回风立井井筒施工组织设计.docx
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回风立井井筒施工组织设计
前言
在认真分析井筒掘砌工程施工有关图纸及地质资料的基础上,根据本工程设计的特点,结合我公司施工装备和技术能力,编制此项工程的施工组织设计,选用了行之有效的设备和先进可靠的施工技术、施工工艺,井筒施工采用混合作业方式。
工程质量目标:
井筒施工矿建工程合格。
安全管理目标:
无重伤、无死亡,实现文明施工。
我们在本工程的建设中,将主动接受建设单位的监督和指导,强化企业管理,积极采用新技术、新材料、新设备、新工艺,以一流的管理,一流的施工技术和装备,创造出一流的施工质量和速度,按工期要求,保质保量地完成此项工程的施工。
一、编制原则:
1、认真执行国家的各项建设方针和技术政策,在确保施工安全、工程质量和工期目标的前提下,科学合理地组织施工。
2、积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料,优化施工方案,合理安排施工顺序,组织平行交叉作业,加快施工准备工作进度。
3、提高机械化程度水平,改善工作环境和劳动条件,提高劳动生产率,缩短建井工期。
4、合理安排资源和劳动组织,有计划、有重点地组织人力和物力,确保各项经济技术指标的全面实现,以获得良好的社会经济效益。
5、控制临时工程,降低工程成本。
6、搞好文明施工和环境保护。
二、编制依据及编制原则:
1.依据回风立井井筒剖面图:
118-1~5及其相关图纸
2.《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
3.《煤矿安全规程》(2013年新版)
4.《煤矿井巷工程施工及验收规范》(GBJ213-90)
5.《煤矿井巷工程质量检验评定标准》(MT5009-2010)
6.《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)
7.《工程建设标准强制性条文矿山工程部分》(建标[2001]92号)
8.《混凝土质量控制标准》(GB50164-92)
9.《煤炭建设工程质量技术资料管理规定与评级办法》(2008年版)
10.《建井工程手册》(2003年版)
11.《凿井工程图册》(1998年版)
12.其它与本工程有关的国家及部颁现行的各种技术规范、规程、规定。
第一章工程概况
一、矿井简介
乡宁县枣岭乡店沟村,行政区划属河津市下化乡、枣岭乡管辖。
地理坐标为东经110°34′46″~110°38′45″,北纬35°46′21″~35°47′23″。
该立井原直径4米,扩刷为直径5米,净断面19.62㎡,井深382米。
为确保回风立井按时完成进度及确保安全,特制定本施工组织设计。
二、工程特征
由重庆市工程技术设计有限公司设计。
井口绝对标高为+706.75m,井筒深度382m,原井筒净径φ4.0m,现刷扩为净直径5m。
立井井筒中设计有引风道、安全出口及壁座。
井筒主要技术特征表如下:
技术特征表
序号
井筒特征
单位
井筒名称
回风立井井筒
1
井口坐标
纬距(X)
m
经距(Y)
m
井口标高(Z)
m
+706.750
2
井筒倾角
º
90
3
井底标高
m
324.75
4
井筒深度
m
382
5
井筒直径
净直径
mm
5m
掘进直径
mm
7000/6000/5200
6
支护方式
(相对标高)
±0.00~-4m
mm
1000(C35)
双层钢筋砼
-4m~-42m
mm
400(C35)
双层钢筋砼
-42m~-382m
mm
100(C30)
锚网喷
7
断面
净断面
m2
19.625
掘进断面
m2
38.465/19.62/28.26
三、地面相对位置、建筑物及煤层赋存属性:
