专门运输车辆以及捆绑牢固下井，车间、机电科配合；同时，负责编制下罐和大巷运输的安全技术措施。
3、施工单位负责编制从15度坡底到安装地点的运输措施。
包括沿途的小绞车、轨道、其他安全设施必须齐全完好，三下回风巷运输从二号联巷进，在二号联巷风门里交叉点处更换成化子车。
4、安监科安排专职安监员在运输、安装、施工现场进行跟班监督安全管理。
5、安装、调试期间防水闸门厂家安排专门技术人员指导施工。
6、矿安排科室管理人员现场跟班，监督指导施工，认真负责好现场管理，并与班组负责人协调及时解决生产中出现的安全隐患及其它问题。
7、小绞车司机必须持证上岗，同时严格执行《绞车司机操作规程》。
8、小绞车司机操作前，必须认真检查绞车各部件及各项安全设施的完好情况，摘挂钩工每次接班后，必须认真检查链环，钩头完好，钢丝绳的磨损情况及轨道质量，发现问题及时汇报处理后，方可开始工作。
钢丝绳因断丝，磨损需要更换时，按《煤矿安全规程》第402条执行。
9、小绞车要有护绳板，滚筒上必须留余绳三圈，绳头压板必须压牢，滚筒排绳要整齐，钢丝绳磨损超限时，禁止使用。
10、小绞车司机必须站在护绳板后开车，严禁站在绞车前方或侧方开车。
11、小绞车司机和摘挂钩工，必须牢记一停、二开、三放车的有关规定，每次拉放车，必须先发信号，禁止不发信号或先开车后发信号，信号不清，严禁开车。
12、绞车在运行中，严禁用手或脚拨动运行中的钢丝绳和检查处理机器的运转部件。
13、绞车运输其绳索、钩环、保险绳、挡车器、声光信号、绞车制动、安全装置以及保护罩等，必须安全完好、灵活可靠，每次使用前必须进行检查，确保正常使用。
14、车辆连接必须统一使用三链环。
15、钩头U型环安装必须朝向主绳方向。
16、运料时必须做到以下几点：
⑴物料运输前必须认真检查装车情况，防止物料滑落。
⑵料车在巷道内存放时必须支牢。
⑶在车上翻物料时，必须相互配合好，防止挤手。
⑷严禁乱扔乱放，按井下标准化要求进行摆放。
17、信号工发出信号前要对附近人员发出开车警告，严禁其通行；如开车前已有人员通行则不得发出开车信号，严格坚持“行人不行车，行车不行人”制度。
18、处理掉道车，工长必须现场指挥，处理人员不少于4人，严禁用绞车强拉复位，应采用木质较好的背板多人合作，抬车上道；斜坡处理掉道车，必须设专人负责看护绞车，必须将车闸死，先抬下部上道，然后支稳矿车下部，再抬上部使其上道，处理人员必须站在车两边，严禁任何人员在车后方及下方逗留，处理好后，所有人员撤离至安全地点后，方可打信号开车；
19、设备必须用8#铁丝双股或细钢丝绳捆绑牢固，并使设备中心置于料车中心，运送大件必须采用专用料车，确保斜坡拉放车安全。
20、人工搬运物料，搬运人员必须口令统一动作一致防止碰伤。
21、钢丝绳检查：
钩头20m以内由挂钩工负责，其余由小绞车司机负责，发现问题及时处理，并汇报队值班。
22、使用绞车时司机、挂钩工不少于5人。
23、过风门时，必须严格执行“过一关一”的顺序，防止风流短路。
24、运料工必须按支护材料标准、规格、要求进行验料、装料，严禁不合格支护材料入井。
25、斜巷拉放空重车数量严格执行绞车放行牌版规定。
26、上、下山运输时，严禁放飞车，非专用料车时必须将材料、设备、工具等要系牢，以防下滑。
27、斜巷运输中途需停车装卸时，绞车司机必须刹紧闸把，坚守岗位，装卸人员采用卡道器将车支好，才能装卸。
装卸物料期间，车辆下方严禁有人工作或逗留。
28、斜巷运输必须设置“一坡三挡”。
29、推车时不准扶在车沿上，手应扶在车沿下200mm的地方，以防挤手。
30、人力推车时，严禁在车的两侧推车，防止车辆歪倒伤人。
31、人工抬运设备时，需用双股8#铁丝将设备捆绑牢固，用二寸管子或圆木抬运，并统一速度前进，设备运至指定地点后下放时，统一缓慢放下设备或前方人员缓慢放下后，后方人员再缓慢放下放下，严禁所有人同时抛扔以防设备倒下伤人。
32、其他仍执行《煤矿安全规程》、《各工种操作规程》及矿队有关规章制度的规定，同时执行专题会议的有关规定。
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