王行庄煤矿南风井改绞工程论述

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  引言:王行庄煤矿南风井建设进回风井即将落底,进入二期工程施工,为加快工程施工进度,必须进行临时改绞,以获得较大提升量,同时保证施工人员上下井的安全。本文重点对改绞的必要性、方案和工程量进行论述、比较,最终确定合理的临时改绞方案和具体施工内容等,对王行庄煤矿南风井的建设具有重要指导意义。
  王行庄煤矿南风井建设项目,是根据王行庄煤矿原初步设计和矿井开拓接替规划要求,有效解决南翼通风线路长、通风阻力大等问题提出建设,该项目位于王行庄煤矿井田南部、新郑市观音寺镇境内,乔庄村南约200m、杨庄水库北约800m处,主要包括进、回风井井筒、井底车场及硐室、南翼轨道、运输两条大巷各1140m、15采区3条上山等矿建工程及地面工业广场、工业建筑和办公设施的土建工程和各相关的设备安装工程。项目总投资概算5.2325亿元,批准总工期43.5个月,项目工程于2013年元月10日开机冻结,2月22日井筒工程正式开挖,计划2016年8月底建成。
  设计有进、回风井2个井筒,进风井井筒净直径6.5m,设计深度446.5m,装备一对1t矿车双层四车多绳罐笼(宽、窄各一),设玻璃钢梯子间。井筒内设两趟排水管、动力电缆和通讯信号电缆。主要担负南翼采区的提矸、进风任务,下少量材料及人员,兼作矿井的安全出口,并可作为边界紧急提升出口。
  回风井井筒净直径6.0m,设计深度412.5m,井筒内敷设两趟瓦斯管,一趟压风管路、装备有梯子间等。目前,井筒即将落底,进入二期工程。
  一、改绞方案论述
  由于二期工程施工量大,地质条件复杂,难以预料因素较多,同时为满足快速掘进、安全施工的需要,需提前对主提升、井下供电、信号通讯系统、井下排水、压风管路、通风、地面卸矸等系统进行改造(简称临时改绞)以满足生产需求。本节主要论述并确定南风井改绞方案,提前调整施工顺序,以最经济的改造方案和最短的施工周期保证临时改绞的顺利完成。
  1.1临时改绞的必要性
  南风井在井筒掘进期间,井筒掘进出矸、升降人员、上下材料均有吊桶提升,施工方向沿同一方向进行,提升量较小。随着井筒的落底,井底大巷、掘进工作面需大量展开,同时施工方向由自上向下施工转换为水平方向施工,掘进出矸、升降人员、上下材料需由平巷转为井筒提升,运输方式改为矿车运输。为满足这种立转平的过渡和二期工程施工的需要,必须对提升、供电等系统进行改造。
  1.2改造方案的选择
  对二期工程施工期间的主提升系统的改造,一般有两种方式,一是直接对进风井(副)井提升系统进行永久装备;二是对现有凿井提升装置进行临时改造,即临时改绞。
  下面对以上两种改造方式,进行论述,确定合理的改造方案和井筒改造时序。
  1.2.1改造方案比较
  方案一:
  先对副井提升系统进行永久装备。优点:永久装备提升能力大、系统安全、设备可靠,有利于掘进任务的完成和施工人员的安全。缺点:装备工程量大,需要安装永久罐笼、管道梁、罐道、梯子间、各种管路电缆、永久提升机、提升井架和配套操车设备,加上系统形成后的调试时间,施工工期在8-9个月,短期内难以形成提升系统,势必影响建井工期。
  方案二:
  对回风井进行临时改绞并同时安装风井永久装备。优点:装备简单、施工容易、施工工期短,一个月内就能形成提升系统。同步完成风井永久装备,获得永久压风、瓦斯抽放、永久通讯、临时排水管路和梯子间安全出口。缺点:临时提升系统设备陈旧、维护量大、安全可靠性较永久系统偏低,同时提升量较小。
  综上所述,方案二可以缩短施工周期,满足施工需要,并同时完成了风井装备,可以优先选择对回风井进行临时改绞。