回风立井地面位于工业广场西侧,属于低山丘陵地带,地表v字型沟壑发育,多为黄土层覆盖。
井筒坐标为X=3961324.589,Y=19464973.799,地面标高为+706.75,井筒深度382m。
回风立井断面形式为圆形,采用砼现浇支护,净径4.0m,净断面积12.6m2。
1、临近采掘情况及对回风立井刷扩的影响:
回风立井位于回风大巷南部间距约19m,与现用中央水仓副水仓间距约7.6m,与中央水仓副水仓联巷间距约6.5m,与瓦斯排放1#孔间距约90m,南部为原小窑巷道(已密闭)间距约30m,对回风立井刷扩影响不大。
2、煤(岩)层赋存特征
该井筒为穿层井筒,根据地质报告及临近瓦斯排放1#孔地质资料情况,开口地层为二叠系上统上石盒子组(P2s),落底二叠系下统山西组(P1s)2#煤层底板,穿过的地层由上至下分别为二叠系上统上石盒子组(P2s)、下石盒子组(P1x)、下统山西组(P1s)。
(瓦斯排放1#孔柱状附后)
3、上统上石盒子组(P2s)
井田内本组地层上部多被剥蚀,井田内局部出露本组的下部及中部地层,大部分被新生界第四系地层覆盖。
本组地层在井田内残留厚度为86.65~275.20m,平均248.69m,与下石盒子组地层连续沉积。
井筒穿过该地层厚度约271.6m。
由灰绿色中细粒砂岩,灰紫、灰绿色砂质泥岩、泥岩组成。
砂岩厚度变化较大,一般呈透镜状。
下部以黄绿色中~粗粒砂岩为主,夹黄褐色、暗紫色砂质泥岩及泥岩条带,偶见夹灰黑色砂质泥岩薄层,局部含植物叶片化石。
4、下统下石盒子组(P1x)
与下伏山西组整合接触,岩性主要由灰、灰绿~黄绿色,局部为紫红色泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩及灰白色中细粒砂岩组成,该组厚度86.00~146.15m,平均126.52m。
井筒穿过该地层厚度约106.2m。
本组上部为一层灰色、深灰色泥岩,具紫红色色斑,含铁质鲕粒且不均匀,颜色鲜艳,故称为桃花泥岩。
为区内良好标志层,本组下部含煤1~2层,均不可采,与下伏山西组地层连续沉积。
底部为K8砂岩,为浅灰色、灰白色中细粒砂岩,钙质胶结,中厚层状,具交错层理,局部顺层富集云母碎片。
5、下统山西组(P1s)
由灰~灰白色中细粒砂岩及深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩和煤层组成,为本井田主要含煤地层。
煤自上而下编号为2、3号共2层煤,据本次利用的17个钻孔揭露,2号煤层为井田内主要可采煤层,其余煤层均不可采。
底部砂岩K7砂岩,厚0.55~3.45m,平均2.32m,为灰白色中细砂岩,局部相变为粉砂岩,连续沉积于太原组之上。
全组厚14.75~44.50m,平均32.84m左右。
与下伏地层呈整合接触关系。
井筒穿过该地层厚度约12.05m,落底2#煤层底板。
本组为一套陆相含煤岩系,岩性主要为灰、深灰色、灰黑色粉砂岩、砂岩、泥岩和煤。
厚22.55~44.50m,平均为32.84m。
含煤2层,其中2号为稳定煤层,厚度4.88~7.47m,平均6.20m,全区可采,其余煤层均不可采。
以K7砂岩与下伏太原组整合接触。
与下伏太原组相比,本组内无石灰岩,多砂岩,色略浅,交错层理发育,植物化石丰富为其特点。
K7砂岩,为一层中细粒砂岩,成分以石英为主,长石及黑色矿物次之,缓波状及脉状层理,钙质胶结,厚度0.55~3.45m,平均厚度2.32m。
本组下部以泥岩,粉砂岩为主,间夹不稳定薄煤层3号煤,含大量植物化石。
一般K7砂岩顶到3号煤层间距2m左右,最大为6.60m。
上部以灰色,黑灰色砂质泥岩、泥岩及2号煤层为主。
2号为稳定煤层,全区可采,厚度4.88~7.47m,平均厚度6.20m。
6、地质构造
根据相邻巷道揭露情况及地质报告分析:
