10.张圪崂风井改绞方案

陕西亿华矿业开发有限公司海则滩矿井张圪崂风井箕斗改绞方案编制单位：中煤第三建设（集团）有限责任公司三十工程处编制时间：2023年12月15第一章方案确定的原则及依据1.1确定的原则1、在保证安全使用及施工进度的前提下，尽可能的利用原凿井期间形成的系统和设施，以减少改绞措施工作量，缩短改绞时间。2、张圪崂风井与中央风井短路贯通完成后，再进行临时改绞。3、改绞后形成独立的提升、压风、供排水、通讯、视频监控、井下运输及地面运输等系统。1.2编制依据1.《煤矿安全规程》（2022年版）；2.《煤矿安装工程施工规范》（GB51062-2014）；3.《煤矿设备安装工程质量验收规范》（GB50946-2013）；4.《煤矿井巷工程施工标准》（GBT50511-2022）；5.《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010(2022年版）；6.《煤矿建井排水技术规范》（GB/T51229-2017）；7.《煤矿建设安全规范》（AQ1083-2011）；8.《煤矿工业矿井设计规范》（GB50215-2015）；9.《钢结构设计规范》（GB50017-2017）；10.《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB50169-2016）；11.《钢结构工程施工规范》（GB50755-2012）；12.《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）；13.国家现行的有关煤矿建设工程法律、法规、规范、规程、标准、图集等；第二章改绞方案2.1改绞总体方案待张圪崂风井与中央风井短路贯通后，对张圪崂风井进行临时改绞，临时改绞采用两对11吨箕斗改绞方式，继续利用一期VI型凿井井架，提升系统采用两套2JKZ-4.0×2.65提升机配两对11吨轻型箕斗，张圪崂风井改绞时独立形成供水、排水、供电、压风等辅助系统。2.2井筒布置方案（1）布置11t箕斗4只；（2）布置压风管1路,规格为Φ159×5㎜；（3）布置排水管2路，规格为Φ219×6~10㎜，壁挂安装；（4）布置供水管1路，规格为Φ108×6㎜；（5）布置高压电缆2路，规格为MYJV42-6/103×150；（6）布置通讯电缆1路，规格为MKVV22-40×2×0.8；（7）布置信号电缆2路，规格为MKVV22-450/750V24×2.5；（8）布置监控光缆2路，规格为MGTSV-24B1；所有管线的悬吊钢丝绳均挂于封口盘上。其中电缆为单绳悬吊，电缆从封口盘下引出井口，井筒中悬吊的电缆，每100米采用锚杆揽向井壁。2.3改绞后提升系统临时改绞后，提升系统采用两套2JKZ-4.0×2.65提升机配一对11吨轻型箕斗。提绞车参数见下表：表2-1提升机主要技术特征表2JKZ-4.0×2.652JKZ-4.0×2.65222.65m2.65m4.0m4.0m2740mm2740mm50mm50mm285KN250KN255KN210KN7.98m/s6.85m/s15.5152×1250kw2×1000kw10KV10KV2.3.1主箕斗提升机选择计算采用2JKZ-4.0×2.65提升机配一对11吨轻型箕斗提升矸石，井底采用定重装载。1、钢丝绳选择计算1）钢丝绳最大悬垂高度H0=Hsh+Hj1=809，取810m 式中：Hsh——井筒内提升深度780mHj井口至钢丝绳与天轮切点的高度，取Hj=29m2）提升物料荷重钢丝绳终端荷载：3）钢丝绳单位长度重量的计算式中：σB—钢丝绳的公称抗拉强度，取σB=1960Mpama—钢丝绳的安系数，提物时，ma=7.53）钢丝绳的选择通过以上计算，提物时的PSB值大，因此，选择钢丝绳时以提物时的PSB值为依据，故改选为18×7+FC-50-1960型钢丝绳，其破断拉力总和为Qd=1.283×1520×1000/9.81=198793㎏，单位长度重量为：PSB=9.75㎏/m，最粗丝δ=3.23mm4）安全系数校验2、提升机校验1）滚筒直径校验：D=4000mm≥60dS=60×50=3000mmD=4000mm≥900δ=900×3.75=3375mm2）滚筒宽度校验：缠绕层数n=B/BT=3810/2650=1.44（层），需缠两层钢丝绳。