CN114575879B - 一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法 - Google Patents

一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，属于矿井安全防护技术领域；包括三个步骤：底部井筒设置安全密闭墙，其复合支护结构将柔性支护和刚性支护有机的结合在一起；中部密闭区域设置跑车防护装置，运输事故时能起到缓冲作用；甩车场岔口设置防护网和截水沟，保证了人员和流水安全；整体防护方法解决了斜井甩车场底部无用的井筒密闭后运输事故时运输车辆和运输物件无缓冲直接碰墙导致事故扩大以及安全防护能力不够的问题，具有安全性高、防护能力强、能防止事故扩大的特点。

Description

一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法
技术领域
本发明属于矿井安全防护技术领域，具体涉及一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法。
背景技术
矿井在开拓过程中，由于斜井开拓方式具有井筒施工简单、初期投资少、提升能力大等优点被广泛应用在矿井中，斜井通常有主斜井、副斜井、风斜井、行人斜井，其中副斜井主要负责材料、设备、矸石的运输。对于多水平开拓的矿井，副斜井在各水平均要设置车场，以满足副斜井与各水平之间的材料、设备、矸石的有序运输，其中副斜井最底部水平设置井底车场，其它水平设置甩车场。随着矿井生产推进，部分水平资源将会枯竭，并向新的水平开拓开采。对于下部水平资源枯竭，而相连的上部水平开拓开采时，为确保生产安全，在下部水平资源枯竭后，应及时将连通相连上部水平的井筒和巷道密闭，其中副斜井井筒密闭是所有密闭中技术难度最大和安全隐患最高的密闭。
对于斜井甩车场底部无用的井筒密闭，目前国内外学术报道和专利文献，均未见一套有效且安全的技术方案，且目前国家标准和各地方标准中，也未见对此密闭有一条专门的规定。各矿生产中遇到此密闭问题时，通常是参照其他位置密闭方法，在甩车场底部井筒岔口位置直接设一道普通密闭墙，隔断下水平的气和水。
由于甩车场位置运输方向改变，运输轨道需从井筒轨道换道到甩车场巷道轨道，当运输物件较重或管理不规范时，甩车场位置极容易出现轨道跳道运输车辆侧翻或换道不成功仍直行的碰墙事故；普通密闭墙无法承受运输车辆和运输物件的冲击力，在无缓冲直接碰墙的情况下，普通事故极易扩大到火灾、爆炸、物件抛掷砸人伤人事故；当运输速度过快或密闭墙强度不够时，运输车辆和运输物件甚至会撞空密闭墙滚动到井底，事故范围和严重程度将进一步扩大。
当然也有少数矿井将密闭墙往底部井筒移一段位置，其余空间填补上矸石或废料，在甩车场岔口位置再抹一层水泥砂浆，在一定程度上增加了整段密闭墙的抗冲击强度，一般不至于出现撞空密闭墙现象，但是仍存在运输车辆和运输物件直接碰墙的隐患。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法；解决在斜井甩车场底部井筒中设置密闭后运输事故时运输车辆和运输物件无缓冲直接碰墙导致事故扩大以及安全防护能力不够的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，包括下述步骤，
步骤Ⅰ：在斜井甩车场底部无用的井筒中设置一道安全密闭墙，具体为在距离甩车场岔口4m~6m位置选择一段井筒，在井筒四周进行全断面掏槽，掏槽采用锚杆加金属网进行临时支护，在掏槽的前后两端分别设置一层钢梁加网片的加强支护，每层钢梁由横梁与竖梁组成，横梁和竖梁均采用长梁窝加短梁窝加砂浆稳固，最后在掏槽段的两端面设模板，采用混凝土将整个掏槽段的掏槽、锚杆外露段、横梁、竖梁、网片一并浇筑在内，形成一道安全密闭墙；