回风立井刷扩施工中不会揭露断层、陷落柱等影响生产的地质构造。
7、水文地质
7.1主要含水层情况
①碎屑岩类裂隙含水岩组主要为K7、K8、K10三层砂岩含水层及层间砂岩裂隙水,其富水性弱,易于疏干,井筒局部地段淋水或渗水,对刷扩影响不大。
②碎屑岩类碳酸盐岩类裂隙含水岩组分布于全井田,为岩溶裂隙含水层,有三层发育良好且易被水溶解的海相石灰岩(K2、K3、K4),含水层厚度15.03m~24.26m,富水性弱,根据S401水文孔抽水资料,静止水位标高502.877m,单位涌水量0.000179L/s×m,渗透系数0.00098m/d,对井筒刷扩没有影响。
③碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组主要为奥陶系上马家沟组、峰峰组灰岩,是煤系地层之基底,埋于井田深部,据S401水文地质钻孔资料,静止水位标高+454.487m。
水位单位涌水量0.0021L/s×m,渗透系数0.0135m/d,本区奥灰水水流缓慢,水力坡度小,约6.4×10-4,井田内奥灰水位标高约+454~+456m,回风立井标高为+327.80m-+706.75m,局部带压,带压值为0-1.27MPa,因本区域奥陶系灰岩富水性弱,对井筒刷扩没有影响。
7.2涌水量情况:
工作面刷扩期间预计正常涌水量约5m3/h,最大涌水量约10m3/h。
主要水源为K7、K8、K10三层砂岩含水层及层间砂岩裂隙水,无水害威胁。
第二章凿井施工方案及机械化作业线配置
一、施工方案的确定
根据图纸设计、井筒净径、深度、支护结构、地质水文条件及我公司立井井筒综合机械化配备情况,表土段及基岩段采用光面爆破掘进,短段掘砌混合作业方式,风钻打眼,采用2.5米中深孔光面光面爆破,一套单钩吊桶提升,一掘一砌(基岩段锚网喷时为二掘一喷)。
井口设混凝土集中搅拌站,两台JS-750型强制式搅拌机,配自动计量上料装置,施工采用2m³吊桶下料。
遇软地质条件差的弱岩层(f<2)时,支护形式采用锚网喷进行临时支护,然后混凝土浇筑永久支护。
过含水层依据实际涌水量,超过10m3/h要及时进行工作面预注浆堵水。
以确保施工安全。
二、机械化作业线配置
(一)、机械化作业线配置方式及内容
1、凿井井架设施
采用临时井架凿井。
天轮平台布置在临时井架的+12m平台,爆破的矸石落到井底由耙矸机运送至刮板机经主皮带运送至地面。
2、封口盘和吊盘
(1)封口盘
采用钢结构,盘面用δ6mm网纹钢板铺设,各悬吊管线通过口,设专用铁盖门,并用胶皮封堵严密。
(2)吊盘
采用钢结构双层吊盘,吊盘直径Φ4.7m,盘间距为4m,采用四根立柱连接。
上层盘为保护盘。
下层为工作盘并悬吊。
为保证吊盘的稳定性,在上、下层盘各设三套稳盘装置。
3、提升设备选择
(1)、提升机选型
采用一套独立单钩吊桶提升。
提升机选用2JK-1.6型矿井提升机;提升选用2m3吊桶。
提升机主要技术特征及绞车提升能力见下表:
提升机主要技术特征表
项目名称
提升机
备注
设备型号
Z01000-3-7
卷筒宽度
1.6m
卷筒直径
1.6m
钢丝绳直径
28mm
最大静张力
最大静张力差
钢丝绳最大速度
3.4m/s
第一层时缠绕长度
第二层时缠绕长度
减速器传动比
额定功率
120Kw
(2)、提升能力计算
井筒掘进出矸,提升分别采用2.0m3吊桶提升,根据单钩吊桶提升速度计算。
提升机
型号
吊桶容积m3
绳速m/s
提升高度(m)
100
200
300
400
2JK-1.6
2.0
3.4
提升能力(m3/h)
120
60
40
30
(3)、提升天轮
根据安全规程规定,提升天轮直径与钢丝绳最粗钢丝之比不得小于900,与钢丝绳直径之比不得小于60。
经计算,提升选用Φ1.8m提升天轮,符合设计要求(>60)。
(5)、提升钩头:
选用11t提升钩头。
