王行莊煤礦南風井改絞工程論述

引言：王行莊煤礦南風井建設進回風井即將落底，進入二期工程施工，為加快工程施工進度，必須進行臨時改絞，以獲得較大提升量，同時保證施工人員上下井的安全。本文重點對改絞的必要性、方案和工程量進行論述、比較，最終確定合理的臨時改絞方案和具體施工內容等，對王行莊煤礦南風井的建設具有重要指導意義。

王行莊煤礦南風井建設項目，是根據王行莊煤礦原初步設計和礦井開拓接替規劃要求，有效解決南翼通風線路長、通風阻力大等問題提出建設，該項目位于王行莊煤礦井田南部、新鄭市觀音寺鎮境內，喬莊村南約200m、楊莊水庫北約800m處，主要包括進、回風井井筒、井底車場及硐室、南翼軌道、運輸兩條大巷各1140m、15采區3條上山等礦建工程及地面工業廣場、工業建筑和辦公設施的土建工程和各相關的設備安裝工程。項目總投資概算5.2325億元，批準總工期43.5個月，項目工程于2013年元月10日開機凍結，2月22日井筒工程正式開挖，計劃2016年8月底建成。

設計有進、回風井2個井筒，進風井井筒凈直徑6.5m，設計深度446.5m，裝備一對1t礦車雙層四車多繩罐籠（寬、窄各一），設玻璃鋼梯子間。井筒內設兩趟排水管、動力電纜和通訊信號電纜。主要擔負南翼采區的提矸、進風任務，下少量材料及人員，兼作礦井的安全出口，并可作為邊界緊急提升出口。

回風井井筒凈直徑6.0m，設計深度412.5m，井筒內敷設兩趟瓦斯管，一趟壓風管路、裝備有梯子間等。目前，井筒即將落底，進入二期工程。

一、改絞方案論述

由于二期工程施工量大，地質條件復雜，難以預料因素較多，同時為滿足快速掘進、安全施工的需要，需提前對主提升、井下供電、信號通訊系統、井下排水、壓風管路、通風、地面卸矸等系統進行改造（簡稱臨時改絞）以滿足生產需求。本節主要論述并確定南風井改絞方案，提前調整施工順序，以最經濟的改造方案和最短的施工周期保證臨時改絞的順利完成。

1.1臨時改絞的必要性

南風井在井筒掘進期間，井筒掘進出矸、升降人員、上下材料均有吊桶提升，施工方向沿同一方向進行，提升量較小。隨著井筒的落底，井底大巷、掘進工作面需大量展開，同時施工方向由自上向下施工轉換為水平方向施工，掘進出矸、升降人員、上下材料需由平巷轉為井筒提升，運輸方式改為礦車運輸。為滿足這種立轉平的過渡和二期工程施工的需要，必須對提升、供電等系統進行改造。

1.2改造方案的選擇

對二期工程施工期間的主提升系統的改造，一般有兩種方式，一是直接對進風井（副）井提升系統進行永久裝備；二是對現有鑿井提升裝置進行臨時改造，即臨時改絞。

下面對以上兩種改造方式，進行論述，確定合理的改造方案和井筒改造時序。

1.2.1改造方案比較

方案一：

先對副井提升系統進行永久裝備。優點：永久裝備提升能力大、系統安全、設備可靠，有利于掘進任務的完成和施工人員的安全。缺點：裝備工程量大，需要安裝永久罐籠、管道梁、罐道、梯子間、各種管路電纜、永久提升機、提升井架和配套操車設備，加上系統形成后的調試時間，施工工期在8-9個月，短期內難以形成提升系統，勢必影響建井工期。

方案二：

對回風井進行臨時改絞并同時安裝風井永久裝備。優點：裝備簡單、施工容易、施工工期短，一個月內就能形成提升系統。同步完成風井永久裝備，獲得永久壓風、瓦斯抽放、永久通訊、臨時排水管路和梯子間安全出口。缺點：臨時提升系統設備陳舊、維護量大、安全可靠性較永久系統偏低，同時提升量較小。