  1.2.2改造井筒时序选择
  一般进回风井落底后,即可开始改绞,根据矿井建设经验,可以选择进回风井贯通后改绞或不贯通改绞。贯通后改绞有利于通风,并形成两个安全出口;不贯通改绞,不利于通风和施工作业安全,但能尽早形成提升系统。由于王行庄煤矿属于高瓦斯矿井,根据《煤矿建设安全规范》(AQ1083-2011)第6井工部分6.11.3立井井筒装备第一款要求:在高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井中,已揭煤的尚未贯通的井筒和处于回风的井筒,严禁进行井筒装备施工。所以,井筒临时改绞时间,选择在进回风井贯通后,形成全风压通风后进行。
  二、改造内容
  改绞工程的主要内容包括:回风井井筒永久装备、临时提升系统改造、天轮平台改装、供电、通讯、通风和给排水系统安装等。
  2.1 回风井井筒永久装备
  回风井井筒永久装备主要装备有2趟瓦斯抽放管路、梯子间、1趟洒水管、1趟注浆管、1根通讯电缆。
  2.2 临时提升系统改造
  将原单钩提升改为1.0T单车罐笼双钩提升,井口进车侧设置阻车器、井上下进出车侧装摇台,井口铺设环形轨道车场,井底设置稳绳防坠绳拉紧梁一层、托罐梁一层,另加设防撞梁和托罐装置。天轮平台改造天轮梁、稳绳梁,防坠绳采用4套螺杆式拉紧装置拉紧,钢丝绳罐道采用8套轴销式拉紧装置拉紧,提升绳为18×7-1770-φ36两根,罐道绳、防坠绳为6×19-1770-φ34 12根。
  改绞施工中钢丝绳校验:
  吊盘自重约:3吨;施工时人员重量约为75×7=0.525 吨;电焊机重量约为0.12;风管重量约为0.5吨;物料重量约为1吨;通信、监测、信号电缆重约3吨,三根吊盘绳自重约6吨。吊盘终端载荷重约:G=14.145吨。
  吊盘钢丝绳选用6×19+1-φ30型,其破断拉力总和約为46 吨;三根吊盘绳总破断拉约力F为138吨;折减后总破断力F`约为115吨。
  安全系数K=115/14.145=8.13>8。吊盘绳选用符合安全要求。   绳环选用φ20其破断拉力约为:20吨,下放构件最重为0.6吨。安全系数K=20/0.6=33>8。绳环选用符合安全要求。
  2.3 信号通讯系统
  为了保证井上下运输、联络方便,安设信号通讯系统,信号及通讯线路建井期共用一根50对MHYV32型矿用阻燃通信电缆,沿管路支架梁敷设。同时安装有能从井底信号工发给井口信号工和从井口信号工发给绞车司机的信号装置。井口信号装置和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。
  通讯系统由地面调度台、程控交换机、通信电缆、井下防爆电话机组成。地面调度室设置多功能调度台,满足主要提升机房、压风机房、井底车场、临时变电所、临时排水泵房、掘进工作面等地点的通信需要,同时在井上下井口和绞车房之间、临时变电所、临时排水泵房和调度室之间安装直接联系的电话。
  2.4 供电系统
  根据矿井建设负荷,初选在井筒内敷设2根MYJV42 3*95 10KV高压电缆,分别来自地面变电站10KV配电柜不同母线段。井下安装临时变电所,安装11面防爆高压配电装置,分别为临时主排水泵、局扇变压器、掘进工作面提供动力。
  2.5 给排水系统
  根据井筒施工期间揭露的情况,在煤层的顶、底板均有含水层,初步预测在井底车场施工时的最大涌水量为50 M?/h;为节约建井费用、缩短建井工期,不再单独做临时水仓,以井底水窝为临时水仓。根据水泵选型计算书,选用两台100M100×6离心泵,担负过渡期的排水任务,该型泵扬程H=550M、电机功率P=280KW、流量Q=100M?/h,其中一台工作,一台备用,能在20小时内排出24小时的正常涌水量。利用φ219×8mm洒水管主管路作临时排水管路,用支架固定在托管梁上。