4、凿岩与装岩设备
(1)凿岩设备
采用YT-28型风钻,人工操作,光面爆破,爆破矸石落到井底由耙岩机装至刮板机到主皮带运送至地面。
(2)装岩设备
耙岩机采用钢丝绳钢丝绳牵引式耙岩机,后接3部40T刮板机,运送至主皮带。
5、混凝土搅拌及运输系统
根据施工场地实际情况,设置独立的井口混凝土搅拌站,布置一台JS-750型强制式搅拌机,配PLY-1500电子自动计量上料系统。
2m³吊桶下放混凝土,风动振动器振捣混凝土。
6、凿井辅助系统
(1)压风、供水
井筒施工期间,压风接矿方地面现有压风机,通过一趟Φ108mm钢管向井下供风。
选用一趟Φ57mm×4无缝钢管由地面向井下供水,与压风管共用一台稳车悬吊,为保证向工作面稳压供水,在管路底部安设减压阀。
压风、供水管采用二根6×19+FC-φ28mm-170钢丝绳(左右捻各一根),一台2JZ-10/800型凿井绞车悬吊。
(3)通风
回风立井经过改造为进风井,施工期间风量满足施工需求。
7、动力、照明及通讯
(1)动力、照明
井筒内布置一趟U3×35+1×10动力电缆,作为施工动力、照明电源,电缆附在压风、供水悬吊绳上。
为保证工作面有足够的照明度,采用DS-ZJD250新型煤矿立井专用照明灯,吊盘下层盘三盏,上层盘二盏。
井口采用防爆白炽灯照明,工作面及吊盘上每班另配备5~10盏矿灯供突然停电或装药时用。
(2)通讯信号及电视监控电缆
凿井期间,井筒内悬吊一趟U3×10+1×6橡套电缆作为井上下信号联系,电缆附在吊盘绳上。
井上下联系方式为:
井口信号房、绞车房和吊盘,在信号电缆上都单独设打点器将信号互相传送,同时以声光显示。
井口信号房与绞车房之间设独立的一趟信号,提升设一套KJTX-SX-1型煤矿专用通讯信号装置。
在提升绞车深度指示器上设行程开关,当吊桶提到距井口80m位置时,信号灯在井口信号房显示,告知井口信号工及时把井盖门打开。
另设一趟直通电话。
并在井口、提升绞车房配备电视监视系统,并与微机联网,项目部和井口调度室可进行电视监控。
井下与井口、井口与绞车房之间设直通电话进行应急联系。
附:
井筒施工平面布置图;
井筒稳绞平面布置图;
井筒稳绞立面布置图;
井筒主要施工机械设备表。
第三章凿井设备选型计算及辅助系统设置
一、井筒概况:
霍州煤电集团腾晖煤业有限公司回风立井井筒井深为382m,原净井径Φ4.0m,现刷扩为井径Φ5.0m,井筒施工布置单钩提升(2m3吊桶一个),压风供水管一趟(附动力、照明电缆)、信号电缆附在吊盘绳上(详见回风立井井筒平面布置图)。
施工设备情况:
临时井架,天轮平台高度:
12m。
提升机型号为:
2JK-1.6,配电机功率为:
120kw,最大提升速度为3.4m/s;主提吊桶(2m3)自重7kg,容重5458.8kg,载人重960.00kg(12人)。
地面安装4台10T稳车作为悬吊使用,分别悬吊风、水管路、照明电缆一台,三台悬吊吊盘。
根据上述参数,主提均选用11t钩头。
二、提升系统计算
1、提2m3吊桶时的钢丝绳选择
①钢丝绳最大悬垂高度(H0)
H0=Hj+HT+H1式中:
Hj—井深,382mHT—天轮平台高度,12m;
H1-天轮出绳点与天轮平台间的高度,1.2m
H0=382+12+1.2=395.2m取H0为395.2m
②吊桶载重(Q)
Q=Km×rg×Vtb+0.9(1-1/KS)Vtb×Vsh=3840kg式中:
Km————装满系数,取0.60
rg————混凝土搅拌料松散容重,一般取2500.00kg/m3
Vtb————吊桶容积,2m3
KS————松散系数,取KS=1.8
Vsh————水容重,取1050.00kg/m3
③钢丝绳终端荷重(Q1、Q2、Q3)
2立方吊桶自重:
700kg滑架重:
115kg钩头重:
143kg
提料时:
端荷重(Q1)=吊桶总重+附件总重
