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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