步骤Ⅱ：在安全密闭墙与甩车场岔口之间设置一个挡车栏，挡车栏一侧上下间隔设置多根水平的钢管，在挡车栏与甩车场岔口之间的井筒底板对称设置两个吸能器，在挡车栏上方的井筒顶部设置两套起吊锚杆，将钢丝绳穿过钢管后两端固定在两个吸能器上，挡车栏通过链条与起吊锚杆相连接从而将挡车栏吊起；
步骤Ⅲ：在甩车场岔口处设置一个全封闭的防护网，设置截水沟连接井筒内水沟和甩车场巷道水沟，并在截水沟与无用段水沟相交位置设置隔板。
进一步的，步骤Ⅰ中，掏槽段长度不小于3m，掏槽深度不小于井筒净宽的1/10。
进一步的，步骤Ⅰ中，锚杆外露长度不小于掏槽深度。
进一步的，步骤Ⅰ中，每层钢梁由两根横梁和两根竖梁组成，构成一个井字形钢梁。
进一步的，横梁位于井筒净高的三等分点位置，横梁两端深入梁窝的深度均为掏槽掘进断面宽的1/10，即横梁长度为掏槽掘进断面宽的1.2倍；竖梁位于井筒净宽的三等分点位置，竖梁两端深入梁窝的深度均为掏槽掘进断面高的1/10，即竖梁长度为掏槽掘进断面高的1.2倍。
进一步的，加强支护钢梁安装前，需先在钢梁设计位置掏好梁窝，每根钢梁对应一个长梁窝和短梁窝，在掏槽内井筒的一帮和底板设置长梁窝、对称位置的另一帮和顶部设置短梁窝；掏窝时短梁窝的深度不小于横梁和竖梁深入梁窝的深度，长梁窝的深度不小于短梁窝深度的2倍，以确保整根钢梁能安装到梁窝中。
进一步的，安装时将横梁布置在井筒两帮的梁窝中、竖梁布置在井筒底板和顶部的梁窝中，再采用砂浆封堵梁窝，将放置好的横梁和竖梁稳固。
进一步的，步骤Ⅱ中，挡车栏离井筒底板高度为100mm~300mm，挡车栏的中心、两个吸能器的连线中心均在斜井上部井筒的运输中心线上。
更进一步的，步骤Ⅲ中，防护网上方设置一道供工作人员开启的门，防护网上悬挂安全警示牌，禁止无关人员随意进入密闭区域。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
（1）本发明提供的安全防护方法，在斜井甩车场底部无用的井筒中设置一道安全密闭墙，密闭墙创新性的采用全断面掏槽，然后采用锚杆+金属网临时支护，再设置两层横梁+竖梁+网片加强支护，最后采用混凝土将掏槽、锚杆外露段、横梁、竖梁、网片一并浇筑在内，属于复合支护结构，将柔性支护和刚性支护有机的结合在一起，相较于矿井井下常见的密闭墙，稳定性和抗冲击能力更强，同时密闭墙可有效的隔断下水平的有毒有害气体，密闭性更好。
（2）本发明提供的安全防护方法，创新性的在安全密闭墙与甩车场岔口之间设置一套跑车防护装置，当甩车场位置出现轨道跳道运输车辆侧翻或换道不成功仍直行的运输事故时，运输车辆和运输物件将先碰撞挡车栏，其冲击能量将通过钢丝绳、吸能器转化到井筒底板中，起到缓冲作用，不易出现运输车辆和运输物件直接碰墙现象，进而不易将普通运输事故扩大。
（3）本发明提供的安全防护方法，安全密闭墙距离甩车场岔口（即密闭区域长度）为4m~6m。不超过6m，满足井下扩散通风要求，可保障工作人员进入密闭区域时的通风安全；不低于4m，可保证中部跑车防护装置的有效缓冲长度。同时运输事故时危险点基本位于密闭区域中，极不易出现物件抛掷砸人伤人事故，并且火灾、爆炸等事故也不易扩大到甩车场巷道甚至更大范围，具有控制事故危险范围的优点。
（4）本发明提供的安全防护方法，在甩车场岔口处设置了全封闭的防护网，禁止无关人员随意进入密闭区域，保证了人员安全；同时设置一条截水沟连接井筒内水沟和甩车场巷道水沟，并将无用段水沟设置隔板封堵，防止井筒内流水进入密闭区域，保证了密闭区域流水安全。
（5）本发明提供的安全防护方法，在底部井筒设置安全密闭墙、中部密闭区域设置跑车防护装置、甩车场岔口设置防护网和截水沟，三大步骤有机的组合在一起，整体防护方法共同保障斜井甩车场底部无用的井筒密闭后的安全问题，具有安全性高、防护能力强、能防止事故扩大的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明所述的斜井甩车场底部井筒安全防护方法的平面布置图；
