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小四股箕斗井在荣华二斜井的设计实践

发布时间:2015-04-28 点击量:960
 

                                张福春、王桂芝

(龙煤工程设计研究院鸡西分院)

摘要:采用小四轨箕斗井双钩提升的布置形式,在国内煤矿提升斜井形式中尚属首例,优点是减少井筒工程量,减小井筒断面,降低掘进成本,节省工程造价。

关键词:国内首例、减少工程量、降低费用。

一、概况

鸡西矿业(集团)有限责任公司荣华二斜井(梨树煤矿二区)位于黑龙江省鸡西市梨树区风山村与邱家村之间,鸡西市梨树区风山村以东一公里处,本井田位于荣华二井勘探区西南侧,邱家村附近,西侧为梨树煤矿三井境界,东、北西侧属本井田勘探区范围。该井的建设是梨树矿七井的接续矿井。

该井共有两个可采煤层,其中3#上层属中生代侏罗纪鸡西群穆棱含煤组,煤种为1/3焦煤为生产井;14#煤层属中生代侏罗纪城子河组,全区发育,煤层赋存稳定,可采厚度1.63-2.34m 14#层是低磷、低硫、低灰分的优质中厚煤层,煤种为焦煤,是市场极缺的煤种,销售市场广阔,14#层移交生产后,增加焦煤45万吨,有可观的经济效益。

该井田已探明的地质储量为3514.42万吨,其中14#2302.23万吨,3#上层1212.19万吨。可采储量2636.26万吨,其中14#层可采储量1669.87万吨,3#上层可采储量966.39万吨。此外,在该矿井勘探区边缘(深部、东部及南部),根据已有勘探资料及临近矿井的开采实践,煤层有变厚趋势,且煤层赋存趋于稳定,该区域有可观的远景储量,可以保证矿井投产后有长远的发展后劲。

二、开拓方案

为充分利用荣华二斜井现有设施,以少投入多产出为原则,以获得最佳的经济效益为目标。开拓14#层是低磷、低硫、低灰分的优质中厚煤层,煤种为主焦煤,是市场极缺的煤种,销售市场广阔,荣华二斜井14#煤层移交生产后,增加主焦用煤有可观的经济效益。也是为了矿区发展的需要。

根据本井田煤层范围及煤层埋藏深度等情况,共提出两种开拓方案进行比较,然后确定矿井开拓方式。各开拓方案叙述如下:

Ⅰ方案主要内容:仍利用原有三条斜井井筒继续延深,新建一条箕斗井做为14层主提升井,并将原二号风井改造为3上皮带井的开拓方案。本方案是充分利用原有矿井部分已形成的开拓巷道,节省井巷工程投资费用。确定14层的生产水平为-275m标高,在井底-275m标高布置主运道、回风大巷及主要硐室等,箕斗井井底装载点标高为-329.0m,煤仓高度45米。一段副井延深310米至+16.0m标高处布置一二段副井联络车场;一段副井设计全长770米,倾角21°46′。二段副井绞车道井底标高-275m,设计斜长762米,倾角24°。

14层与3上层的回风,在+135米水平由立风井集中回风;14层二段风道由+135米标高至-265m标高,斜长852米,倾角28°,3上层由+135米标高布置二段绞车道、风道、皮带道。矿井初期投产时共安排两个采区生产即3上层北采区和14层一采区。14层一采区布置方式为盘区式布置,采煤工作面为沿倾斜布置采煤方法; 3上层北采区下山布置,采煤工作面布置方式为走向长壁后退式开采。Ⅰ方案投产时井巷工程量为16615米。

Ⅱ方案主要开拓内容:

与Ⅰ方案不同之处是在原有绞车道东南50米处新掘一个14层主提升立井的开拓方式,该主提升立井井筒直接到-275m水平,立井垂深555m,然后在-275m水平向西北方向布置一条1120米长主运石门至主运大巷;3上层新掘一条钢丝绳牵引皮带井,斜长811米,倾角16°,一、二号回风斜井并联回风,其它系统和采区布置均与Ⅰ方案相同。Ⅱ方案投产时井巷工程量为18497米。

Ⅰ方案主要优点:

1、开拓工程量较Ⅱ方案少1882m,可节省投资1751万元;

2、建井工期,一方案建井工期为36个月,二方案建井工期为42个月,一方案较二方案少6个月。

缺点:1、工业广场占地面积稍大些;

2、箕斗和轨道道床检修工作量稍大些;

Ⅱ方案主要优点:

1、工业广场占地面积比Ⅰ方案少;

2、井筒装备检修工作量小。

缺点:

1、矿井开拓工程量比Ⅰ方案多1882米,比Ⅰ方案多投资1751万元;

2、立井井塔投资及设备安装比Ⅰ方案多投800万元。

3、Ⅱ方案比Ⅰ方案多投资2551万元。

方案确定:经两个开拓方案优缺点比较论证后,确定本矿井开拓方案采用1方案。

   水平划分:本矿井为两个水平布置,14层水平标高确定在-275米标高;矿井井底车场,煤炭卸载,主要运输和回风大巷均设在-275米水平;各采区根据煤层赋存情况采用上下山的布置方式进行开采,矿井深部境界至-700米标高。3上层水平标高确定在+132米标高,深部标高至-200米左右。

