浅析黄陵地区某煤矿电缆钻孔下电缆工艺.pdf

浅析黄陵地区某煤矿电缆钻孔下电缆工艺赵彦涛，丁亮，刘小康（陕西省一九四煤田地质有限公司,陕西西铜川7 2 7 0 0 0)摘要：随着煤炭产能的不断释放和自动化、智能化装备的大量投入，许多矿山开采企业的产能不断扩大，为了新开工或接续项目的电力供应，减少输变电过程中产生的电损以及线路的敷设成本、安全等方面的影响，利用地面钻孔向井下工作面输送电能逐渐被矿山企业采用。本文介绍黄陵地区某煤炭开采企业设计并施工完成一对电缆孔（A孔、B孔），某施工企业在已下完套管的电缆孔孔口利用专用的电缆支架、矿用绞车、专用电缆盘等设备及工器具，将电力电缆成功下放至矿井工作面指定位置的施工过程和工艺路径,并结合施工情况进行经验分析和总结。关键词：电缆卡；绞车；钻孔；电缆支架钢丝绳中图分类号：F406.3;TD6111工程背景该矿变电所供电的电缆钻孔设计A、B两个。施工地点在煤矿风井回风立井工业场地；周边构筑物有高压线、电缆桥架、循环水池、瓦斯抽采泵房、制氮车间等。因风井地面场地的设施局限，两个钻孔的地面间距为6 m，孔底位置距离巷道帮3.9 m，钻孔采用二开结构，一开采用700mm孔径钻进至井深10.0 0 m处，下人630mm10mm的Q345B材质套管，二开以600mm孔径钻进至42 4.8 7 m处，下人426mm12mm的Q345B材质套管，并用水泥封固套管，水泥浆返至地面,抽空套管内水泥浆,在井下工作面采用人工挖掘的方式与套管头底端贯通待用。本文对A孔下电缆的过程进行分析介绍，电缆钻孔设计下放两根电缆，地面预留电缆110 m，垂直吊挂段450 m，井下工作面预留电缆长度1140 m，单根电缆共计17 0 0 m。地面与井下工作面预留电缆重量，在下放电缆的过程中，有固定作业面作为承载，故忽略不计。2准备工作2.1技术准备根据矿方提供的电力供应设计以及钻孔情况，选用的电力电缆型号为MYJV42-8.7/10kV-3185mm垂直悬吊段电缆450 m，每米电缆重量15.6 kg，共两根，电缆合计总重量为8.7 t；根据电缆总重量，考虑安全系数，结合矿方经验，选用钢丝绳型号为6*37-FC-47.5mm，1770MPa右交，钢丝绳考虑亢余系数，单根钢丝绳重量1.75t,两根重量3.5t，电缆与钢丝绳连接以及悬挂需要通过若干钢丝绳卡子，对电缆卡子进行固定，悬挂的总重量约13.9 t。该工程采用的技术工艺主要为绞车下放钢丝绳，文献标识码：B文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)10-0 145-0 3通过在钻孔中心位置以预埋件连接的形式设置电缆架，电缆架顶部安装定滑轮，定滑轮改变钢丝绳的方向，使钢丝绳垂直于钻孔的井口位置。工人利用电动工具,并采取人力辅助的形式,将电缆与钢丝绳利用专用电缆卡子进行固定，电动工具提供的扭矩能够满足螺栓预紧力的要求。在单个固定节点固定完毕后，启动绞车，缓慢送入电缆。前10 0 m入井的电缆，电缆卡子的安装间隔4m,后期间隔1m，以便电缆垂直悬吊时分担自身所承受的重量，有效减少电缆在垂直悬吊时自身所产生的拉力对其自身造成的损害。2.2.