成贵铁路高瓦斯隧道设备配置方案.docx
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成贵铁路高瓦斯隧道设备配置方案
高瓦斯隧道设备配置方案
本方案以成贵铁路11标高坡隧道2#横洞为例，阐述高瓦斯隧道有轨运输设备配置。
详细内容如下：
一、工程概况
高坡隧道位于镇雄至毕节之间，全长4568m。
其中我标段高坡隧道2#横洞正洞长2779m，平导长2977m。
正洞高瓦斯段长1159m，煤层瓦斯段1109m，主要岩性为砂岩、泥岩、炭质页岩，铝土岩夹煤层，隧道穿越含煤系地层在该段不同段落可能遇到11～31层煤及煤系，煤层总厚度最大约4～8m。
横洞断面尺寸为5.1×5.0m，平导断面尺寸为5.1×5.0m，正洞断面尺寸为12.9×8.68m。
Ⅲ级围岩断面方量为133m³,Ⅳ级围岩断面方量141m³,Ⅴ级断面方量为146m³,弃碴49.2万方,涌水量最大4711m³/d（顺坡）。
二、高瓦斯隧道有轨运输设备配置情况
1、正洞设备配置方案（见附表1）
高坡隧道2#横洞位于镇雄县黑树镇兰家坡，正洞长2779m，断面尺寸为12.9×8.68m，石方开挖约383535m3，喷锚支护约27790m3，混凝土总量约83370m3，为高瓦斯隧道，采用有轨双车道运输，配置方案具体如下：
1开挖
根据断面，正洞配备28台YT-28风动凿岩机钻孔，单台最大耗风量4.8m3，合计耗风量4.8×28=134.4m3，配置20m3的空压机7台，简易钻孔台架1台。
超前地质预报超前探孔采用ZY-750D型煤矿用液压钻机1套。
设备见下图：
ZY-750D型煤矿用液压钻机
2装运
正洞采用有轨双车道运输，以Ⅲ级围岩每循环进尺3.5m，出碴虚方V=1.5×133×3.5=698m3，采用LWL260防爆型挖装机1台装碴，配置10辆SDB-20梭式矿车，由XK12-9防爆型电机车牵引，将碴土运至洞外碴场。
A、矿车采用SDB-20梭式矿车,牵引动力使用XK12-9电瓶车,该车主要参数见表1。
表1XK12-9/192-1KBT.1电瓶车技术参数表
粘着重量
t
12
轨距
mm
900
轮距
mm
680
起动牵引力
kN
29.43
持续牵引力
kN
16.48
持续速度
km/h
8.7
通过最小曲线半径
m
10
机车外型尺寸
5100×1350×1600mm
B、电瓶车最大牵引力
Fmax＝Pc·Ψ·1000（kg）
按Pc电瓶车的粘着重量Pc＝12t
Ψ粘着系数，隧道Ψ＝0.155
计算得Fmax＝12×0.155×1000＝1860kg
C、电瓶车牵引能力
Fc＝Fmax/（ω+i）－W
式中电瓶车最大牵引力Fmax＝1860kg
ω～列车的单位阻力，考虑了起动附加阻力，查铁道部《牵规》ω＝8kg/t
i～坡度单位阻力，使用浮放道岔时取最大上坡i＝12%
电瓶车自重W＝12t
计算得Fc＝1860/（8+12）－12＝81t
D、单台电瓶车可牵引的梭矿数量
〔n〕＝Fc/（Q+q）
式中：
Fc～机车牵引能力。
前已算得Fc＝81t
20m3梭矿每节最大载重Q＝40t
20m3梭矿自重q＝20.2t
计算得：
〔n〕＝81/（40+20.2）＝1（节）
计算结果表明电瓶车牵引能力满足要求。
E、施工正洞与平导的装碴、运输设备
根据施工安排，正洞内最远工作面运输距离按Lmax=3.4km；
计算开挖进尺按3.5m,断面积以m2计；
每循环最大出碴量：
V=1.5×133×3.5=698m3；
正洞采用260m3/h的LWL260挖装机、SDB-20梭矿车
装1节SDB-20梭矿车用时间:
t1=（260×0.6）/20=8min
每循环装完碴用时间：
Tw=698/（260×0.6）×60=268min
每循环需装碴梭矿数量为：
698/20=35车
出碴列车行走时间：
t2=3.4km/8.7km/h×60=24min
正洞出碴最短时间：
