1、引言

    斜井施工机械化作业线配套工作随着科技进步的发展，机械化水平不断更新，效率不断提高，工艺不断完善，但是对超长距离斜井（长度超过1000m），特大断面掘进（断面超过20㎡），大倾角（坡度在20°以上）的斜井施工难度还是很大。

    如向通过选择施工设备及其性能参数，科学优化工艺过程，合理配置劳动力，借助计算计模拟运行系统，突破掘进瓶颈，在有限的空间内，选择最佳的施工机械配套形成机械化作业线，实现安全、优质、快速施工。

2、施工作业方式及机械化配套作业线

2.1施工作业方式

    斜井表土段采用“三八”制作业，掘支平行作业。

斜井基岩段采用“四六”制作业。“三掘一喷”普通钻爆法光面爆破一次成巷。

2.2机械化配套作业线

    以激光指向，选择中深孔光面爆破技术，耙斗机装岩，大绞车提升，箕斗运输，翻矸仓汽车排矸，风泵配合卧泵接力排水。

配套布置如图示：

 

3、计算机模拟模型

通过对施工几大系统中诸实体的属性及它们之间的逻辑关系进行分析研究，建立斜井施工模拟系统的计算机模拟模型，模型由一个主程序几个子程序和输出打印程序组成，采用VB程序进行编写，界面如图。

 

4 王村主斜井施工概况

4.1斜井技术特征

王村矿石炭系延伸主斜井井筒设计长1560.24m，掘进断面20.2 m²，倾角22°。其中表土段长60m，采用钢筋混凝土砌碹支护。基岩段长1560.24 m，采用锚网喷支护，锚杆为∮20×2000（mm）螺纹钢树脂锚杆，间排距为800×800（mm），喷射混凝土厚120 mm。

4.2 施工方案及施工工艺

主斜井施工采用机械化配套施工工艺，即激光指向、光面爆破、耙斗机装岩、箕斗提升、翻矸仓汽车排矸、风泵配合卧泵接力排水。

明槽采用机械配合人工分层分段机械开挖，一次完成开挖，一次性浇注砼的方法。

基岩段采用YT-28型凿岩机打眼，激光指向仪定向、中深孔光面爆破的施工法，直眼掏槽，反向装药，毫秒延期电雷管串并联起爆。采用“三掘一喷”，一次成巷。布置“三机两泵”：一台P-90B型耙斗机，两台喷浆机，两台水泵配套施工；前期采用地面砼集中搅拌站供料，2台喷浆机通过3寸输料管向工作面（约供250m左右）送料，后期采用箕斗输送喷浆料，“双机双枪”喷射砼一次成巷；排水选用D85-67×8型水泵接力排水。提升选用JK-3.5×2.5型提升机配1台JXH-5前卸式箕斗提矸、下料，单钩提升。斜长超过600m时，采用RZX型助行器在斜井内运送人员。

4.3  井筒主要施工设备选型

根据斜井断面大、井筒较长、倾角大等特点，选择施工设备。

4.3.1 提升机选择：

1）卷筒直径 mm

D60ds   （4-1）

D900  （4-2）

ds—钢丝绳直径mm

—最粗钢丝直径mm

将参数代人（4-1）

D60ds

 60×40

2400mm

将参数代人（4-2）

D900

900×2.6

2340mm

2）选定提升机型号

DrD

Dr—所选提升机的卷筒直径

选择JK－3.5×2.5型矿井提升机，技术参数见表一。

JK－3.5×2.5型矿井提升机技术参数（表一）

卷筒

钢丝绳最大静张力

最大提升高度或                    运输长度

钢丝绳

减速比

钢丝绳速度

电动机

外形尺寸  长×宽×高

主机理论重量

直 径

宽 度

载 人

载 物

一层缠绕

二层缠绕

三层缠绕

最大直径

破断拉力总和

转速

最大功率

mm

mm

KN

m

mm

KN

m/s

r/min

KW

m

kg

3500

2500

136

170

530

1098

1721

42

1230

12

11

720

1900

14.18×  10.65×3.95

73940

生产厂家：鹤壁市双民矿山机械有限公司

3）校验卷筒宽度 B mm

B=（）（ds+）/3Br   （4-3）

—最大提升长度1620m

30—提升钢丝绳试验长度m

Dr—提升机卷筒名义直径3.5m

—提升钢丝绳卷间隙（取2-3mm）

3—摩擦圈数

Br—卷筒宽mm

n'—错绳圈  n′=2-4

将参数代人（4-3）

B=）（40+3）/3

=2238mm2500mm

4）验算提升机强度 Fj（所选提升机载人时最大静张力13600 kgf）  

FjQ₀(sin+f₁cos)+Psb Lo(sin+f₂cos)  （4-4）

将参数代人（4-4）

Fj 15550(sin22°+0.01cos22°)+5.717×1620(sin22°+0.2cos22°)

11156.1 kgf

5）电动机功率估算 P  KW

P=  （4-5）

K_B—电动机功率备用系数K_B=1.2

U_mB—提升最大速度m/s

n_c—传动功率，一次减速n_c=0.92，二次减速n_c=0.85

将参数代人（4-5）

P=

=1217≤1900kw（选择提升机最大功率）

 