厂内准备2.2.1井口滑轮支架根据井口安装的需要，以及在下放过程中钢丝绳需在井口位置设置滑轮，改变钢丝绳的方向并顺利人井，设置一组井口支架。支架底盘、斜撑支架为2 0 0 槽钢焊接，以两根2 0 0 槽钢作为人字塔支腿，侧面焊有扶梯，顶部使用2 0 0 工字钢作为主梁，工字钢两侧焊接支撑筋。滑轮为590电缆滑轮两组、550钢丝绳滑轮一组,主轴为130mm,两端使用瓦座连接固定。滑轮位置设置必须对应最后井口装置的安装，便于完成开合板的封闭工作，此时钢丝绳的承重力较大，人力很难改变钢丝绳距离。工器具设施基本参数的确定：130mm主轴的选定，结合井口尺寸、瓦座宽度、工字钢、槽钢的使用,在主轴横放、留有可操作空间的条件下取轴长9 0 0 mm。根据45号钢最大挠度计算，直径130 mm，长度9 0 0 mm，F为2 0 T的条件时计算所得大于9 0 0 mm，固横梁主轴选用45号钢，长度9 0 0 mm，直径130 mm。145结合钢丝绳直径、钢丝绳重量、电缆直径、电缆重量确定滑轮宽度与轴承的选用。轴承为NJ型圆柱滚子轴承,D（轴承外径）2 30 mm，d（轴承内径）130 mm,B（轴承宽度）40 mm，Cr 基本额定动载荷为2 58 kN，相当于2 5.8 t，完全符合使用要求。2.2.2电缆架根据现场需要及踏勘确定，电缆在进场时所配置的电缆盘不能提供有效的载荷，无法通过人力或其他机械动力提供旋转支架，故设置专用的电缆架。根据电缆容量以及现场条件，设计电缆支架高2.8 5m，转盘外径2.5m,200槽钢焊接梯形支架，支架内径（提供的最底层电缆环绕直径）为1.2 m，采用瓦座承载受力并利用螺栓固定,轴头安装直径130 mm,每个瓦座安装一盘滚珠轴承，轴承能够符合在自然状态下人力旋转时的力量条件。利用吊车，将所需材料及设备吊至相应的位置进行固定。电缆盘底盘、斜撑支架均使用2 0 0槽钢进行加工制作 2 。2.2.3预埋件现场使用的井口滑轮支架、电缆架、绞车等在受到自身重力的同时，还受到电缆在电缆架方向的拉力、沿钢丝绳方向的拉力，以及在并口位置钢丝绳受力方向改变时的其他受力,以上装置无论是永久性固定还是临时固定，都需要通过一定的方式进行加固,故前期通过现场踏勘的方式，确定部件装置的安装固定位置,并对提前加工好的预埋件进行预埋处理，提供连接支撑。根据井口滑轮支架结构以及可通过焊接方式连接的部位，设置预埋件14个，电缆架设置预埋件8 个（每组4个）。2.2.4地锚由于井口支架的主要承受在钢丝绳与滑轮结合点切线方向沿钢丝绳两端受力，在通过固定预埋件后，采用地锚对井口支架、绞车进行固定，提高支架的承载能力以及绞车的后坐力。绞车、井口支架、地锚坑在同一条直线上，绞车、地锚坑位于井口支架的两侧。已知井内下方的电缆、钢丝绳及其他辅件的总质量，选用相应的钢丝绳用于地锚绳。在井口支架工字钢支腿地面以上0.5m处，焊接弧度紧贴工字钢宽面的半圆弧钢板，设置固定的支点，将钢丝绳通过绳卡进行紧固，再通过紧绳器与地锚锚桩钢丝绳连接拉紧。2.2.5其他厂内准备除需要以上加工部件外，还需要准备相关的电工工具、电焊机、扳手、套筒等零星工器具，并提前联系好吊车，安排好绞车租赁等相关事宜。2.3作业准备2.3.1作业现场布置对电缆钻孔井口周围进行钢筋混凝土浇筑处理。146开挖长度3.6 m，宽度3.1m，深度1.3m。