古城桃园回风井临时改绞施工组织设计最终版.docx
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古城桃园回风井临时改绞施工组织设计最终版
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山西省潞安集团公司古城矿井
桃园回风井临时改绞
施工组织设计
中煤三建公司二十九工程处
二O一二年九月
第一章工程概况1
第二章施工准备及场地布置3
第三章临时改绞装备方案5
第四章主要装备系统选型及校核8
第五章施工方案及劳动组织29
第六章改绞主要设备、装备及材料36
第七章施工质量及工期保证措施40
第八章施工技术要求及安全措施43
第九章文明施工、环境保护50
附图52
第一章工程概况
1.1简述
山西潞安集团古城矿井位于长治市西，屯留县境内，东距太（原）～焦（作）铁路10km，208国道从井田东部边缘通过。
太原～长治高速从井田东南边界通过，长子～屯留公路从井田西部穿过，区内乡村道路密布，交通非常方便。
桃园回风井净直径φ7.5m，井深为626m，井口设计标高+936m，井底马头门标高为+324.0m，实际提升距离612m，井底为双侧马头门出车，井底水窝深度14m。
根据古城矿井建井综合规划，为保障井下二期井巷工程安全高效地施工，在桃园回风井施工完毕后，拟对其进行临时改绞装备，将提升方式由吊桶提升改变为单层二车非标临时罐笼提升，以满足井下二期巷道工程施工的提升需要。
根据《煤矿安全规程》要求改绞后使用的提升绞车过放距离为6m，综合考虑清淤、排水以及井下各装置梁安装等诸多因素，井底水窝深度应延深至少14m以上。
1.2二期工程临时矿建措施工程
考虑井下二期工程前期排水、运输、提升及排矸方便，井筒到底后，井下马头门两侧施工至20m，同时施工信号硐室、前期临时泵房等措施工程，其中井底水窝内根据需要设置爬梯，现场根据实际利用井下防撞、拉紧装置等梁设置清淤防护棚。
前期临时泵房规格为长×宽×高：
6×3.2×2.9；硐室特征见表1-1。
支护形式暂定为锚网喷支护，具体支护方式现场根据实际确定。
临时矿建措施工程技术参数表1-1
序
号
名称
岩石
硬度
系数
支护
方式
断面特征
锚杆特征与布置
硐室特征
净宽（m）
墙高（m）
拱高
（m）
直径与长度（mm）
间排距
（mm）
长度
（m）
支护
厚度
（mm）
1
信号室
4～6
锚网喷
2.0
1.0
1.0
22×1200
700×700
1.5
150
2
前期临时泵房
4～6
锚网喷
3.2
1.3
1.6
22×2600
700×700
10
150
其二期主要临时变电所、临时泵房及临时水仓应根据施工现场情况确定施工位置、规格及支护参数，其设计及施工基本原则应遵守《煤矿建设安全规范》6.6.13条相关规定：
“当预计涌水量小于50m2，断面应满足设备布置需要”。
1.3编制原则
1、根据矿方有关二期工程施工的相关要求。
2、井筒组织设计及平巷施工设计，确保安全和施工质量的前提下，科学合理地施工。
3、积极采用先进技术和经验，合理安排工期，组织平行作业，交叉作业，加快改绞进度。
4、充分利用现有的设备和材料，减小改绞投资。
1.4编制依据
1、《古城桃园回风井井筒施工组织设计》；
2、古城桃园回风井工广施工设备平面布置图及井筒施工图；
3、《煤矿安全规程》（2011版）；
4、《煤矿建设安全规范》；
5、《简明建井工程手册》、《凿井工程图册》及煤炭行业标准规定；
6、《煤矿安装工程质量检验评定标准》；
7、《煤矿井巷工程施工规范》；
8、《特种设备安全监察条例》；
9、《钢结构工程施工质量验收规范》GB；
10、《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB；