式中：H——钢丝绳提升高度，H=810m；30——试验绳长度,取30m；ε——绳圈间隙，取3mm；d——绳径,d=50mm；n——缠绳层数；根据以上计算，绞车滚筒宽度符合规定。3）钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力和静张力差校验：1)最大静张力校验实际静张力：Fj=Q0＋PSB·H0=16300+9.75×810=24198㎏=237KNFj＜绞车的最大静张力285KN，满足要求。2)最大静张力差校验实际静张力差：Fj1=Q＋PSB·H0=11000+9.75×810=18898㎏=185KN实际静张力差Fj1＜绞车的最大静张力差255KN4）电机功率校验提升机最大速度Vm=(n/(60·i))·Dπ=7.98m/s电机功率式中：n——电机转速，取591r/minK——矿井阻力系数，取1.15QW——QW为提升物料最大静张力差，——动负荷的影响系数，一般取1.1-1.4，罐笼提升取1.3-1.4，箕斗提升取1.2-1.3，取1.2，ηc——取0.92所选提升机电机为2×1250KW满足使用要求。2.3.2副箕斗提升机选择计算采用2JKZ-4.0×2.65提升机配一对11吨轻型箕斗提升矸石，井底采用定重装载。1、钢丝绳选择计算1）钢丝绳最大悬垂高度H0=Hsh+Hj1=809，取810m 式中：Hsh——井筒内提升深度780mHj井口至钢丝绳与天轮切点的高度，取Hj=29m2）提升物料荷重钢丝绳终端荷载：3）钢丝绳单位长度重量的计算式中：σB—钢丝绳的公称抗拉强度，取σB=1960Mpama—钢丝绳的安系数，提物时，ma=7.53）钢丝绳的选择通过以上计算，提物时的PSB值大，因此，选择钢丝绳时以提物时的PSB值为依据，故改选为18×7+FC-50-1960型钢丝绳，其破断拉力总和为Qd=1.283×1520×1000/9.81=198793㎏，单位长度重量为：PSB=9.75㎏/m，最粗丝δ=3.75mm4）安全系数校验2、提升机校验1）滚筒直径校验：D=4000mm≥60dS=60×50=3000mmD=4000mm≥900δ=900×3.55=3375mm2）滚筒宽度校验：缠绕层数n=B/BT=3810/2650=1.44（层），需缠两层钢丝绳。式中：H——钢丝绳提升高度，H=810m；30——试验绳长度,取30m；ε——绳圈间隙，取3mm；d——绳径,d=50mm；n——缠绳层数；根据以上计算，绞车滚筒宽度符合规定。3）钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力和静张力差校验：1)最大静张力校验实际静张力：Fj=Q0＋PSB·H0=16300+9.75×810=24198㎏=237KNFj＜绞车的最大静张力250KN，满足要求。2)最大静张力差校验实际静张力差：Fj1=Q＋PSB·H0=11000+9.75×810=18898㎏=185KN实际静张力差Fj1＜绞车的最大静张力差210KN4）电机功率校验提升机最大速度Vm=(n/(60·i))·Dπ=6.85m/s电机功率式中：n——电机转速，取491r/minK——矿井阻力系数，取1.15QW——QW为提升物料最大静张力差，ρ——动负荷的影响系数，一般取1.1-1.4，罐笼提升取1.3-1.4，箕斗提升取1.2-1.3，取1.2，ηc——取0.92所选提升机电机为2×1000KW满足使用要求。