预埋件钢板露出地面3 5mm，选用12螺纹钢筋绑扎井口现浇构架,放置预埋件,并将预埋件与螺纹钢筋构架绑扎连接,浇筑C30混凝土，候凝7 d,其间按照相关规范要求进行养护。待井口地面的混凝土及预埋件凝固完成，通过预埋件螺栓将并口支架加固的连接孔相连接，预理件两边各留50 mm，当螺栓紧固后，再将井口装置底部框架与预埋件焊接在一起。根据现场地形,选定适当位置将两个电缆支架（放缆盘)固定牢靠，将两盘电缆架起。在电缆下放的相反方向选定适当的绞车静停位置。将47.5mm钢丝绳一端头插人绞车侧盘孔中，缠绕一圈，使用压板压紧外圈钢丝绳，再将钢丝绳端头固定钢丝绳卡，与绞车可靠固定，做好封头处理。利用吊车与绞车的相互配合，将两条电缆端头运到钻孔上口处。再利用吊车把钢丝绳的一端通过滑轮拉到钻孔上口处4。调试现场绞车，各部件运转正常；2 根待人井电缆进行外观检查，绝缘遥测、符合入井要求；钢丝绳外观检查合格，符合人井要求。电缆卡及钢丝绳卡均为镀锌件，电缆卡里衬橡胶垫保护电缆免受外力拉伤。入井时检查镀锌层是否脱落,严禁镀锌层脱落的卡子人井。自制井口卡安装前及安装后均需进行一次防腐涂刷。在下电缆时，钢丝绳上每4m作标记,10 0 m后每米作标记，以至电缆下放工作完成。2.3.2井下准备在地面实施电缆下放之前，要在矿井内钻孔位置设置安全围栏，悬挂上写“作业危险，请勿靠近”的安全警示标志，以提醒周围人员，地面钻孔正在进行下放电缆作业不得靠近。同时指定专人现场监护，保证无他人人内。2.3.3人员准备确认绞车操作人员、并口作业人员、电缆盘操作人员、现场监护人员等各岗位人员到位，责任明确，并由现场负责人对全体作业人员进行安全技术交底，着重交底操作规程、安全注意事项，如遇突发事件时的应急处置流程和措施等。现场作业人员务必接受统一的指挥,协调行动。3现场操作3.1井口固定操作准备下人钻孔的钢丝绳与两个电缆端头用专用卡具卡紧，以免在下放过程中与钻孔套管焊接接头突出位置挂碰。入井前10 0 m电缆每隔4m紧固一组电缆卡子，且上下两个卡具每米间距用扎带将两条电缆和钢丝绳扎紧在一起。待电缆人井10 0 m后每米紧固一组电缆卡子。电缆卡子螺栓采用8.8 高强度螺栓，螺栓预紧力为8 0 9 5Nm。3.2指挥信号明确指挥信号，现场指挥手持红旗，口含吹哨，规定长音为放松电缆和钢丝绳，三声哨音为停止放松。在电缆拉松下放的同时，绞车操作人员缓慢退行慢送电缆入井。当第二次卡子运动到钻孔孔口时，用扎带扎紧电缆，长度处卡紧第三个电缆卡具，以此类推，当钻孔内人井的钢丝绳和电缆下入8 0.4m时，钢丝绳和电缆在自重的作用下自动下滑，此时开始绞车时刻处于刹车状态，不得随意前后行动 5。3.3绞车操作绞车操作人员应严格按照规程进行操作，服从现场指挥人员的指挥，严禁无命令下启停绞车，严禁擅自离岗，严禁周围遮挡物遮挡视线。3.4井下作业当电缆下放到井下井筒内拐出钻孔下口处时，井上人员停止作业，等待井下作业信号后继续下放电缆。并下作业人员将捆绑的电缆与钢丝绳通过矿井设备向并下配电区输送。并上与井下必须保持联系畅通，一方工作必须接收到另一方的动作信号后才可进行，相互配合，直至井下电力电缆运送至井下配电区。拆除电缆封头、电缆卡等辅助件，将拆除电缆卡后多余的钢丝绳盘至井口下方，整齐摆放。