11、《建筑电气工程施工质量验收规范》GB；
12、《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82-91。
第二章施工准备及场地布置
2.1施工准备期安排
施工准备工作主要包括技术准备、工程准备、器材设备准备、劳动力准备和对外协作工作，具体内容为：
1、组织改绞装备人员与设备进场、形成生活服务系统及二期临时措施工程。
2、编制临时改绞施工安全技术措施。
3、二期措施工程施工，落实改绞所需装备、设备、线缆、管路及非标加工件。
4、落实施工设备和物资供应，按劳动力需用计划，组织施工人员进场。
组织所有拟参与改绞施工人员贯彻施工组织设计精神，熟悉图纸，技术人员进行安全、技术交底。
5、平整好井口四周场地，以利进料。
6、严格按照设计图纸、设备清单，检查材料、外购件及设备的到货情况，并分类排放整齐。
7、按照图纸清单，清点到场加工件的数量、规格及型号，按要求把各类加工件运至井口附近，根据改绞装备关系做好分中、号眼等工作，并按图纸校核尺寸，试组装，做标志。
8、获得井筒内部情况资料，了解井筒内设施布置情况，完成井筒实测定位及井筒竖直度检测工作，检测测量放线点。
9、按照施工要求准备好施工机具、吊索、吊具及辅助材料、布置消防器材。
10、检修悬吊稳车、井口起吊小绞车，更换小绞车提升钢丝绳及滑车、固定绳。
11、由测量给出天轮平台、二台、封口盘、井下出车平台的十字中心线以及标高点。
12、所有施工设备机具在使用前做一次全面检查，严禁带病工作。
13、落实施工措施，准备固定保险带生根点。
14、清理吊盘及马头门两侧杂物。
2.2永久（凿井）措施工程的利用与二期措施工程安排
为确保本工程施工的顺利按期进行，按照合理实用的原则，二期工程施工期间，除利用原凿井期间的临时设施外，尚需增设部分措施工程，共安排1390（900）m2详见表2-1。
2.3场地布置
2.3.1布置原则
1、在工广内布置的临时建筑尽量避开拟建的永久建筑位置或在使用时间上与拟建永久建筑的施工时间错开。
2、临时建筑的布置要符合施工工艺流程的要求，做到合理布置。
临时工业建筑、为井口服务的设施布置在井口周围。
动力设施靠近负荷中心，木材、钢筋、机修加工厂房，靠近器材仓库和堆放场地。
建筑施工器材要便于运输。
3、符合环境保护、劳动保护、防火要求。
4、合理充分利用土地。
2.3.2场地布置
场地布置详见附图一《古城桃园回风井临时改绞地面车场平面示意图》。
桃园回风井二期临时措施工程特征表表2-1
序号
名称
面积（m2）
结构类型
位置
需用时间
备注
1
井口房
350
砖混、钢结构
井口附近
二期施工
2
电机车充电房
60
钢构架、彩钢瓦
井口附近
二期施工
3
砂石场地
（900）
片石垫层200mm砼
甲方指定
二期施工
4
搅拌站及水泥库
120
钢构架、彩钢瓦
甲方指定
二期施工
5
职工宿舍
600
彩板房
甲方指定
二期施工
6
更衣室
60
彩板房
甲方指定
二期施工
7
矿车修理间
50
钢构架、彩钢瓦
井口附近
二期施工
8
通风机房
60
钢构架、彩钢瓦
井口附近
二期施工
9
矿灯房
30
彩板房
井口附近
二期施工
10
井口等候室
60
彩板房
井口附近
二期施工
合计
1390（900）
第三章临时改绞装备方案
3.1装备方案简述
3.1.1提升系统装备方案
改绞后，回风井选用2JK-3.520主提升绞车提升一对1.5t单层二车带防坠器非标金属罐笼进行提升，以满足二期工程施工需要。
每个罐笼装备BF-152型抓捕器一套；井上下口金属套架内分别安设二套FHT型缓冲托罐装置；上井口进出车平台安设滑板道，下井口进出车平台安设YZ-900型手动阻尼摇台；上下井口安设自制简易推车机；采用8根18×7+FC钢丝绳作为罐道绳，LGS-20型液压拉紧装置固定；4根18×（左右各两根）钢丝绳作为制动绳。