綜上所述，方案二可以縮短施工周期，滿足施工需要，并同時完成了風井裝備，可以優先選擇對回風井進行臨時改絞。

1.2.2改造井筒時序選擇

一般進回風井落底后，即可開始改絞，根據礦井建設經驗，可以選擇進回風井貫通后改絞或不貫通改絞。貫通后改絞有利于通風，并形成兩個安全出口；不貫通改絞，不利于通風和施工作業安全，但能盡早形成提升系統。由于王行莊煤礦屬于高瓦斯礦井，根據《煤礦建設安全規范》（AQ1083-2011）第6井工部分6.11.3立井井筒裝備第一款要求：在高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井中，已揭煤的尚未貫通的井筒和處于回風的井筒，嚴禁進行井筒裝備施工。所以，井筒臨時改絞時間，選擇在進回風井貫通后，形成全風壓通風后進行。

二、改造內容

改絞工程的主要內容包括：回風井井筒永久裝備、臨時提升系統改造、天輪平臺改裝、供電、通訊、通風和給排水系統安裝等。

2.1 回風井井筒永久裝備

回風井井筒永久裝備主要裝備有2趟瓦斯抽放管路、梯子間、1趟灑水管、1趟注漿管、1根通訊電纜。

2.2 臨時提升系統改造

將原單鉤提升改為1.0T單車罐籠雙鉤提升，井口進車側設置阻車器、井上下進出車側裝搖臺，井口鋪設環形軌道車場，井底設置穩繩防墜繩拉緊梁一層、托罐梁一層，另加設防撞梁和托罐裝置。天輪平臺改造天輪梁、穩繩梁，防墜繩采用4套螺桿式拉緊裝置拉緊，鋼絲繩罐道采用8套軸銷式拉緊裝置拉緊，提升繩為18×7-1770-φ36兩根，罐道繩、防墜繩為6×19-1770-φ34 12根。

改絞施工中鋼絲繩校驗：

吊盤自重約：3噸；施工時人員重量約為75×7=0.525 噸；電焊機重量約為0.12；風管重量約為0.5噸；物料重量約為1噸；通信、監測、信號電纜重約3噸，三根吊盤繩自重約6噸。吊盤終端載荷重約：G=14.145噸。

吊盤鋼絲繩選用6×19+1-φ30型，其破斷拉力總和約為46 噸；三根吊盤繩總破斷拉約力F為138噸；折減后總破斷力F`約為115噸。

安全系數K=115/14.145=8.13>8。吊盤繩選用符合安全要求。

繩環選用φ20其破斷拉力約為：20噸，下放構件最重為0.6噸。安全系數K=20/0.6=33>8。繩環選用符合安全要求。

2.3 信號通訊系統

為了保證井上下運輸、聯絡方便，安設信號通訊系統，信號及通訊線路建井期共用一根50對MHYV32型礦用阻燃通信電纜，沿管路支架梁敷設。同時安裝有能從井底信號工發給井口信號工和從井口信號工發給絞車司機的信號裝置。井口信號裝置和絞車的控制回路相閉鎖，只有在井口信號工發出信號后，絞車才能啟動。

通訊系統由地面調度臺、程控交換機、通信電纜、井下防爆電話機組成。地面調度室設置多功能調度臺，滿足主要提升機房、壓風機房、井底車場、臨時變電所、臨時排水泵房、掘進工作面等地點的通信需要，同時在井上下井口和絞車房之間、臨時變電所、臨時排水泵房和調度室之間安裝直接聯系的電話。

2.4 供電系統

根據礦井建設負荷，初選在井筒內敷設2根MYJV42 3*95 10KV高壓電纜，分別來自地面變電站10KV配電柜不同母線段。井下安裝臨時變電所，安裝11面防爆高壓配電裝置，分別為臨時主排水泵、局扇變壓器、掘進工作面提供動力。

2.5 給排水系統

根據井筒施工期間揭露的情況，在煤層的頂、底板均有含水層，初步預測在井底車場施工時的最大涌水量為50 M3/h；為節約建井費用、縮短建井工期，不再單獨做臨時水倉，以井底水窩為臨時水倉。根據水泵選型計算書，選用兩臺100M100×6離心泵，擔負過渡期的排水任務，該型泵揚程H=550M、電機功率P=280KW、流量Q=100M3/h，其中一臺工作，一臺備用，能在20小時內排出24小時的正常涌水量。利用φ219×8mm灑水管主管路作臨時排水管路，用支架固定在托管梁上。