   三、箕斗提升井线路布置

本井共有五条井筒,箕斗斜井和回风立井为新设计井筒,副井、3上皮带井和3上入风井利用原有已形成井筒经延深和扩修后使用。

为用好有限资金,充分利用该井现有场地及设施,以较少的投入,获得最佳的经济效益为目标。箕斗井为二水平14#煤层的主提升井,采用小断面四轨双钩提升的布置形式,其最大优点为最大限度地减少井筒工程量,减小井筒断面降低掘进成本,提高掘进速度,节省井筒掘进工程费用。

箕斗斜井井筒坡度34°,斜长1091米,半圆拱形断面,井筒内铺设四根43公斤轨道整体道床轨距1500mm,正常运行段四根轨的中心相差400mm如图,两箕斗在装载站、卸载站和中间错车道部分,分别设置了四组道岔,道岔的设计考虑了箕斗运行的轨迹由小四股变为大四股,从轨道中心相关400mm2100mm,为了保证箕斗运行平稳,道岔的角度既要考虑不要太大,又要满足错车部分钢丝绳顺利进入设计的轨道绳槽中,以免影响另一箕斗正常运行,在道岔中布置了喇叭轮、立轮及托绳轮,绳轮位置的设计充分考虑钢丝绳的运行轨迹,迫使钢丝绳顺利进槽,井筒内设一对10T轻型箕斗担负14层的煤炭生产提升任务,箕斗的设计也是按照道岔进行设计的,箕斗的牵引钢丝绳高度不能设置太高,否则钢丝绳不能顺利进槽,为了使箕斗正常运行,箕斗的轮组两侧也不能一样,在两箕斗运行的内侧用平轮,是在中间错车部分使钢丝绳压在箕斗轮子下面,另一侧(外侧)布置成槽轮,使箕斗能正常的沿轨道运行。

四、箕斗斜井提升设备

(一)设计依据:

开采二水平14#煤层年设计产量:45t/a,装载点至井口斜长1061m,井口标高+281.00m,井底标高-329.00m,井筒倾角:34°,双钩提升方式,井筒内铺设43kg/m小四股轨道,井筒中间设错车道,井口门至卸载点斜长:27m,年工作日:330天,每天提升时间:16小时。

(二)、设计选型:

1、一次提升时间:

T=+θ= +10=170.91s

2、一次提升量:Q1= =4.653t/

选:载重量为10tXJ-10Q斜井轻型箕斗,有效容积为12m3,自重:4500kg

3、钢丝绳的选择:

Q=Q+Qc(Sinα+f1cosα)

=8229kg

提升距离:Lt=1061+30=1091m

钢丝绳的单位长度重量:

P= 

=4.34kg/m

选:钢丝绳为6×7股(1+6),Dt=36.5mmQg=81750kgPK=5.038kg/m

校核钢丝绳的安全系数:

m= =6.69>6.5

4、提升机的选择

卷筒直径:D卷≥(6080dt

=2.92m

卷筒宽度:

B= ×(36.5+3.5                       

=1424mm

选:2JK-3.5/20A双筒提升机一台

D=3500mm   B=1700mm    F2=17000kgf   Fc=11500kgf    i=20    V=6.85m/s    n=740r/min

钢丝绳最大破断力总和为118500kg

作用在滚筒上的最大静张力差:

Fc=F2-Qc×(sinα+f1cosα)

=9806kg<11500kg

选提升机合适。

5、电动机的选择:

N=

=844kw

选:YR118/61-8型电动机一台,N=1000kw6kv,自重:6150kg

n=740r/min

   实际提升速度:

Vmax=

=6.78m/s

实际提升能力:

A=

=0.87Mt/a

即箕斗提升斜井的提升能力为87万吨/

6、提升系统:

天轮选择:Dt=80Dq=80×3.5=2.8m

选用:TSG3000/20天轮二个。

天轮间距:2100m,重量:2466kg

过卷距离:Lg=1+0.5Vmax+ 

=10.59m

地面储装运系统:本矿井下生产的煤炭,3#上层生产系统是煤炭经采区皮带卸入井底煤仓,再经往复式给煤机给入GD型钢丝绳牵引胶带运输机提升至地面风选车间,经分选后再进入储煤场。

14#层箕斗井井底-275m车场采用600轨距3t底卸式矿车将煤卸入井底煤仓。在箕斗井底煤仓下采用10吨箕斗装载,提升至地面卸载煤仓,然后由仓下往复式给煤机给入筛分车间原煤分级筛,上仓皮带运至原煤装车仓,装车后运至平岗选煤厂入洗。

总结:箕斗提升斜井为二水平14#煤层的主提升井,箕斗井采用小四股双钩提升的布置形式,在国内煤矿提升斜井实际应用中尚属首例,其最大优点为最大限度地减少井筒工程量,减小井筒断面降低掘进成本,提高掘进速度,节省工程费用,比立井提升方案可节省资金2551万元。缺点是装载站、卸载站、井筒中部错车道线路布置复杂,施工设计难度大,箕斗提升斜井的提升能力难以提高。20081月荣华二斜井14#煤层投产以来,小四股箕斗井线路布置达到设计要求,在实际生产运行中安全稳定可靠,2008年提升生产原煤40 t/a2009年提升生产原煤45t/a满足生产要求,小四股箕斗井的设计提升能力87t/a,提升潜力大,实际生产中将逐步达到设计提升能力,小四股箕斗井在荣华二斜井实际应用中是成功的,在国内煤矿提升井中是首例的。

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