=3840+700+115+143=4798kg。
提人时:
按吊桶人数12人计算,每人80kg
端荷重(Q2)=吊桶自重+吊桶载人重+附件总重
=700+960+115+143=1918kg。
④提升钢丝绳的选择计算
Ps=Q0/(110σB/ma–H0)式中:
Q0————钢丝绳终端荷重(Q1、Q2、Q3),4798kg
σB————钢丝绳钢丝的极限抗拉强度,取150~190gf/mm2
σB=170gf/mm2
ma———钢丝绳安全系数,提人时:
ma≥9,提物料时:
ma≥7.5
选择钢丝绳:
PSB≥PS PS———每米钢丝绳标准重量
H0:
钢丝绳最大垂直高度取400m。
H0=井深+天轮平台高+天轮出绳点与天轮平台间的高度=395.2m
Ps物=3.4kg/mPs人=1.23kg/m
试选钢丝绳:
6×19+FC-Φ28-170
绳单位长度重量:
PsB=2.71kg/m
钢丝绳自重为:
H0×2.71=1071kg。
⑤安全系数校核
提混凝土料时:
Q0=端荷重+钢丝绳自重
=4798+1071=5869kg
提人时:
Q0=端荷重+钢丝绳自重
=1918+1071=2989kg
查表得钢丝绳破断力总和Qd=54700kg。
提升安全系数计算
料:
ma=54700÷5869=9.3>7.5
提人时:
ma=18.3>9
符合《煤矿安全规程》要求。
2、提升机的选择计算
根据目前现有提升机型号:
2JK-1.6/20120KW
1筒直径的校验(D)
依据D=60ds=60×28=1680mm>1600mm;
ds——为钢丝绳直径,mm
提升机选用2JK-1.6型矿用提升机,配置120KW电机,提升速度为3.4米/秒,2m3吊桶,6×19+FC-Φ28-170钢丝绳。
④提升能力计算
a、当加减速度相等时,提升一次循环时间(T1)
T1=[2VMB/a+(H0-40)/VMB]+54+θd式中:
VMB————运行最大速度,3.4m/s,据提升机提升最大速度和《煤矿安全规程》限值确定。
H0————提升高度,m
θd————一次提升休止时间,取60~90s,此取90s
a————提升加速度,取1.2m/s
T1=[2×3.4/1.2+(400-40)/3.4]+54+90=258s
b、提升能力计算(最深时的提升能力)
AT=3600·Km·VTB/(K·T1)式中:
Km————吊桶装满系数,取0.9
VTB————标准吊桶容积,2m3
K————提升不均匀系数,取1.25
T1————一次提升循环时间,258s
AT=20m3/h
⑤天轮直径的选择:
据D=60×ds=60×28=1680mm
根据计算选择天轮直径1800mm的提升天轮MZS-1.1-2.5
三、井筒悬吊系统的选型及验算
(1)、吊盘(3绳悬吊)选择计算
1)、吊盘钢丝绳的端荷重(二层盘)
吊盘总重:
11610kg
工具重:
500kg
人员重:
960kg
吊盘绳总端荷=吊盘重+工具人员重
=11610+500+960
=13070kg
每根钢丝绳的端荷总重:
13070/3=4356.7kg
2)、钢丝绳的选择
①钢丝绳选择:
Ps=Q0/(110αB/ma-H0)=3.29kg/m
试选钢丝绳:
6×19+FC-Φ24-170
绳单位长度重量:
Ps=1.99kg/m
钢丝绳破断力总和:
Qd=35800kg
钢丝绳自重:
H0×每米重Q绳=395.2*1.99=786.4kg
②单根钢丝绳悬吊总重
单根钢丝绳端吊重+单根钢丝绳自重
4356.7+786.4=5143.1kg
③安全系数校核
m=钢丝绳破断力总和/悬吊总重=35800/5143.1=6.96>6.00
符合安全规程规定
(2)、压风管、供水及电缆悬吊绳选择计算
1)、压风、供水管路钢丝绳端吊重:
①压风管:
Φ108×410.26Kg/m
②供水管:
Φ57×45.23Kg/m
③风管管部分重=382×10.26=3919.3kg
供水管部分重=382×5.23=1997.8kg
④卡具单重:
7.06Kg个数:
63个总重:
444.8kg
⑤管接头:
压风管接头个数:
63个单重:
6.77kg
供水管接头个数:
63个单重:
2.64kg
总重:
592.83kg
⑥供水管路的水重:
截面积×高×水容重=1008kg
⑦动照电缆重量:
型号:
3×10+1×101.6kg/m
总重:
632.3kg
⑧端吊重=3919.3+1997.8+444.8+592.8+1008+632.3=8595kg
2)、钢丝绳选择:
①试选钢丝绳:
6×19+FC-Φ28-170
绳单位长度重量:
Ps=2.71kg/m
钢丝绳破断力总和:
Qd=54700kg
钢丝绳自重:
H0×每米重Q绳=395.2×2.71=1071
②单根钢丝绳悬吊总重
单根钢丝绳端吊重+单根钢丝绳自重
8595+1071=9666kg
③安全系数校核
单根钢丝绳破断力总和/单根钢丝绳悬吊总重=54700/9666=5.7>5.00
符合安全规定
四、其他辅助系统的验算及设置
1、通风计算
根据设计图和井下生产条件可知,井筒净断面19.62m2,同时起爆炸药最大数量55.2kg,掘进迎头最多同时工作及检查人数为6人。
1、按炸药使用量计算:
Q掘=25A
式中:
Q掘—掘进工作面实际需要风量,m3/min;
A—按工作面一次爆破所用的最大炸药用量,取55.2kg
则:
Q=25×55.2=1380m3/min
3、按工作人员数量计算:
Q掘=4N
式中:
Q掘—掘进工作面实际需要风量,m3/min;
N—根据井下巷道掘进时最多人数定员,取6人。
则:
Q=4×6=24m3/min
按掘进巷道最低风速计算:
Q低=0.25×60×S净
式中:
S净—掘进工作面设计净断面积,㎡。
Q低=0.25×60×19.62=294.3m3/min
2、按掘进巷道最高风速计算:
Q高=4×60×S净
式中:
S净—掘进工作面设计净断面积,㎡。
Q高=4×60×19.62=4708.8m3/min
3、按照风速进行计算:
Q低<Q掘<Q高即:
294.3m3/min<4140m3/min<4708m3/min
式中:
Q掘—掘进工作面风量,m3/min;
Q低—最低允许风量;
Q高—最高允许风量,
4、回风立井的风每秒实测为2.8m/s,根据断面计算
Q高=2.8×60×19.62=3296.1m3/min
根据上述计算,进风井立井掘进工作面生产期间所需风量取最大值为1380m3/min,故确定该掘进迎头需风量为1380m3/min。
通过计算及综合因素分析,立井掘进工作面生产期间需配风量为1380m3/min,符合《煤矿安全规程》规定的范围。
Q低<Q掘<Q高即:
294.3min<1380m3/m3/min<4708.8m3/min
故:
回风立井的风满足作业使用。
三、通风系统:
地面新风→迎头→井筒→地面
2、供电系统设置情况
供电系统接矿方地面10KV变电站,井口高压供电采用双回路电源供电,局扇供电实行双电源双局扇,自动切换。
附:
井筒施工供电系统图。
附:
主要设备用电负荷统计表。
3、施工测量
矿方提供近井测量基点和井筒十字桩坐标资料,我单位负责使用和保护。
(1)测量原则及要求
①配备能胜任此项工作的人员和测量仪器,在监理工程师监督下完成施工前测量准备和井筒及相关硐室施工的各项测量工作。
②按《煤矿测量规程》的有关规定进行一切必要的测量和计算工作,并按要求将施测采用的方法和精度报监理工程师批准。
③在施测过程中,外业观测工作本身须有校核,或者进行两次。
对起算数据、外业记录和计算成果均须经过严格的检查或对算。
重要测量工作必须独立地进行两次或两次以上的观测和计算;工程结束后,要编写技