  2.6 压风系统
  现有压风机站在短时间内能满足生产的需要,待掘进头多满足不了要求时,可酌情给予增加。管路系统用凿井期预留的?108 无缝钢管。压风系统及压风自救系统共用一套管路,但不同时使用。正常使用时只供压气系统供风,但需要压风自救时,开启压风自救系统,风动工具全部停止作业。
  空气压缩机必须有压力表和安全阀;必须装设断油保护装置或断油信号显示装置;必须装设温度保护装置,在超温时能自动切断电源;吸气口必须装设过滤装置。空气压缩机的风包,设在地面室外阴凉处。风包应装有超温保护装置,在超温时可自动切断电源和报警。风包上装有动作可靠的安全阀和放水阀,并有检查孔。必须定期清除风包内的油垢。新安装或检修后的风包,应用1.5倍空气压缩机工作压力做水压试验。在风包出口管路上必须加装可靠的释压阀,且释压阀的口径不得小于出风管的直径,释放压力应为空气压缩机最高工作压力的1.25~1.4倍。
  2.7 通风监控系统
  井底贯通后,密闭进风井井口,建临时井口房。在进风井临时井口房出口选择合适的位安装2台2*75KW建井风机,形成机械通风,且不影响施工期间的运输和提升。回风井改绞期间,通风由回风井进风,进风井回风。
  为满足井下开拓掘进期间的安全监测监控需要,在南风井通风机房增设监测监控分站1台,采集通风机的开停,风机风硐内负压、风速、瓦斯等实时参数,在提升机房增设监测监控分站1台,采集提升机开停,空压机开停等工况参数。前期,新增监测监控分站通过主信号电缆经井口房避雷器由回风井引至井下,实现二期施工时的监测监控。后期,改为通过主信号电缆由进风井引至井下,接入矿井安全生产监测监控系统,并把监测数据上传至矿井总调度室。
  2.8 瓦斯抽放
  根据矿井安全需要,井筒内安装两趟φ600塑料瓦斯抽放管路,采用欧姆卡固定于管路支架梁上。与地面瓦斯抽放泵站相连,实现瓦斯抽放,保障安全生产。
  2.9 地面卸矸
  在地面設矸石堆,储存矸石。进出车采用自留道,安装1.0T翻罐笼电动翻,汽车运矸。
  三、改绞施工
  3.1改绞步骤
  根据实际情况制定切实可行的施工方案。首先将需用的设备检修,使之达到完好标准,安装用的钢梁、非标加工件提前准备,改制临时吊盘,将不用的溜矸槽及模板绳等拆除。
  改绞主要步骤及顺序为:利用临时吊盘安装井筒内固定支架梁、安装管路、敷设电缆;安装井底托罐装置;安装井口封口盘;井架天轮平台布置;钢丝绳下放;罐笼悬挂;井口套架安装;钢丝绳罐道调整;系统试运。
  3.1.1首先将吊盘起到井口位置由上至下安装管路及电缆固定支架梁。
  3.1.2每6米固定一套支架梁,采用树脂螺栓固定。
  3.1.3随吊盘安装管路、梯子间等装备,利用主绞车下放,稳车接替安装,下放至马头门拱部位置,安装时每根管子设置一付卡子与支架固定。
  3.1.4吊盘继续下落至罐道拉紧梁下部500mm处安装固定罐道锁紧梁。
  3.1.5利用吊盘安装井底托罐梁,方木及铺板等。
  3.1.6拆除原井口封闭,安装现有井口盘封闭,加设护栏。
  3.1.7改造天轮平台,安装天轮梁、?2.5m天轮、稳绳梁、拉紧装置,稳绳下放,绞车缠绳。
  3.1.8分别依次下放8根罐道绳,至罐道锁紧梁处,锁紧罐道绳,然后依次下方4根防坠钢丝绳,钢丝绳下放利用制作防缠绕装置下放。
  3.1.9井下固定罐道绳、防坠绳,挂罐。
  3.1.10拆除二平台,安装井口套架及稳罐装置,安全门,试车。