2.6 壓風系統

現有壓風機站在短時間內能滿足生產的需要，待掘進頭多滿足不了要求時，可酌情給予增加。管路系統用鑿井期預留的?108 無縫鋼管。壓風系統及壓風自救系統共用一套管路，但不同時使用。正常使用時只供壓氣系統供風，但需要壓風自救時，開啟壓風自救系統，風動工具全部停止作業。

空氣壓縮機必須有壓力表和安全閥；必須裝設斷油保護裝置或斷油信號顯示裝置；必須裝設溫度保護裝置，在超溫時能自動切斷電源；吸氣口必須裝設過濾裝置。空氣壓縮機的風包，設在地面室外陰涼處。風包應裝有超溫保護裝置，在超溫時可自動切斷電源和報警。風包上裝有動作可靠的安全閥和放水閥，并有檢查孔。必須定期清除風包內的油垢。新安裝或檢修后的風包，應用1.5倍空氣壓縮機工作壓力做水壓試驗。在風包出口管路上必須加裝可靠的釋壓閥，且釋壓閥的口徑不得小于出風管的直徑，釋放壓力應為空氣壓縮機最高工作壓力的1.25～1.4倍。

2.7 通風監控系統

井底貫通后，密閉進風井井口，建臨時井口房。在進風井臨時井口房出口選擇合適的位安裝2臺2*75KW建井風機，形成機械通風，且不影響施工期間的運輸和提升。回風井改絞期間，通風由回風井進風，進風井回風。

為滿足井下開拓掘進期間的安全監測監控需要，在南風井通風機房增設監測監控分站1臺，采集通風機的開停，風機風硐內負壓、風速、瓦斯等實時參數，在提升機房增設監測監控分站1臺，采集提升機開停，空壓機開停等工況參數。前期，新增監測監控分站通過主信號電纜經井口房避雷器由回風井引至井下，實現二期施工時的監測監控。后期，改為通過主信號電纜由進風井引至井下，接入礦井安全生產監測監控系統，并把監測數據上傳至礦井總調度室。

2.8 瓦斯抽放

根據礦井安全需要，井筒內安裝兩趟φ600塑料瓦斯抽放管路，采用歐姆卡固定于管路支架梁上。與地面瓦斯抽放泵站相連，實現瓦斯抽放，保障安全生產。

2.9 地面卸矸

在地面設矸石堆，儲存矸石。進出車采用自留道，安裝1.0T翻罐籠電動翻，汽車運矸。

三、改絞施工

3.1改絞步驟

根據實際情況制定切實可行的施工方案。首先將需用的設備檢修，使之達到完好標準，安裝用的鋼梁、非標加工件提前準備，改制臨時吊盤，將不用的溜矸槽及模板繩等拆除。

改絞主要步驟及順序為：利用臨時吊盤安裝井筒內固定支架梁、安裝管路、敷設電纜；安裝井底托罐裝置；安裝井口封口盤；井架天輪平臺布置；鋼絲繩下放；罐籠懸掛；井口套架安裝；鋼絲繩罐道調整；系統試運。