3.5井口固定当矿井井下巷道预留的电缆与垂直悬挂的电缆下放完成后，利用公司申请的一种矿山电缆竖井井口悬挂装置（专利号：ZL202122746048.5）对井口进行处理。在井口安装第一分瓣底板1和第二分瓣底板2,通过第一分瓣底板1和第二分瓣底板2 底部设置的半圆凸台，使第一分瓣底板1和第二分瓣底板2 能够顺利安装于钻孔套管12 端部，第一连接块2 和第二连接块5通过螺栓进行初步紧固；使用固定件9、钢丝绳垫板8将钢丝绳、电缆进行安装固定；吊装设备缓慢试松，确定钢丝绳无下降，由于电缆通过其他的连接方式在钻孔内与钢丝绳进行固定连接，挂装立板6 与电缆通过固定件9 连接起到扶正作用的同时，并进行固定；第一分瓣底板1和第二分瓣底板2 之间,以及第一分瓣底板1、第二分瓣底板2 与钻孔套管12 之间进行焊接，做永久的固定安装。待井口悬挂装置完全承受重量后（等待5min观察）。完成后绞车松动，足够钢丝绳在滑轮下放可以使用钢丝绳卡的距离，迅速完成钢丝绳卡紧工作，利用U型卡将电缆固定 6 3.6施工收尾完成所有的电缆下放工作后，依托钻孔井口滑轮支架搭建彩钢房，保护井口，避免人为掉入异物，同时避免由于天气原因雨水流人井内等，对所有安装裸露部件的部位进行防锈处理。最后检查工器具，清洁作业现场，召开总结会议。4结论在施工过程中，经过现场作业人员的通力配合和指挥人员的精准指挥，顺利完成电缆下放及辅助作业。但仍发现一些问题,需要在以后类似的作业活动中，引起注意,并做好预防控制工作。一是在使用绞车下放电缆时,对绞车刹车控制系统的要求较高，需要提前做好保养维护工作，并准备胶皮备用；二是绞车与井口支架的拉力为斜拉力，对井口支架加工所需钢材型号的选用和焊接质量的要求较高，需要在钢材型号选用时考虑盈余系数，对焊接焊缝进行仔细检查，避免出现起泡裂纹焊瘤夹杂；三是井口支架混凝土底座的浇筑范围较大，预埋件之间连接结构较少,在绞车出现抖动时不能形成整体受力，受力不均容易造成焊缝开裂，引发事故；四是电缆卡子与钢丝绳的连接在操作人员作业完毕后，检查人员逐一检查，满足紧固要求。参考文献：1张新社,张大乾，赵洪显，等.小孔径深钻孔电缆下放技术研究与应用 J.中国矿山工程,2 0 19,48（0 3）：6 9-7 1.2王建都.煤矿入井电缆施放架的研制与应用 J.煤炭与化工,2 0 19,42(0 6):7 0-7 1+7 5.3任林.浅谈煤矿电缆的选择与敷设 J.现代工业经济和信息化,2 0 17,7(0 6)：7 9-8 0+9 2.4吴洪海.徐庄煤矿西风井电缆孔卡钻事故分析、处理与预防 J.能源技术与管理,2 0 2 2,47（0 3）：133-134.5杨宽才，孔二伟，宁赞格，等.小秦岭金矿田大口径电缆通风孔钻进实践与研究 J.探矿工程（岩土钻掘工程),2 0 17,44(0 5):44-47.6徐世国.煤矿电缆钻孔施工技术的应用J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 2(15):16 6-16 8.作者简介：赵彦涛（19 8 6-），男，陕西合阳县人，本科，高级工程师，一级建造师（机电），从事地质勘探设备、地热井及地热供暖等设备设施的技术研究工作。147