4.3.2箕斗选择

1）提升最大速度 UmB  m/s

UmBUm      Um=7m/s

2）提升一次提升循环时间 T₁   s

    T₁=2   （4-6）

L-提升斜井长 m

Lx-卸载距离  Lx=6-8m

Ux-卸载曲轴内运行速度 Ux=1-1.5m/s

a-运行加速度及减速度  a=0.5-0.7m/s

Qj-箕斗卸矸时间，掘进时取 100-300s

将参数代人（4-6）

T₁=2

=804.6s

3）箕斗容积 V_j  m³

V_j=   （4-7）

K-提升不均匀系数  K=1.15-1.25

Km-箕斗装满系数  取0.85-0.9

Vj-箕斗的容积  m³

Ag-掘进每一循环的小时出矸  m³/h

Ag=(S_掘×L×V_松散)/h   （4-8）

S_掘-掘进断面积  m³

L-循环进度 m

V_松散-岩石松散系数 取1.5

h-每班出矸时间  取3.5

将参数代人（4-8）

Ag=18.18 m³/h

将参数代人（4-7）

V_j=

=5.19 m³

4）选择箕斗容积 V m³

V＞V_j

选JXH-5型箕斗，箕斗技术参数详细见下表。

 

 

前卸式斜井箕斗技术参数（表二）

型 号

名 称

图 号

技术特征

适应井筒倾斜角度 °

名义载重t

斗箱有效容积M3

运行时轨距B1 mm

卸载是轨距B2 mm

长度L mm

宽度B3mm

高度（从轨面算）mm

推荐轨道钢轨规格kg/m

重量kg

JXH-5

5吨斜 井箕斗

B81- 320.3

20- 35

6

6.6

1400

1600

7835

1770

1840

38

4858

生产厂家：鹤壁市中冶矿山通用机械厂

4.3.3提升钢丝绳选择

1）提升载荷 Q  Kgf

 Q=KmVjVg   （4-8）

Vj-箕斗容积  m³

Vg-岩石松散容重  取1.8×10³kg/m³

Km-箕斗装满系数  km=0.85-0.9

将参数代人（4-8）

Q=KmVjVg

=0.9×6.6×1.8×10³

=10692 Kgf

2）钢丝绳终端载荷Q₀  Kgf

Q₀=Q+Q₂   （4-9）

Q-提升载荷  Kgf

Q₂-箕斗自重  Kgf

将参数代人（4-9）

Q₀=Q+Q₂

=10692+4858

=15550 Kgf

3）钢丝绳单位长度重量 Ps  kg/m

         （4-10）

L₀-钢丝绳最大长度，m

-钢丝绳抗拉强度=170kg/m²

-斜井角度22°

m_a-安全系数m_a=9

f₁-箕斗运行阻力系数  f₁=0.01

f₂-钢丝绳滑动阻力系数  f₂=0.15-0.2

将参数代人（4-10）

=

=5.10 kg/m

4）选择钢丝绳

PsbPs      Psb-每米钢丝绳标准质量kg/m

选择6×19-40.0-170钢丝绳

主要技术参数：Psb=5.717 kg/m；Qd=102500 Kgf；ds=40mm； =2.6mm。

5）钢丝绳安全系数 m

m=    （4-11）

将参数代人（4-11）

m=

=9.4≥9

4.4  井筒主要施工设备

井筒主要施工设备见下表。

 

 

主要施工设备一览表（表三） 

序号	设备名称	型号或规格	数量
1	提升绞车	JK－3.5×2.5	1台
2	前卸式箕斗	JXH-5	1台
3	耙斗装岩机	P-90B	1台
4	喷浆机	PZ-Ⅴ	2台
5	局部通风机	2BK№:6.3	2台
6	压风机	MLGF-30.4/8-185G	3台
7	水泵	D85-67×8	3台
8	风动潜水泵	BQF-50/25	2台
9	凿岩机	YT-28	8台
10	气动锚杆钻机	MQT-90Ⅱ	2台
11	激光指向仪	JZY-1	1台
12	自卸式汽车	17t	3辆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  实际施工

王村矿石炭系延伸主斜井于2008年3月开工，2009年4月份竣工。基岩段平均月成巷126.3m，1000m以上最高月成巷156.7m，1000m以下最高月成巷138.1m，安全无事故，该工程获得2009年度煤炭行业优质工程奖。

6结论  

对超长距离大断面大倾角斜井施工，关键环节在装岩运输，它是制约掘进速度的直接因素。如何在工艺改进、参数优化、设备优选、等方面寻找到突破点，抓住问题的重点加以解决，提高作业工效。同时借助计算机模拟系统，快速地判断所选作业线的施工速度，装运能力，设备配套能力，装运能力与掘进配套能力，作业线是否最优等问题，解决长期以来斜井施工作业线不配套，提运能力低，工艺落后、工序不协调，设备利用率低一系列问题，解决了超长距离大断面大倾角斜井快速施工的难题。

 

参考文献：

[1]. 沈季良，崔云龙，王介峰. 建井工程手册.煤炭工业出版社，1984.3.

[2]. 宋  浩. 斜井施工的回顾与展望[J].建井技术，1994，1：2-4.

[3]. 李之兴，崔建井， 胡宜国等. 斜井井筒机械化快速施工技术[J]. 煤炭技术，2006，25(10):86-87.

[4]. 李守元，赵宝祥. 斜井基岩段快速施工工艺[J]. 煤炭技术，2005，24(7):78-79.

[5]. 郭绍禧，关亚骥，陆学华.计算机模拟[M].徐州：中国矿业大学，1989.

[6]. 薛 军， 梁国喜. 计算机模拟法在矿井开采中应用[J]. 煤炭技术.2008，27(4):39-40.

[7]. 王小汀. 综采放顶煤工作面生产系统计算机模拟[J]. 煤炭学报，2000，25(1):24-27.

[8]. 宁掌玄，马迎松.斜井施工装运系统模拟技术研究[J].地下空间与工程学报，2010.6(2):348-353

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