井上下口安设□160×160×8方钢刚性罐道，作为罐笼在上下井口稳罐导向，井上下口安设信号连锁侧滑式安全栅门。
详见附图二《古城桃园回风井井筒临时改绞布置总图》、附图三《古城桃园回风井临时改绞系统图》。
3.1.2通风系统装备方案
1、回风井与进风井贯通前：
在井底车场、相关措施巷（硐室）施工期间：
在桃园回风井井口附近安设四台FBDNo7.12×45型（安瑞风机）隔爆压入式对旋轴流风机（两台运转，二台备用），结合井筒内安设的两路Φ1000mm胶质风筒及通向工作面的Φ1000mm胶质风筒构成压入式通风系统。
2、回风井与进风井贯通后：
进、回风井的通风系统由矿方统一安排调整，在回风井井口安设2台FBDCZ系列防爆抽出式对旋轴流通风机，利用永久风道预留临时抽风口作为抽风风道，风道主口临时封闭。
回风井井口沿进出车方向采用砖混砌筑进出车通道、井口房，通道顶部使用预制板封顶；通道上部至天轮平台顶部位置采用型钢+方形钢管结合δ1.5钢板+风筒布分段围封严密，提升绳孔出口处设活动软胶板帘封堵。
进出车通道内安设联动闭锁无压风门，构成临时负压通风系统。
井下在进风井巷道新鲜风流处安设FBD系列防爆压入式对旋轴流风机向工作面进行压入式供风，构成自进风井井筒进新鲜风，回风井抽排乏风的临时主通风系统。
3、井下风机实行三专供电，所有风机均采取双机双电源连锁，备用局部通风机严格按规定调节确保完好并做到自动切换。
工作面局部通风机、风电、瓦斯电闭锁。
工作面选用阻燃抗静电胶质风筒。
4、在揭穿煤层过程中，经煤与瓦斯突出危险性预测，如有突出危险，须另行编制防突专项措施。
3.1.3排水系统装备方案
回风井井筒内安设一路φ159×4.5（5.5）无缝钢管作为主排水管，利用φ159×4.5（5.5）压风管兼做备用排水管。
前期使用三台MD50-80×9卧泵结合井底水窝作为临时水仓进行排水；临时主排水设备选用三台MD100-80×8型水泵（待临时变电所、泵房施工完毕后安装）。
3.1.4压风系统装备方案
回风井井筒内安设一路φ159×4.5（5.5）缝钢管作为压风管（兼做备用排水管），压风供应采取地面压风机站结合井下防爆压风机供风点联合供风。
3.1.5供水系统装备方案
回风井井筒内安设一路φ57×3.5无缝钢管作为供水管。
根据回风井二期工程井下涌水情况确定井下二期井巷施工供水方案，
1、涌水量较小，Q＜20m3，考虑防撞梁，罐道绳及制动绳拉紧装置梁的安装以及清淤排水等诸因素，井底水窝深度应保证不小于14m。
2、风井井下两翼马头门各施工不少于20m；在一侧马头门距井口6m处施工前期临时泵房；并在同侧施工前期临时变电硐室；在前期临时泵房对侧距井口3～5m处设置信号硐室。
第四章主要装备系统选型及校核
4.1提升系统及附件
利用凿井施工期间使用的ⅣG型凿井井架，悬吊1.5t单层二车非标金属罐笼，绞车选用2JK-3.520型双滚筒绞车。
罐笼可同时双车提矸、上下人。
其提升能力为54.62m3h，可满足回风井区井下二、三期施工提升煤矸、物料及人员的需要。
4.1.1提升绞车
提升机技术特征表4-1
提升机型号
滚筒
最大静张力
（kg）
最大静张力差
（Kg）
减
速
比
绳速
（ms）
选用电动机
个数
直径
（m）
宽度（m）
型号
功率
（KW）
转速
（rmin）
2JK-3.520
2
3.5
1.70
17
11.5
20
5.43
YR
800
593
4.1.2矿车
矿车采用MG1.7-9B型1.5t箱式矿车,容积1.7m3；名义载重1.5t,最大载重量2.7t；自重974Kg,轨距900mm。