2.4箕斗提升能力计算 张圪崂回风立井为箕斗提升系统，采用两台2JKZ-4.0×2.65绞车，两对单层11t箕斗，主提升机速度为7.98m/s，副提升机速度为6.85m/s，提升机速度（取主副提平均速度）:ne=7.4m/s，提升高度:H=790m,箕斗容量:VZ=11t,矸石松散容重γg=1600kg/m³,加(减)速度:a=0.65m/s2。1）主加速阶段（1）运行时间t1=Vmax/a=11.38s（2）加速阶段运行距离h1=Vmax×0.5×11.38=42m2）减速阶段（1）运行时间:t3=Vmax/a=11.38s（2）减速阶段运行距离:h3=Vmax×0.5×11.38=42m3）等速阶段（1）运行时间：t2=h2/Vmax=95s（2）等速阶段运行距离h2=H-h1-h3=790-42-42=706m4）休止时间:Q=60s5）一次提升循环时间：TS=t1+t2+t3+Q=178s，取180m；6）每小时提升能力,按提升重量计算式中：0.9——装满系数；Vch——箕斗容量，11t；K——提升不均匀系数，1.2；Ts——一次提升循环时间，180s；7）每日提升能力箕斗每天提升矸石时间取T1=18小时，每天提升矸石量为165×18×2（对）=5940t。则每月提升矸石量（按27天考虑）为：27×5940=160380吨。（1）半煤岩巷煤矸松散容重取1.32t/m³，则每月矸石提升量为AT=121500m³/月，巷道平均断面按S=22m2,松散系数1.5计算，则2对箕斗满足半煤岩月进尺为3682m；（2）岩巷矸石松散容重取1.6t/m³，则每月矸石提升量为AT=100238m³/月，岩巷平均断面按S=22m2,松散系数1.8计算，则2对箕斗满足月进尺为2531m；2.5供电系统地面供电：临时改绞后，地面供电系统不变，只对部分负荷进行调整。井下供电：井下临时变电所，临时变电所服务至2025年3月，矿永久中央变电所投运后，将供电系统转接至矿中央变电所。张圪崂风井井下临时变电所配置考虑4个综掘工作面及风井区排水、通风及矸石运输系统运行。井底变电所采用双回路供电，临时改绞时，在井筒内敷设两路MYJV42-8.7/10KV3×150mm²高压电缆作为井下生产动力电缆，高压电缆电源均引自张圪崂风井井口临时变电所。井下临时变电所配置如下：PBG-10/400矿用隔爆型高压真空配电装置3台；PBG-10/200矿用隔爆型高压真空配电装置2台；PBG-10/100矿用隔爆型高压真空配电装置12台；KBSG-500KVA/10/0.66KV风机专用干变2台；KBSGZY-630KVA/10/1.14KV掘进机干变4台；KBSG-500KVA/10/0.66KV动力干变2台；KBSG-500KVA/10/0.66KV破碎机动力干变2台；（8）KBZ馈电开关15台；（9）ZBZ-10综保照明2台；用电负荷统计详见下表。表2.5-1改绞后井下用电负荷统计表编号设备名称额定容量kw设备数量设备容量（KW）需用系数cosφtgφ计算容量安装使用安装使用有功KW无功Kvar视在KVA1掘进机47244188818880.80.750.882014201420142破碎机2×150226006000.80.750.886406406403排水泵71032284014200.60.750.881136113611364皮带机2×75669009000.60.750.885404757205皮带机75221501500.60.750.8890791206通风机2×55636603300.70.750.882312033087通风机2×3021120600.70.750.884237568潜水泵3710103703700.70.750.882592283459其他3003003000.70.750.88210185280合计60181）井下变电所进线高压电缆选择计算根据设备负荷统计，井下变电所在整个施工过程中用电总功率Epe为6018kw，同时系数Ks取0.7，需用系数KX取0.8，功率因数cosψ取0.75。