Td=24（进洞）+268（装碴）=292min
一列碴车装完后运、卸、返回用时合计：
∑T=24+8+24=56min
运碴列车数：
（56/8+1）=8
计算结果表明：
正洞为实现连续装碴应配置梭矿组10组满足出碴要求，每组由1台12t电瓶车牵引1台20m3梭矿。
二次倒碴，采用ZL50装载机1台装碴，6辆奔驰自卸车倒运。
防爆设备见下图：
防爆型LWL260履带挖掘式装载机
防爆型SDB-20梭式矿车
防爆型XK12-9电机车
3喷锚支护
采用6台HSP-7FB防爆型湿喷机进行喷锚作业。
喷锚车台数计算：
掌子面一次喷锚最大量：
（8.52m3×0.7（Ⅴ级时同时两个台阶喷锚）+2.8m3（临时支护喷锚量））×3m=26.3m3
1台HSP-7FB的理论输出量：
7m3/h。
1台湿喷机所用时间：
26.3×（1+0.15）÷（7×0.6）×60=432min
0.15为喷锚损耗系数；0.6为湿喷机正常运作系数。
喷锚时间控制在120min中内
湿喷机数量：
432min÷120min=4台
4台HSP-7FB防爆型湿喷机进行喷锚作业需要120分钟，满足施工要求，另备用2台，合计6台。
设备见下图：
HSP-7FB防爆型湿喷机
4混凝土衬砌
根据实际混凝土的用量，搅拌站配置HZS60和HZS90拌合楼各1套，1台LG856装载机上料，用6台TSB-6防爆轨式混凝土输送车运送混凝土，1台HBT60防爆型混凝土输送泵泵送，12m衬砌台车1台。
混凝土运输车数量计算：
TSB-6时速为10km/h,容量为6m3。
搅拌一车料需要时间：
6÷1×2min=12mim
运输时间：
3.4km÷10×60min=20min
一列混凝土运输车运、装、返回用时合计：
∑T=20+12+20=52min
混凝土运输车数：
（52÷12+1）=6
6台TSB-6防爆轨式混凝土输送车满足运输需求。
5施工通风
正洞前期采用压入式通风，正洞设置1台2×160kw防爆通风机，配φ1800mm风管。
横通道打通后，依次前移通风机。
在正洞适当位置、横通道连接处、台车处增设SLFJ100-2T防爆射流风机。
6电力配置
根据以上设备配置、洞内设备情况、正洞长度及各工序，洞外配置3台S11-630-10/0.4变压器，洞内配置1台S11-800-10/0.4防爆型变压器（高压进洞）。
2、平导设备配置方案（见附表2）
平导全长2977m，平导断面尺寸为5.1×5.0m，管区内石方开挖108465m3，喷锚支护约14885m3，混凝土总量约44655m3。
平导采用有轨双车道运输，配置方案具体如下：
1开挖
根据断面，平导钻孔配7台YT-28风动凿岩机，单台最大耗风量4.8m3，合计耗风量4.8×7=33.6m3，需要配置型号20m3的空压机2台，简易钻孔台架1台，超前地质预报超前探孔采用ZY-750D型煤矿用液压钻机，与正洞共用。
2运装
平导采用有轨运输。
以Ⅲ级围岩每循环进尺3m，出碴虚方112m3，采用WZ160防爆型挖装机装碴，SDB-20梭式矿车和XK12-9防爆型电机车与正洞共用。
二次倒碴，采用ZL50装载机和奔驰自卸车共用。
防爆设备见下图：
防爆型WZ160挖装机
防爆型SDB-20梭式矿车
3喷锚支护
采用2台HSP-7FB防爆型湿喷机进行喷锚作业。
设备见下图：
HSP-7FB防爆型湿喷机
4混凝土衬砌
根据实际混凝土的用量，搅拌站配置HZS60和HZS90拌合楼、LG856装载机、TSB-6防爆轨式混凝土输送车、HBT60防爆型混凝土输送泵与正洞共用，10m衬砌台车1台。
5施工通风
平导前期配置1台2×75kw防爆通风机、φ1400mm风管压入式通风。
横通道打通后，采用抽出式巷道式全负压通风系统，平导洞口段设两道风门，风门后打设风道，风道口安装1台2×160kw煤矿地面防爆抽出式对旋轴流通风机，在平导适当位置、横通道连接处、台车处增设SLFJ100-2T防爆射流风机。