4.1.3罐笼
罐笼选用1.5t单层二车带防坠器非标金属罐笼,钢丝绳罐道，罐笼全高5800mm，长5200mm，宽罐宽1600mm，窄罐宽1300mm，以宽罐自重5207Kg（含连接装置及防坠器），宽罐载人40人。
4.1.4提升天轮
1、D≥60d=60×40=2400mm＜2500mm；
2、D≥900δ=900×2.65=2385mm＜2500mm；
式中：
d-提升钢丝绳直径，Φ40mm；
δ-提升钢丝绳中最粗钢丝的直径，Φ2.65mm。
由上述计算得知：
选型号为TSG提升天轮，满足安全要求。
4.2提升钢丝绳的选择
1、井口至井下出车轨面全深612m，至天轮顶部高28.5m。
钢丝绳的最大悬垂高度H0=612+28.5=640.5m。
2、矿车载重量
Q矸=K•Vg•rg=0.9×1.7×1600=2448kg，K-装满系数0.8-0.9,取0.9；
Q料=K•Vg•rg=0.722×1.7×2200=2700kg，K-装满系数取0.722（按矿车最大载重量换算装满系数为0.722）；
Vg-矿车容积取1.7m3；
rg1-岩石松散容重1600Kgm3；
rg1-喷浆料松散容重2200Kgm3；
3、钢丝绳终端载荷计算
1）钢丝绳终端载荷按双车提矸，罐笼、矿车总重量和计算
Q终=2Q矸+2Q车+Q笼=2×2448+2×974+5207=12051kg。
式中Q矸-矿车载重量2448kg；
Q车-矿车重量974kg；
Q笼-罐笼自重5207kg；
2）钢丝绳终端载荷按双车提喷浆料，罐笼、矿车总重量和计算
Q终=2Q矸+2Q车+Q笼=2×2700+2×974+5207=12555kg。
式中Q矸-矿车载重量2700kg；
Q车-矿车重量974kg；
Q笼-罐笼自重5207kg；
钢丝绳单位长度重量
PS=Q终[110δbma-HO]=12558÷[110×1870÷7.5÷9.81－640.5]=5.83kgm。
由钢丝绳GBT标准中表14选出：
18×7+FC钢丝绳。
PS=6.24kgm，所有钢丝最小破断力总和：
Qd=972×1.283×103=N。
4、安全系数m的校验
1）双车提升喷浆料时：
m料=Qd[g（Q终+HOPS）]
=[9.81×（12555+6.24×640.5）]
=7.68＞7.5满足要求。
2）双车提升矸石时：
m矸=Qd[g（Q终+HOPS）]
=[9.81×（12054+6.24×640.5）]
=7.92＞7.5满足要求。
3）提升人员时：
40人
m人=Qd（Q人+Q笼+HO•PS）
=[9.81×（40×75+5207+6.24×640.5）]
=10.41＞9满足要求。
4.3提升机强度的验算
4.3.1最大静张力验算
FJI=（2Q1+2Q车+Q笼+HO•PS）·g
=（2×2700+2×974+5207+6.24×640.5）×9.81
=162372.37N＜170000N满足要求。
4.3.2最大静张力差验算
FC=（2Q矸+2Q车+HO•PS）·g
=（2×2700+2×974＋6.24×640.5）×9.81
=111291.7N＜115000N满足要求。
4.3.3提升绞车拖动电机验算
P=[（KQVm）（102ηc）]•ρC
=[（1.2×7348×5.43）（102×0.85）]×1.3
=717.92KW＜800KW满足要求。
式中K-矿车提升阻力系数取1.2
Q-提升载荷Q=2Q矸+2Q车=2×2700＋2×974=7348kg
Vm-提升机最大提升速度；
Vm=5.43ms；
ηc-减速机效率取0.85；
ρC-动负荷系数1.3；
由以上验算得知：
可以进行1.5t单层双车罐笼提升喷浆料、矸石及提人的提升方式。
4.4提升钢丝绳内外偏角的验算
4.4.1钢丝绳的弦长