电缆供电距离取1000m，则：（1）井下变电所最大长时负荷电流计算井下变电所最大工作容量S为：井下变电所最大长时工作电流Ig为：式中：S—视在功率，kvAUe—额定电压，kv选用型号为MYJV42-8.7/10KV3×150mm2的高压电缆长时载流量为379A＞259A,满足要求。（2）按经济电流密度选择电缆式中：Ij—经济电流密度，取2.0A/mm2（年度最大负荷利用小时数，一班作业为为1000~3000h，经济电流密度取2.5A/mm2，两班作业为为3000~5000h，经济电流密度取2.25A/mm2，三班作业为为5000h以上，经济电流密度取2.0A/mm2）；n—同时工作电缆根数；选用型号为MYJV42-8.7/10KV3×150mm2的高压电缆满足要求。（3）按电压损失校验10KV以下高压电缆配电线路允许电压损失为7％，查表得R0、X0，电缆线路实际电压损失为：式中：P—负荷功率，KW；Lj—电缆长度，1km;U—电缆额定电压，10KV；R0—电缆每公里电阻，取0.150；X0—电缆每公里电抗，取0.093；Kx—需用系数，取0.75；tanψ—功率因数正切角，取0.88；通过以上计算得，型号为MYJV42-8.7/10KV3×150mm2的高压电缆满足使用要求。图2.5-1井下临时变电所供电系统图2.6排水系统临时改绞时，张圪崂回风井筒内安装2趟Φ219×6/10mm排水管路，采用井壁固定方式安装。临时改绞后，井下设置临时泵房一个，利用回风联巷作为临时水仓，临时水仓有效容积考虑840m3,泵房内设置MD200-100×9型水泵3台（一用一备一检修），配两路Φ219mm管路排水,最大排水能力400m3/h。电源从井下临时变电所引入，井下各工作面积水通过水沟自流进入临时水仓或者通过潜水泵排至水仓，再由卧泵经井筒排水管路排至地面。图2.6-1水泵房排水管布置图图2.6-2临时水仓、临时变电所布置图2.6.1水泵选型计算1、水泵扬程：式中：H2——扬程，取754m。H2—水仓吸水高度，取2m。电动机容量2）MD200型水泵电机容量式中：Kd——电机富裕系数，取1.2；QI——水泵工作流量，m3/h；HI——水泵工况点扬程，754㎜；ηI——水泵工况点工作效率，取0.7；ηc——水泵传动效率，直联取1，联轴器取0.95～0.98；水泵技术参数表型号扬程流量电机功率转速MD200-100×9900m200750kw2950r/min2.6.2排水管选择计算1、排水管内径选择计算按照MD200水泵选择管路内径式中：Dg——排水管内径，㎜；Q——水泵流量，200m3/h；Vd——管内水流速度，流速在1.5～2.2m/s范围,取2.0m/s；根据以上计算，选用标准管径d=219×10㎜无缝钢管,内径Dg=199㎜＞188㎜，满足要求。2、排水管壁厚校验计算排水管管壁厚度根据《GBT50451-2017煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》规定下列公式分两个阶段计算管路壁厚：1）400米以上管路管壁厚度，P取4Ma：2）400米以下管路管壁厚度，P取7.5Ma：式中:δ——管壁厚度(cm)；P——管路最低点压力，4Mpa；dg——管路标准内径，19.9cm；RK——许用应力，取管材抗拉强度σ的40%，即RK取σ=0.4σ，当钢号不明时取：铸铁管RK=20MPa,焊接钢管RK=60MPa,无缝钢管RK=80MPa；a——考虑管路受腐蚀及管路制造有误差时的附加厚度，铸铁管取0.7~0.9cm,焊接钢管0.2cm,无缝钢管取0.1~0.2cm。根据计算，400m以上管路选用φ219×6mm无缝钢管，400米以下管路选用φ219×10mm无缝钢管，满足要求。