斜井小半径曲线物料运输工法

PAGE4PAGE15斜井曲线段物料运输工法1、前言斜井小半径曲线物料运输技术是中国铁路总公司在重庆石忠高速公路控制工程方斗山隧道斜井创造性应用的一种新颖的技术型施工方法。它一改煤矿系统传统的分段运输法、刮板式输送带运输法，采用洞外一台矿用提升机提升，曲线段安设五花立辊约束钢丝绳运动方向，实现矿车按曲线方向行驶的一系列新技术，使斜井径曲线段物料运输具有高效、经济、安全等特点。该项技术在方斗山隧道斜井施工中，取得了令人满意的效果，其施工组织便利，安全性能可靠，满足了斜井的快速施工要求。通过对轨道和矿车的改造、设备配套等技术的不断完善、发展，经总结形成本工法。结合本工法在施工生产中进行的质量管理成果《攻克大断面陡坡斜井曲线段运输难题》获国家级二等QC成果奖。2、工法特点刮板式输送带运输法：运输可以实现连续性，所需设备均有定型产品，但费用高，每米需1.3万元左右，不能紧跟工作面，需挖掘机倒碴、每两循环需接输送机，维修人员多，不能反向向下输送喷浆料及其它材料，因此不适用于本工程。分段运输法：煤矿在平面上转角采用分段牵引法，在斜面上还无先例，但理论可行。但需要开挖两个洞室安装两台绞车、需增加两台机械转盘，转盘需单独研制，且费用大，由于需反复摘钩危险性很大，施工速度缓慢。本工法与传统方法比较具有以下特点：2.1速度快。由于减少了井身内摘挂钩工序，提高了运输施工速度，斜井曲线段开开挖月进尺达到77.5m/月。2.2安全性好。采用井外一台矿用提升机提升，无井身内摘挂钩，减少安全风险。2.3工艺简单。本工法应用五花立辊约束钢丝绳运动，对矿车及设备进行适当改造，不需增加设备和人员，易操作。2.4效益明显：可充分利用现有设备，仅需增加一些附件及对轨道、矿车适当改造，节约投入。3、适用范围本工法适用采用矿用提升机提升的铁路、公路、水工及各种地下人防工程的斜井曲线段物料运输。4、工艺原理4.1利用原有斜井矿用提升机对矿车、轨道进行改造后进行物料运输的方法，进入曲线后，钢丝绳仍按矿用提升机与矿车两点之间形成直线，当矿车进入曲线一定距离后，钢丝绳将偏离轨道，致使钢丝绳与钢轨相交，磨损钢丝绳，为了使钢丝绳始终位于轨道中间，在钢丝绳的曲线内侧设置立辊，对钢丝绳进行约束。4.2由于立辊高度较低，提升机刹车时及其它因素容易造成牵引钢丝绳跳跃，导致立辊无法约束钢丝绳，发生安全事故，因此在立辊顶部增设五花凸轮，保证钢丝绳不脱离立辊。4.3矿车钢丝绳连接器高度与矿车底盘高度相同，但立辊高度不得超过矿车的轮轴高度，超过矿车轮轴便会碰撞立辊造成矿车无法运行或跳道，为了实现五花立辊约束钢丝绳必须对矿车进行改造，增设绳卡器牵降低钢丝绳的连接高度。4.4立辊顶部设五花凸轮后钢丝绳矿车向下运行时如何进入五花立辊或矿车向上运行时钢丝绳如何脱离立辊。立辊安装在钢丝绳的曲线内侧，并偏移轨道中心一定尺寸，而绳卡器在矿车上安装时向曲线外侧偏移一定尺寸，当矿车向下运行到立辊位置时，立辊不会与绳卡器碰撞；利用钢丝绳在曲线两约束点间是一弦线的原理，当矿车通过立辊后并运行一定距离，钢丝绳将向曲线内侧移动，最后被立辊挡住不再往曲线内侧移动，实现立辊对钢丝绳的约束。反之，钢丝绳将脱离立辊的约束。5、施工工艺流程及操作要点5.1矿用提升机采用2JK-2.5×1.5/20型矿用提升机，卷筒直径2500mm，卷桶宽度1500mm，拉力90KN，最大提升速度3.8m/s，钢丝绳直径31mm（为右交捻绳），钢丝绳长度1000m，电机功率400KW，总重35943Kg，使用电压6000V。5.2轨道铺设及地辊安装曲线段运输采用单线双轨，钢轨采用43kg/m钢轨，轨距762mm，钢轨按曲线铺设，钢轨按《煤矿安全规程》采用曲线错接式接头，错距2m；枕木采用油枕，油枕横截面为200×160mm，枕木长1200mm，.