3.1.1首先將吊盤起到井口位置由上至下安裝管路及電纜固定支架梁。

3.1.2每6米固定一套支架梁，采用樹脂螺栓固定。

3.1.3隨吊盤安裝管路、梯子間等裝備，利用主絞車下放，穩車接替安裝，下放至馬頭門拱部位置，安裝時每根管子設置一付卡子與支架固定。

3.1.4吊盤繼續下落至罐道拉緊梁下部500mm處安裝固定罐道鎖緊梁。

3.1.5利用吊盤安裝井底托罐梁，方木及鋪板等。

3.1.6拆除原井口封閉，安裝現有井口盤封閉，加設護欄。

3.1.7改造天輪平臺，安裝天輪梁、?2.5m天輪、穩繩梁、拉緊裝置，穩繩下放，絞車纏繩。

3.1.8分別依次下放8根罐道繩，至罐道鎖緊梁處，鎖緊罐道繩，然后依次下方4根防墜鋼絲繩，鋼絲繩下放利用制作防纏繞裝置下放。

3.1.9井下固定罐道繩、防墜繩，掛罐。

3.1.10拆除二平臺，安裝井口套架及穩罐裝置，安全門，試車。

3.1.11安裝擋車器，圍欄，鋪設進出車道。

3.1.12抓捕器利用原有罐籠上面的抓捕器。系統形成后進行試運行，罐籠防墜試驗正常無誤后正常提升。試運行期間發現問題及時處理。

3.2 質量要求

為了保證施工質量，每一步驟都要嚴格按照施工措施的規定執行，安裝梁之間最大誤差不能超過±3mm，水平度不超2‰；管路嚴禁漏風、漏水；各種螺栓、墊、帽 齊全上緊。穩繩拉緊力不小于6T ，各罐道繩張緊之力差不得小于平均張緊力的5%，內側張緊力大，外側張緊力小。電纜及管路固定間距保持均勻6米一道。鋼絲繩應經檢驗合格后方可使用，改絞設備嚴禁使用淘汰產品，井上下機電設備須有“MA”標志。 系統裝備完成后，應委托有資質的單位對單項工程和主要設備進行驗收和檢測。

四、安全技術措施

安全保證體系如圖：

4.1 所有參與施工人員必須嚴格遵守《煤礦安全規程》、特種操作規程，必須學習改絞方案，了解施工程序，明白施工方法，清楚注意事項， 在施工期間應有專人負責，統一指揮、統一行動，施工期間施工現場制定專人進行現場管理，無關人員不得進入施工場地，嚴禁酒后作業，違章指揮，違章作業，違反勞動紀律。

4.2井架上施工時，作業人員必須帶安全帽，系安全帶，把好井口，嚴防井筒墜物。高空作業的所有人員，必須佩帶合格的保險帶，施工時安全帶應掛在牢固可靠處，安全帶采取“高掛低用”的方法，嚴禁同一地點上下之間同時作業。 遇有大霧、五級以上大風、下雨天禁止在井架上作業，嚴禁心臟病、高血壓、眩暈怔患者高空作業。

4.3井筒內施焊、氣割時要制定相應的措施，報批后方可進行，氧氣瓶、乙炔瓶及氧氣乙炔帶要保證不漏氣，保持完好狀態。使用電氣焊期間，指定專人在場檢查和監督，氣割及電焊工作地點有專人負責噴水，在工作地點必須配備滅火器。在進行氣割及電焊工作時，只有經安全檢查員、瓦斯檢查員檢查無誤后方可進行氣割及電焊工作，氣割及電焊工作地點的風流中，瓦斯濃度不得超過0.5%，只有在檢查證明作業地點附近20m范圍內無瓦斯積存時，方可進行作業，現場有瓦斯檢查員、安全員在現場監督，氣割及電焊工作完畢后，工作地點應再次用水噴灑，并應有專人在工作地點停留1h，檢查發現異狀，立即處理。

4.4對所有使用的起吊環、鋼絲繩頭、倒鏈必須進行細致嚴格的檢查，安全系數必須滿足要求，不符合要求的嚴禁使用，起吊物應綁掛牢固，吊鉤鋼絲繩應保持垂直，不得偏拉斜吊，吊物未固定時嚴禁松鉤。起重用鋼絲繩在施工完畢后應統一回收安置，不得亂堆亂放。施工場地應保持整潔，垃圾和廢料應及時清除，做到“工完、料凈、場地清”。

4.5井上下之間，要保持信號暢通無誤，在夜間或有光線不充足時，必須有足夠的照明設施。

4.6施工期間，各步驟應制定相應的安全措施。

結束語

王行莊南風井建設改絞工程盡管還未開始施工，但本文論述了改絞的方案、施工方法和工程量，特別是比較超前的提出永久裝備和臨時改絞工程同時進行的施工方案，為南風井的建設提供了很好的建議，預計縮短建設周期近一個月，節約資金約200萬元，值得研討和推廣。

參考文獻

[1]國投河南新能開發有限公司王行莊煤礦南風井工程初步設計說明書.工程代號：C1164NF.

[2]煤礦建設安全規范.2011.7.23.

[3]煤礦安全規程.

作者簡介

高劍，男，漢族，生于1979年元月，河南開封杞縣人，國投煤炭有限公司河南分公司主任，1999年畢業于焦作煤炭工業學校。

（作者單位：國投煤炭有限公司河南分公司）