图2为本发明所述的斜井甩车场底部井筒安全防护方法在竖直平面内的剖面图；
图3为步骤Ⅰ的临时支护断面示意图；
图4为步骤Ⅰ的加强支护断面示意图；
图5为步骤Ⅱ的结构示意图；
图中：1—甩车场；2—井筒；3—掏槽；4—锚杆；5—金属网；6—横梁；7—竖梁；8—网片；9—长梁窝；10—短梁窝；11—砂浆；12—混凝土；13—挡车栏；14—钢管；15—钢丝绳；16—吸能器；17—链条；18—起吊锚杆；19—防护网；20—水沟；21—截水沟；22—隔板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
本实施例的副斜井井筒2断面为半圆拱形式，尺寸为净宽×净高=4.0m×3.5m，井筒2倾角16°，最大运输重量为18t，水沟20尺寸为250mm×250mm；甩车场1巷道所处水平开拓开采时，在下水平所有资源枯竭后，及时对甩车场1底部无用的井筒2进行安全密闭。如图1~图5所示，本实施例提供了一种斜井甩车场1底部井筒2安全防护方法，包括以下步骤：
步骤Ⅰ 底部井筒2安全密闭：
在斜井甩车场1底部无用的井筒2中设置一道安全密闭墙。
先在距离甩车场1岔口4m~6m位置选择一段井筒2，在井筒2四周进行全断面的掏槽3，掏槽3的前后长度不小于3m，掏槽3深度不小于井筒2净宽的1/10。
然后沿着掏槽3的掘进断面采用锚杆4+金属网5进行临时支护（如图3）。其中锚杆4外露长度不小于掏槽3深度，锚杆4沿着掏槽3的掘进周圈设置；金属网5设置于掏槽3的内周圈面上，通过锚杆4所固定。再在掏槽3的前后两端分别设置一层钢梁+网片8的加强支护（如图4），每层钢梁由2根横梁6和2根竖梁7组成，构成一个井字形钢梁，横梁6和竖梁7均采用长梁窝9+短梁窝10+砂浆11稳固。
最后在掏槽3的两端面设模板，采用混凝土12将整个掏槽段的掏槽3、锚杆4外露段、横梁6、竖梁7、网片8一并浇筑在内，形成一道安全密闭墙，进而将底部无用的井筒2安全密闭。其中网片8位于竖梁7靠近甩车场1岔口的一侧，横梁6位于竖梁7远离甩车场1岔口的一侧。
本步骤属于复合支护结构，将柔性支护和刚性支护有机的结合在一起，稳定性和抗冲击能力更强，同时密闭墙还可有效的隔断下水平的有毒有害气体。
本实施例中，先在距离甩车场1岔口5.5m位置选择一段井筒2，全断面掏槽3长度为3m，掏槽3深度为0.4m，即掏槽3掘进断面尺寸为掘宽×掘高=4.8m×4.3m。临时支护时锚杆4选用型号为Φ20×2200mm的左旋螺纹钢锚杆，锚杆4间排距为900mm×900mm，呈矩形布置，设计锚固力不小于90kN，锚杆4外露长度为0.5m；金属网5选用10号铅丝制作而成，网格孔距为50×50mm；现场施工时应根据掏槽3段井筒2围岩稳定性情况，合理调整临时支护方式和支护参数，确保施工安全。
加强支护时井字形钢梁共有两层，设在掏槽3的两端；横梁6和竖梁7均选用12号矿用工字钢，现场施工时应根据井筒2断面尺寸和最大运输重量合理选用钢梁型号，确保密闭墙柔性支护强度；网片8选用φ6mm钢筋网片，网格间距为100×100mm。最后浇筑混凝土12强度等级为C30，现场施工时应根据井筒2断面尺寸和最大运输重量合理选用混凝土12强度等级，必要时可改为钢纤维混凝土12，确保密闭墙钢性支护强度。
步骤Ⅱ 设置跑车防护装置：
在安全密闭墙与甩车场1岔口之间设置一套跑车防护装置。
选择3~5根钢管14和钢丝绳15，安装前先在挡车栏13的一侧等距离焊接钢管14，钢管14平行于井筒2的底板所设置，并且沿着上下方向均匀间隔设置，钢管14内部为中空结构，左右两端开口相贯通。