铺设间距800mm，安装地辊及立辊处枕木采用160mm槽钢；每间距8米设置一地辊及轨道防滑装置，防滑装置采用Φ22，L=1.5m的地锚将轨枕固定于底板。地辊安装高度距轨面40mm，地辊支架焊接在槽钢上，地辊安装见图5.2-1《地辊安装示意图》。图5.2-1地辊安装示意图5.3矿车改造在矿车没改造前，采用钢丝绳连接器连接矿车时，钢丝绳高度将超过矿车轮的轴下线，而立辊高度不能超过轮轴的轴下线，利用连接器牵引矿车根本无法让矿车通过立辊时便将牵引钢丝绳引入立辊中，见图5.3-1《矿车改造前矿车牵引示意图》。因此，通过研究改绳卡器牵引代替连接器牵引。绳卡器设计体积很小，这使它不受车轮轴下线的限制而能根据需要任意降低牵引高度，使矿车通过立辊便能将钢丝绳引入立辊有效约束区域内，从而让牵引钢丝绳沿立滚设置位置运动，见图5.3-2《矿车改造后矿车牵引示意图》，为使矿车与牵引钢丝绳连接可靠，将原矿车连接器移至矿车尾部，钢丝绳从矿车下部穿过与矿车尾部连接器连接牢固，钢丝绳与矿车连接见图5.3-3《钢丝绳与矿车连接示意图》。绳卡器材料采用Q235钢材，与矿车底盘相连采用连续焊接法焊接，焊缝高不低于8mm。为防止钢丝绳在绳孔中的挤压形成点或线接触而磨损、点蚀影响钢丝绳寿命，同时防止绳卡器松动或在意外冲击力下钢丝绳在绳槽中滑动磨损钢丝绳，设计在绳卡器与钢丝绳之间镶嵌一套两半圆形紫铜套。紫铜质地较软，在夹紧力的作用下能与钢丝绳紧密接触，形成足够的摩擦力，同时为消除绳卡器两端对钢丝绳的剪切力，两端制作成圆滑过渡喇叭形。紫钢套与夹绳器之间各有矩形螺纹槽，相互镶嵌其中，防止紫铜套与夹绳器相互滑动。图5.3-1矿车改造前矿车牵引示意图图5.3-2矿车改造后矿车牵引示意图图5.3-3钢丝绳与矿车连接示意图5.4五花立辊设计及安装五花地辊设计见图5.4-1《五花地辊设计图》图5.4-1五花地辊设计图5.4.1五花立辊设计⑴五花立辊高度设计五花立辊总高度：H1=H2+H3＜HH1：五花立辊有效区高度；H2：五花立辊底座与上盖高度；H：轨枕面与轴下线间的距离。五花立辊有效区高度：H2=h1+h2h1：钢丝绳直径；h2：自由区间，由于立辊高度受轴下线与轨枕机间的高度控制，取84mm；⑵五花立辊主轴设计立辊主轴主要承受钢丝绳偏移所产生的剪切力，通过分析可知，矿车由井底向井口出碴时为最不利受力条件，主轴直径需满足其受力要求。由图5.4-2《受力分析图Ⅰ》可得出钢丝绳受拉力为：F=Gsin22°+Gcos22°γF：钢丝绳拉力；G：矿车与运送物料重量之和；γ：轮与钢轨滚运摩擦力系数；22°：斜井倾角；图5.4-2受力分析图Ⅰ由图5.4-3《受力分析图Ⅱ》可得出五花立辊主轴剪力为：Q=2FsinαQ：五花立辊主轴剪力；F：钢丝绳拉力；α：弦切角，α≈L/(πD)×360°L：立辊间距；D：园曲线直径；图5.4-3受力分析图Ⅱ五花立辊主轴直径d=(4Q/[τ]/π)1/2d：五花立辊主轴直径；Q：五花立辊主轴剪力；[τ]：五花立辊主轴永许剪应力；五花立辊通过以上计算没考虑按匀速运动时的受力状态，因此，考虑矿车起动时的静摩擦阻力及其他因素影响，取3.0的安全系数。5.4.2五花立辊五花立辊安装在距曲线起点8m处开始设置安装立辊，在该处连设两组立辊及轨距拉杆（间距0.8m），往后立辊安装间距5.0m，轨距拉杆5.0m一组。立辊与轨道钢枕用M20螺栓连接，钢枕两端各用4根φ22砂浆锚杆锚固，锚杆长1.2m。5.5信号系统信号通讯系统主要由电铃、指示灯、对讲机、内部电话和视频装置组成，在作业时，各种信号工具同时使用，可避免因某种工具损坏而影响绞车系统正常运行。