L=
=
=53.04m
4.4.1内偏角
α2=tg-1（S-a-2e）2L
=tg-1（）（53040×2）
=108′41.64″＜1030´满足要求
4.4.3外偏角
α1=tg-1（2B+a-S-e-2d）2L
=tg-1（1700×2+×2）53040×2
=0026′14.96″<1030′满足要求
式中：
B-滚筒宽度1700mm
a-两滚筒内缘间距80mm；
S-两天轮之间距离2200mm；
L-钢丝绳的弦长53040mm；
e-提升绞车偏离提升中0mm；
d-制动盘距挡绳板间距235mm。
4.5提升能力验算
4.5.1电动机的选择
选取YR560-10型电动机
Ne=800KWNd=593rpmV=6KVGD2=728.8㎏.m2λ=1.8
提升机实际运行速度：
Vmax=πDNd60i=5.43ms
4.5.2提升系统变位质量计算
提升系统变位重量∑G
∑m=Q+2Qc+2LpPk+2Gt+Gj+Gd
=7348+2×5207+2×785×6.24+2×613.5+26800+23797.55=79389.35Kg
式中:
Q-提升重量7348Kg
Qc-容器重5207Kg
Lp-钢丝绳总长度785m
Gt-天轮变位重量613.5Kg
Gj-提升机的变位重量26800Kg
Gd-电机转子的变位重量（GD2）di2Dj2=728.8×2023.52=23797.55㎏
4.5.3提升加速度的确定
1、主加速度a1的确定
1）煤矿安全规程规定：
立井罐笼升降人员的加、减速度不得大于0.75ms2
2）按充分利用电动机的过载能力计算
a1≤[Fp-（KQ载+PkHt）]∑m
=[180331.49-（1.15×7348+6.24×640.5）×9.81]79383.35=0.73ms2
Fp-电动机启动时产生的平均力
Fp=0.85λFc=0.85×1.8×103×800×0.85.43=180331.49N
Q载-绞车提升荷载Q载=2Q料+2Q车=7348㎏
K-系数取1.15
3）按减速器允许的输出轴的最大力矩确定
a1≤[Mmax-（KQ+PkHt）Rg]（∑m＇Rg）
=[300×103-9.81×（1.15×7348+6.24×640.5）×1.75]（55585.8×1.75）
=0.88ms2
Mmax-减速器轴输出端允许的最大力矩300KN
∑m＇-不包括电动机变位质量的提升系统变位质量
∑m＇=∑m-Gd=79383..55=55585.8㎏
4）由以上验算取a1=0.65ms2
2、减速度a3的确定
减速采用机械制动方式，取a3=a1=0.65ms2
4.5.4速度图参数的计算
1、主加速段时间t1=（Vm-V0）a1=（5.43-0）0.65=8.35s
主加速段路程h1=Vm×t12=5.43×8.352=22.67m
2、减速段时间t3=（Vm-V4）a3=（5.43-0.4）0.65=7.74s
爬行段速度V4取0.4ms
主减速段路程h3=（Vm+V4）×t32=（5.43+0.4）×7.742=22.56m
3、爬行段距离取h4=5m
爬行时间t4==500Nm
则最小张紧力：
F=H0100×104=650.5÷100×104=65050N取Fmin=65100N
选择钢丝绳单位长度重量
PS=Fmin〔110σbma-HO〕
=65100÷[9.81×﹙110×1670÷6÷9.81－650.5﹚]=2.68kgm
查表GBT标准选用18×7+FC钢丝绳（左、右交各四根）共八根。
钢丝绳破断拉力：
Qd=671×1.283×103=860893N；钢丝绳每米绳重：
PS=5.05㎏m。
2、钢丝绳安全系数校核
m＝Qd（Fmax＋HO·PS）＝860893÷（74900+650.5×5.05×9.81）