6电力配置
根据以上设备配置、洞内设备情况、正洞长度及各工序，洞外配置1台S11-630-10/0.4变压器，与正洞内配置的S11-800-10/0.4防爆型变压器（高压进洞）共用。
三、隧道通风方案及设备配置
⑴根据高坡隧道2#横洞高瓦斯地质情况，总体通风方案采用巷道式通风，为确保排放瓦斯通风效果。
通风方案如下：
第一阶段：
在施工横洞时配备1台轴流风机采用压入式通风。
第二阶段：
进入正洞及平导施工时配备2台轴流风机采用压入式通风向主动平导分别供风，此阶段供风至第一个联络通道贯通此阶段风机需送风约1000米。
第三阶段：
即正洞与平导间联络道连通之后，平导开辟第一个正洞工作面，采用巷道式通风，将横通道口布置的风机移至正洞内，平导（D3K340+371.46）处设一直径1.8m，深度47.5m的通风竖井,安放抽出式风机做回风巷道。
为避免污风回流，平导与横通道密封。
第四阶段：
正洞与平导间第3个联络道连通之后，风机移动至第三个横通道50米处，第2个联络道密封。
此方案风机最长供风距离约1500米。
如下图所示
22#横洞压风机通风量确定
①正洞通风机选型
正洞所需压入式风量：
按洞内最小允许风速计算：
Q1=60VS
式中：
V～保证洞内稳定风流之最小风速，根据国内实际情况，高瓦斯取0.3m/s；
S～开挖断面积，正洞Ⅴ级围岩S=146m2。
Q1=60VS=60×146×0.3=2628m3/min。
按洞内同一时间最多人计算：
Q2=3KN
式中：
3～每人每分钟供风标准，m3/min
K～隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.25；
N～隧道内同时工作的最多人数，取100人。
按同时起爆炸药量计算
式中：
G～一次爆破所用最大装药量，正洞Ⅲ级围岩一次爆破装药量G=340Kg，施工中据实调整；
L0～烟炮抛掷长度（m/），1.2×（15+G/5）
A～开挖断面积
t～通风时间，一般为20～30min，取30min.
上式按每千克炸药产生的CO=40L/Kg，对于煤层应取100L/Kg
Q3=1081×2.5=2702m3/min
根据以上计算结果，取最大值2702m3/min为隧道正洞压入式供风风量。
横通道风机送最长风距离按1500米计，风管按1.8米。
考虑风管百米漏风率1.5%，则风机提供的风量应为：
Q机=Q需/（1-β）L/100=2702/（1-0.015）1500/100=3389m3/min.
②隧道内通风阻力计算
风流克服管路产生的摩擦阻力与局部阻力之和。
经过计算：
摩擦阻力P阻=1.2×6.5×α×L×（Q/60）2/d5=3988pa
其中α～风阻系数，取0.0025
L～隧道通风长度，1500米
d～配用风管直径，Φ1.8米计算.
通风管路局部阻力计算：
187pa
返回污风隧道摩擦阻力：
452pa
隧道内通风阻力计算：
4629pa。
③压入式风机选择
根据计算，单台风机应提供的风量3389m3/min和风压4629Pa，对应风机性能曲线，选择我们生产的SDF№14/2×160KW（防爆型）通风机。
其性能为：
风量1936～3772m3/min，风压1017～6472Pa；配套风管1.8米直径。
风速验算：
按取风机最大风量3772m3/min采用III级成洞断面S=100㎡验算，最大风速为3772÷100÷60=0.62m/s；因0.62m/s＜1m/s，在隧道正洞顶部可能形成瓦斯层流，现场采取在新鲜风流巷中局部安设防爆射流风机，冲淡吹散层流中的瓦斯。
3平导、2#横洞施工所需风机
①平导所需压入式风量
按洞内最小允许风速计算：
Q1=60VS
式中：
V～保证洞内稳定风流之最小风速，根据国内实际情况，高瓦斯取0.3m/s；
S～开挖断
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