信号在绞车房与井口、井底之间传输，绞车司机收到信号人员的操作指令，并确认轨道线路无障碍时，发出回应信号，再得到信号人员确认后，方可进行操作。严格遵守信号的发布程序，在停车状态，若收到不明确的信号，不能操作，只有指令正确，信号规范后方可运行矿车。同时在绞车液压泵站起动按扭中串入一组警报信号线。当绞车司机起动液压泵站准备动车警报器便发出声光警示，洞内任何人员只要看(听)见警报器发出声光警示便立即拆离轨道。关闭液压泵站停车警报器便停止声光警示。警报器在洞内每间隔50m安装一个。当进入曲线施工段时，矿车跳道不易及时发现，在曲线段增设矿车跳道信息捕捉装置。在轨道内外侧距离矿车车厢150mm处每间距16m（直线段）、8m（曲线段）锚焊一立杆，立杆高出车厢底板150mm，立杆上安装一套小滑轮，滑轮内穿Φ3mm钢丝绳，调整钢丝绳与矿车车厢相距50mm。每间距80m安装一套LX4-12S型行程开关，将钢丝绳与行程开关撞杆顶端固定。工作原理：矿车轮缘一旦爬上钢轨面，矿车车厢便会偏离轨道中心线撞上其中一侧钢丝绳，钢丝绳拉动行程开关向绞车司机发出警报，即可立即停车处理。5.6劳动力安排主要劳动力配备参见表5.6-1《主要劳动力配备》。主要劳动力配备表5.6-1班组主要工作内容工种人数备注提升班轨道设置、检修修，钢丝绳绳检修、更更换，操作作绞车轨道工7检修工2绳检工2绞车司机6信号班发送信号信号工6合计236、材料与设备6.1材料本工法涉及材料均为常规建筑材料，不涉及需特别说明的新型材料。6.2设备主要机械设备配置参见表6.2-1《主要机械设备配备表》。主要机械设备配备表表6.2-1序号机械设备名称规格、型号单位数量备注1双筒绞车400kW台12侧卸矿车4m³台23装载机ZLC50C台1洞外装碴4自卸车20T台2洞外运碴5电焊机小型台26轨行运输矿车台17皮带运输机自制台18信号通信系统套2电铃、指示灯、对对讲机、内内部电话和和视频装置置若干左右线各1套9发电机400kW台1备用7、质量控制7.1通过全员岗前培训、技术交底，制定岗位责任制等手段，规范操作行为，从人的因素上杜绝质量隐患的发生。7.2轨道接头的间隙不得大于5mm，高低和左右错差不得大于2mm。2条钢轨顶面的高低差，不得大于5mm。轨枕的间距偏差不得超过50mm，道碴普通碎石道碴，轨枕下应捣实，对道床应经常清理，应无杂物、无积水。7.3轨距拉杆严格设计间距安装，误差不大于50mm。7.4地锚系统严格按要求间距，锚杆长度进行设置，锚孔内锚杆药包必须饱满，锚杆与钢枕焊接牢固。7.5地辊与立辊安装间距误差不大于20mm，立辊横向向曲线外侧误差0mm，曲线内侧误差10mm。8、安全措施8.1严格遵守绞车信号制度。8.2对绞车、轨道、钢丝绳等严格按检查制度进行检查，并做好检查记录。8.3绞车操作严格贯彻执行主、副司机制，对制动系统要在开车前进行检查，在确认无故障后方能使用。8.4绞车行驶不得超速，曲线段运行速度≯1.5m／s，进入直线段后才能逐渐加至全速；严格按信号及时减速、刹车。8.5设置矿车跳道信息捕捉装置，实时将信号传送给绞车司机，以便出现异常情况立即处理。8.6钢丝绳连接必需采用重型绳卡，绳卡数量不得少于6个，绳卡里端为钢丝绳断头端。8.7采用视频监控系统对矿车运行全过程监控与录像，直线段每间距150m设置一套，曲线段间距30m设置一套，其中卸碴位、变坡点、曲线起始、终止点各增设一套，由绞车副司机进行监视，发现问题及时停车处理。8.8洞外配备1台并网发电机，可随时启动向洞内送电。9、环保措施9.1开工前组织全体干部职工进行生态资源环境保护知识学习，增强环保意识。9.2合理布置施工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，并在周围进行绿化，以尽量减少对原有环境的破坏。