  3.1.11安装挡车器,围栏,铺设进出车道。
  3.1.12抓捕器利用原有罐笼上面的抓捕器。系统形成后进行试运行,罐笼防坠试验正常无误后正常提升。试运行期间发现问题及时处理。
  3.2 质量要求
  为了保证施工质量,每一步骤都要严格按照施工措施的规定执行,安装梁之间最大误差不能超过±3mm,水平度不超2‰;管路严禁漏风、漏水;各种螺栓、垫、帽 齐全上紧。稳绳拉紧力不小于6T ,各罐道绳张紧之力差不得小于平均张紧力的5%,内侧张紧力大,外侧张紧力小。电缆及管路固定间距保持均匀6米一道。钢丝绳应经检验合格后方可使用,改绞设备严禁使用淘汰产品,井上下机电设备须有“MA”标志。 系统装备完成后,应委托有资质的单位对单项工程和主要设备进行验收和检测。   四、安全技术措施
  安全保证体系如图:
  4.1 所有参与施工人员必须严格遵守《煤矿安全规程》、特种操作规程,必须学习改绞方案,了解施工程序,明白施工方法,清楚注意事项, 在施工期间应有专人负责,统一指挥、统一行动,施工期间施工现场制定专人进行现场管理,无关人员不得进入施工场地,严禁酒后作业,违章指挥,违章作业,违反劳动纪律。
  4.2井架上施工时,作业人员必须带安全帽,系安全带,把好井口,严防井筒坠物。高空作业的所有人员,必须佩带合格的保险带,施工时安全带应挂在牢固可靠处,安全带采取“高挂低用”的方法,严禁同一地点上下之间同时作业。 遇有大雾、五级以上大风、下雨天禁止在井架上作业,严禁心脏病、高血压、眩晕怔患者高空作业。
  4.3井筒内施焊、气割时要制定相应的措施,报批后方可进行,氧气瓶、乙炔瓶及氧气乙炔带要保证不漏气,保持完好状态。使用电气焊期间,指定专人在场检查和监督,气割及电焊工作地点有专人负责喷水,在工作地点必须配备灭火器。在进行气割及电焊工作时,只有经安全检查员、瓦斯检查员检查无误后方可进行气割及电焊工作,气割及电焊工作地点的风流中,瓦斯浓度不得超过0.5%,只有在检查证明作业地点附近20m范围内无瓦斯积存时,方可进行作业,现场有瓦斯检查员、安全员在现场监督,气割及电焊工作完毕后,工作地点应再次用水喷洒,并应有专人在工作地点停留1h,检查发现异状,立即处理。
  4.4对所有使用的起吊环、钢丝绳头、倒链必须进行细致严格的检查,安全系数必须满足要求,不符合要求的严禁使用,起吊物应绑挂牢固,吊钩钢丝绳应保持垂直,不得偏拉斜吊,吊物未固定时严禁松钩。起重用钢丝绳在施工完毕后应统一回收安置,不得乱堆乱放。施工场地应保持整洁,垃圾和废料应及时清除,做到“工完、料净、场地清”。
  4.5井上下之间,要保持信号畅通无误,在夜间或有光线不充足时,必须有足够的照明设施。
  4.6施工期间,各步骤应制定相应的安全措施。
  结束语
  王行庄南风井建设改绞工程尽管还未开始施工,但本文论述了改绞的方案、施工方法和工程量,特别是比较超前的提出永久装备和临时改绞工程同时進行的施工方案,为南风井的建设提供了很好的建议,预计缩短建设周期近一个月,节约资金约200万元,值得研讨和推广。
  参考文献
  [1]国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿南风井工程初步设计说明书.工程代号:C1164NF.
  [2]煤矿建设安全规范.2011.7.23.
  [3]煤矿安全规程.
  作者简介
  高剑,男,汉族,生于1979年元月,河南开封杞县人,国投煤炭有限公司河南分公司主任,1999年毕业于焦作煤炭工业学校。
  (作者单位:国投煤炭有限公司河南分公司)
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