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