9.3做好生产、生活区的卫生工作，保持工地清洁，生活垃圾在指定的地点堆放。9.4洞口及生活区设污水处理系统，经处理达到国家规定标准后再排放。9.5加强施工机械养护，禁止机械运转过程中产生的油污水未经处理就直接排放。9.6隧道内设专人检测洞内空气成分、粉尘含量及温度。减少大气污染及对粉尘污染防治等。9.7加强施工机械设备的维护保养，减少机械噪声，尽量减少施工对当地居民的不利影响。9.8弃碴要“先挡后弃”，并设环形截水沟，保证排水畅通，尽量不破坏原有地表径流通道。10、效益分析10.1经济效益本工法与采用分段牵引法比较：分段牵引法比较需投入3台提升机械，增加费用约54万元；开挖3个机械安装洞室，增加费用约22.1万元；配备两台机械转盘增加费用约15万元；投入机械操作人员32人共2个月时间，增加费用约11.52万元；共需增加费作约102.62万元。本工法只需加工立辊26套，每套400元/套，增加费用1.04万元，矿车改造费用约800元，合计增加费用1.84万元，可节约成本100.78万元。本工法与采用刮板输送机提升运输法比较：刮板输送机提升运输每米需1.3万元左右，本工程曲线长127m，需要增加费用约165.1万元，本工法可节约成本163.26万元。10.2社会效益展示了强企风采，提升企业核心竞争力。斜井三维曲线段提升技术的成功应用，既节约了施工成本，又有效地缓解了工期压力。在施工中，未发生一起安全、质量事故，而且在业主对石忠高速公路多次综合评比中，均名列前茅，综合业绩受到重庆市交委、业主、设计院和监理单位的认可和好评，赢得了良好的社会效益。10.3技术效益在无任何可借鉴经验的情况下，成功开发出了斜井三维曲线段提升技术，填补了国内斜井曲线段单一绞车提升运输施工的空白。斜井曲线提升技术的成功实施，为今后类似条件下斜井工程的设计和施工提供可靠的决策依据。11、应用实例例石（柱）～忠（县县）高速公公路土建工工程B12合同段斜斜井工程，位位于重庆市市石柱县境境内，为方方斗山隧道道的专用通通风巷道，分分为左、右右线。斜井左线全长7708.22m，倾角24°，井口与与井底高差差283..639mm；洞口6..5m为平平坡段，平平坡与井身身间设一半半径为200m的竖曲曲线，长88.5m；；斜井净宽宽8.5mm，净高6..25m，净净空面积445.377m²；开开挖宽度为为9.4～10.044m，高度度为7.28～7.97mm，开挖断断面面积为为56.8～72.7mm²。斜井右线全长7781.11m，倾角22°，井口与与井底高差差283..203mm；洞口211m为平坡坡段，平坡坡与井身间间设一半径径为20mm的竖曲线线，长8mm。斜井净净宽7m，净高高5.255m，净空空面积311.49mm²；开挖挖宽度为7.9～8.54mm，高度为6.28～6.98mm，开挖断断面面积为为41.3～53.8mm²。井身身有1277m位于平平面半径R=1500m的曲线线上。斜井井平面布置置见图111-1《方斗山隧隧道斜井平平面布置图图》。图11-1方斗斗山隧道斜斜井平面布布置图斜井全洞要进行行二次砼衬衬砌，二次次衬砌主要要采用素混混凝土，其其中洞口220m和F4断层及影影响带600m采用C25钢筋混凝凝土衬砌。二二次衬砌厚厚度为30～45cm。斜井衬衬砌砼设中中隔墙（一一侧为排风风道，一侧侧为送风道道），中隔隔墙厚度为为30cmm，为钢筋筋混凝土。左左线斜井送送、排风道道为对称结结构，右线线斜井送、排排风道为非非对称结构构。初期支护主要采采用D22砂浆锚杆杆（L＝2.5～3.0m）+钢筋网+C20喷射混凝凝土；EVA复合防水水板；C25混凝土二二次衬砌（断断层破碎