在距离甩车场1岔口1m~2m位置的井筒2底板上，并且沿运输中心线两侧对称设置两个吸能器16，吸能器16设置在挡车栏13靠近甩车场1岔口的方向一侧。在预放置挡车栏13位置的井筒2顶部，并且沿运输中心线两侧对称设置有两套起吊锚杆18。
安装时将钢丝绳15沿着左右方向穿过挡车栏13上的钢管14后，两端固定在预先设置的吸能器16上。再将挡车栏13通过两根链条17分别悬挂在预先设置的起吊锚杆18上，构成一套跑车防护装置（如图5）。
为便于防腐和有效防止跑车事故扩大，挡车栏13离井筒2底板高度为100mm~300mm。当甩车场1位置出现轨道跳道运输车辆侧翻或换道不成功仍直行的运输事故时，运输车辆和运输物件将先碰撞挡车栏13，其冲击能量将通过钢丝绳15、吸能器16转化到井筒2底板中，起到缓冲作用。
本实施例中，吸能器16抗冲击能量为1.0MJ，2个，安装在在距离甩车场1岔口1m位置、沿运输中心线两侧对称设置，中心矩为1.8m。挡车栏13外型尺寸为1.2m×1.2m，安装前先在挡车栏13一侧等距离焊接3根钢管14，钢管14规格型号为DN50×3mm、长度1.5m。钢丝绳15规格型号为Φ22-6×37，数量为3根，安装时将钢丝绳15穿过挡车栏13上的钢管14后、两端固定在预先设置的吸能器16上，挡车栏13与吸能器16的距离为2m。在挡车栏13正上方的井筒2顶部设置2根起吊锚杆18，起吊锚杆18选用型号为Φ16×1200mm的圆钢锚杆，通过链条17悬挂挡车栏13，挡车栏13离井筒2底板高度为150mm。现场安装前应根据最大运输重量和井筒2倾角合理设置钢丝绳15数量和直径，并设置足够能量的吸能器16，确保满足抗冲击要求。
步骤Ⅲ 人员和流水安全防护：
在甩车场1岔口处设置一个全封闭的防护网19，防护网19可采用金属网片加工制作，也可以采用防护网成品改装，防护网19上方应设置一道可供工作人员开启的门，防护网19上还得悬挂安全警示牌，禁止无关人员随意进入密闭区域。设置一条截水沟21连接井筒2内水沟20和甩车场1巷道水沟20，正常情况下截水沟21为一条，当井筒2水沟20流水较大时应设置两条，而且截水沟21尺寸比井筒2内正常水沟20尺寸大；并在截水沟21与无用段水沟20相交位置设置隔板22，将无用段水沟20封堵严实，防止井筒2内流水进入密闭区域。
进一步的，步骤Ⅰ中，加强支护时横梁6位于井筒2净高的三等分点位置，横梁6两端深入梁窝的深度均为掏槽3掘进断面宽的1/10，即横梁6长度为掏槽3掘进断面宽的1.2倍；竖梁7位于井筒2净宽的三等分点位置，竖梁7两端深入梁窝的深度均为掏槽3掘进断面高的1/10，即竖梁7长度为掏槽3掘进断面高的1.2倍。
更进一步的，步骤Ⅰ中，加强支护钢梁安装前，需先在钢梁设计位置掏好梁窝，每根钢梁对应一个长梁窝9和短梁窝10，在掏槽3内井筒2的一帮和底板设置长梁窝9、对称位置的另一帮和顶部设置短梁窝10；掏窝时短梁窝10的深度不小于横梁6和竖梁7深入梁窝的深度，长梁窝9的深度不小于短梁窝10深度的2倍，以确保整根钢梁能安装到梁窝中。安装时将横梁6布置在井筒2两帮的梁窝中、竖梁7布置在井筒2底板和顶部的梁窝中，再采用砂浆11封堵梁窝，将放置好的横梁6和竖梁7稳固。
本实施例中，井筒2断面尺寸为净宽×净高=4.0m×3.5m，掏槽3掘进断面尺寸为掘宽×掘高=4.8m×4.3m，因此两根钢梁加工时横梁6长度为4.8m×1.2=5.76m、竖梁7长度为4.3m×1.2=5.16m；安装时横梁6中心线距井筒2底板高度依次为1.15m、2.3m，两端深入梁窝的深度均为480mm；安装时两根竖梁7中心线距井筒2中心线均为0.65m，两端深入梁窝的深度均为430mm。根据横梁6和竖梁7两端深入梁窝的深度，确定短梁窝10的深度统一为480mm，长梁窝9的深度统一为960mm；根据所选钢梁型号，确定长梁窝9和短梁窝10的截面尺寸均为300mm×300mm；封堵时砂浆11强度等级为M10，现场钢梁安装时，应采取必要的辅助措施，将钢梁安装在设计位置，并保证钢梁深入梁窝长度，确保钢梁稳固。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：包括下述步骤，