2.7压风系统张圪崂风井区工作面用风高峰期4个综掘工作面，每个综掘工作面4台锚索机（每台4m³/min），每个工作面1台涡轮风泵（每台5m³/min），每个工作面1台喷浆机（每台6m³/min），高峰期最大用风量为130m³。根据施工方法及施工机具配备，压风风量计算如下：式中：Q——总耗风量，m³/min；α——管路漏风系数，供风长度1000m~2000m，取1.15；β——风动机械磨损消耗量增加的系数，宜为1.10-1.15，取1.1；——高原修正系数，当海拔不高于1000m应去1.0，当海拔高度大于1000m时，海拔每增加100m，系数增加1%,取1.12；K——风动工具同时使用系数，0.75；q——风动工具耗风量140m³；压风系统在一期系统的基础上增加完善，压风机房安设3台SA-250/8.5-40型螺杆式压风机、2台SA-120/8.5-20型螺杆式压风机，最大供风量160m³/h,满足使用要求,张圪崂井筒内布置一路Ф159×5mm压风管路，由临时压风机房经地面压风干管向井下供风，分别向各风动工具供风。2.8供水系统张圪崂风井临时改绞期间井筒内布置φ108×mm无缝钢管1趟作为供水管路，井底设减压阀，采用双绳悬吊，封口盘二期大巷供水主管采用Φ108×6mm无缝钢管，各掘进工作面支管选用Φ57×4mm无缝钢管。2.9通讯、信号、监控系统2.9.1通讯井筒内敷设1趟MKVV22-40×2×0.8型通讯电缆，用于井上下联系，分别在井上下信号房、绞车房、变电所、泵房及各掘进工作面等重要场所设防爆电话。同时在调度室安装一台T-9000/40门直通电话系统，井上下信号房、绞车房、变电所、泵房等重要场所安设与调度直通电话。2.9.2信号井筒内敷设2趟MKVV22-450/750V24×2.5型电缆作为信号电缆，采用箕斗定重装载系统配套提升信号装置，设ZBZ-10.0型照明信号综保。地面绞车采用声光信号系统，在井口信号房与绞车房之间设独立声光信号系统，同时设直通电话，供井口信号工与绞车司机直接通话。井口信号装置必须与绞车的控制回路相闭锁，只有在井口信号工发出信号后，绞车才能启动。2.9.3监控系统井筒内敷设1趟MGTSV-24B1型光纤作为监控电缆，实现井上下视频监控。井口、井底马头门、井下信号房、提升机司机台、天轮平台等重要部位安设监控摄像头。井口调度室、提升机房设电视监控器。2.9.4瓦斯监控井筒内敷设1趟MGTSV-24B1型光纤作为瓦斯监控电缆，井下瓦斯监控分站数据经井筒光纤传输至地面瓦斯监控总站。2.10运输系统井下矸石运输：工作面矸石由皮带输送至井下破碎机→经破碎机破碎后装入临时煤仓→经过定重计量自动装载装置装入箕斗运至地面→由地面皮带机运至储矸场。2.11措施工程1、在张圪崂风井井底增加两个临时煤仓及装载硐室，掘进工程量1222m³，采用钢筋混凝土支护方式，支护厚度600mm。施工图见图2.11-1《临时煤仓、装载硐室施工图》。2、增加张圪崂风井井底清理斜巷，斜巷长度190m，倾角-20°，掘进断面7.52㎡,采用锚网喷支护方式。施工图见图2.11-2《井底清理斜巷施工布置图》。3、增加井底临时变电所、临时泵房、临时水仓。临时变电所利用永久巷道；临时水仓利用张圪崂回风联巷，水仓长度150m，底板下卧2m，容积1800m³，底板下卧2m；增加联巷42米，作为临时泵房。具体布置见图2.11-3《井底临时变电所、水仓泵房布置图》。图2.11-1临时煤仓、装载硐室施工图图2.11-2井底清理斜巷施工布置图第三章工期进度计划3.1改绞计划工期临时改绞需要完成井下临时煤仓、临时装载硐室和清理斜巷措施工程，临时煤仓、临时装载硐室需在临时改绞前完成，计划工期45天。清理斜巷工程可在临时改绞后利用二期系统施工。临时改绞工期为70天（不含措施工程施工），具体见图4-1张圪崂风井临时改绞施工进度计划工期横道图。图3-1张圪崂风井临时改绞施工进度计划工期横道图附表一张圪崂风井临时改绞需设备材料表序号设备名称型号