＝8.03＞6满足要求。
式中：
Fmax-同一容器上绳罐道下端张力F的最大值
Fmax＝Fmin[1+（n-1）×0.05]
＝65100×[1+（4-1）×0.05]
＝74865N取Fmax＝74900N
为了避免钢丝绳罐道在罐笼运行中发生共振，同一提升容器罐道绳张紧力差不得小于5%-10%，所以Fmin取65.1KN,最大值取74.9KN，并且同一提升容器中的罐道绳内侧两根取大值，外侧两根取小值。
3、校核罐道刚性系数
K＝4PSln（1+a）≥50
a-罐道钢丝绳自重与张紧力之比
a＝（9.81×Ps×H0）Fmin＝（9.81×5.05×650.5）÷65100＝0.4950
K＝4×5.05÷ln（1+0.4950）＝50.23＞50满足要求
4.7制动钢丝绳
根据罐笼提升钢丝绳最大终端载荷12555㎏，选择B-152（G）型防坠器。
其技术特性为：
最大计算制动力286KN，最大终端载荷130KN，制动钢丝绳直径Φ36mm，故选取18×7-36+FC-1770共四根钢丝绳，厂家已进行安全系数校核。
4.8提升天轮梁的选择验算
4.8.1提升天轮梁的选择
选择I63b工字钢上下梁面加焊δ20钢板，两侧加焊δ16加强筋板，构成截面为I67b焊接组合工字钢。
4.8.2天轮梁的载荷
1、按钢丝绳的断绳荷载进行计算
Sd＝K·Sg＝0.85×＝.6N
式中：
K-钢丝绳的破断拉力换算系数取0.85；
Sg-钢丝绳的破断拉力总和Sg=972×1.283×103=N
Td＝Sd·COSα2
＝.6×COS33°35＇53.52″2
＝441463.55N
Vd＝[Sd（1＋Sinα）＋9.81×Q轮]2
＝[.6×（1+Sin33°35＇53.52″）＋9.81×1814]2
＝832192.66N
式中：
T-工作天轮的水平载荷；
V-工作天轮的垂直载荷；
α-提升钢丝绳的平均仰角α＝33°35＇53.52″；
Q轮-单个工作天轮重量1814kg;
2、按钢丝绳工作时的计算荷载
Tg＝S×COS33°35＇53.52″2＝67623.11N
Vg＝[S×（1＋Sin33°35＇53.52″）＋9.81×1814]2＝135009.48N
式中S＝162372.37N
3、天轮梁的内力计算
1）按断绳时
⑴支座反力计算（F图）
由ΣMB1＝0 3.5RA1－0.91Td－1.55Vd=0
得RA1=483322.99N
由ΣMA1＝0 3.5RB1＋0.91Td－1.95Vd=0
得RB1=348869.67N
由Σx=0得H1=441463.55N
⑵最大剪切力计算Qmax=RA1103=483.323KN
⑶最大轴向力计算Nmax=441.464KN
⑷最大弯距计算Mmax=942.48KN·m
作剪力图（Q图）和弯距图（M图），如上图。
2）按正常工作时
⑴支座反力计算（F图）
由ΣMB2＝0 3.5RA2－0.91Tg－1.55Vg＝0
得RA2＝77371.92N
由ΣMA2＝0 3.5RB2＋0.91Tg－1.95Vg＝0
得RB2＝57637.56N
由Σx＝0得H2＝67623.11N
⑵最大剪切力计算Q′max＝77.372KN
⑶最大轴向力计算N′max＝67.623KN
⑷最大弯距计算M′max＝150.88KN·M
选取I67b（I63b工字钢上下加焊δ20钢板，腹板密排加焊δ16加强筋）焊接工字钢。
4、钢梁强度验算
1）按偏心受压验算
A＝2bt＋δh0=2×20×4.2＋1.8×（67－2×4.2）＝273.48cm2
Ix＝[bh3－（b－δ）
t-梁的板面厚度42mm
δ
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