步骤Ⅰ：在斜井甩车场底部无用的井筒中设置一道安全密闭墙，具体为在距离甩车场岔口4m~6m位置选择一段井筒，在井筒四周进行全断面掏槽，掏槽采用锚杆加金属网进行临时支护，在掏槽的前后两端分别设置一层钢梁加网片的加强支护，每层钢梁由横梁与竖梁组成，横梁和竖梁均采用长梁窝加短梁窝加砂浆稳固，最后在掏槽段的两端面设模板，采用混凝土将整个掏槽段的掏槽、锚杆外露段、横梁、竖梁、网片一并浇筑在内，形成一道安全密闭墙；
步骤Ⅱ：在安全密闭墙与甩车场岔口之间设置一个挡车栏，挡车栏一侧上下间隔设置多根水平的钢管，在挡车栏与甩车场岔口之间的井筒底板对称设置两个吸能器，在挡车栏上方的井筒顶部设置两套起吊锚杆，将钢丝绳穿过钢管后两端固定在两个吸能器上，挡车栏通过链条与起吊锚杆相连接从而将挡车栏吊起；
步骤Ⅲ：在甩车场岔口处设置一个全封闭的防护网，设置截水沟连接井筒内水沟和甩车场巷道水沟，并在截水沟与无用段水沟相交位置设置隔板。
2.根据权利要求1所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：步骤Ⅰ中，掏槽段长度不小于3m，掏槽深度不小于井筒净宽的1/10。
3.根据权利要求1所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：步骤Ⅰ中，锚杆外露长度不小于掏槽深度。
4.根据权利要求1所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：步骤Ⅰ中，每层钢梁由两根横梁和两根竖梁组成，构成一个井字形钢梁。
5.根据权利要求4所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：横梁位于井筒净高的三等分点位置，横梁两端深入梁窝的深度均为掏槽掘进断面宽的1/10，即横梁长度为掏槽掘进断面宽的1.2倍；竖梁位于井筒净宽的三等分点位置，竖梁两端深入梁窝的深度均为掏槽掘进断面高的1/10，即竖梁长度为掏槽掘进断面高的1.2倍。
6.根据权利要求4所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：加强支护钢梁安装前，需先在钢梁设计位置掏好梁窝，每根钢梁对应一个长梁窝和短梁窝，在掏槽内井筒的一帮和底板设置长梁窝、对称位置的另一帮和顶部设置短梁窝；掏窝时短梁窝的深度不小于横梁和竖梁深入梁窝的深度，长梁窝的深度不小于短梁窝深度的2倍，以确保整根钢梁能安装到梁窝中。
7.根据权利要求6所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：安装时将横梁布置在井筒两帮的梁窝中、竖梁布置在井筒底板和顶部的梁窝中，再采用砂浆封堵梁窝，将放置好的横梁和竖梁稳固。
8.根据权利要求1所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：步骤Ⅱ中，挡车栏离井筒底板高度为100mm~300mm，挡车栏的中心、两个吸能器的连线中心均在斜井上部井筒的运输中心线上。
9.根据权利要求1所述的一种斜井甩车场底部井筒安全防护方法，其特征在于：步骤Ⅲ中，防护网上方设置一道供工作人员开启的门，防护网上悬挂安全警示牌，禁止无关人员随意进入密闭区域。
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