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146 m³,弃碴49.2万方,涌水量最大4711 m³/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1 XK12-9/192-1KBT.1电瓶车技术参数表

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

20 m3梭矿每节最大载重Q＝40t

20 m3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=698 m3；

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：（8.52 m3×0.7（Ⅴ级时同时两个台阶喷锚）+2.8 m3（临时支护喷锚量））×3m=26.3 m3

1台HSP-7FB的理论输出量：7 m3/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÷120 min =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6 m3。

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=40 L/Kg ，对于煤层应取100 L/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=33m3/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33m3/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1017～72Pa；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～开挖断面积， S=40m2。

Q1=60VS=60×40×0.3=720m3/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，一次爆破装药量G=90Kg，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=40 L/Kg ，对于煤层应取100 L/Kg 

Q3=158×2.5=396m3/min

根据以上计算结果，取最大值720m3/min为隧道平导压入式供风风量。

横通道风机送最长风距离按2000米计，风管按1.4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=720/（1-0.015）1500/100=974m3/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=1445pa

其中α～风阻系数，取0.0025

L～隧道通风长度，2000米

d～配用风管直径，Φ1.4米计算.

通风管路局部阻力计算：36pa

返回污风隧道摩擦阻力：1974 pa

隧道内通风阻力计算：3455pa。

③ 压入式风机选择

根据计算，单台风机应提供的风量974m3/min和风压3455Pa，对应风机性能曲线，选择我们生产的SDF№11.5/2×75KW（防爆型）通风机。其性能为：风量1171～2285m3/min，风压724～4629Pa；配套风管1.4米直径。风速验算：按取风机最大风量2285m3/min  采用成洞断面S=30㎡验算，最大风速为2285÷30÷60=1.2m/s ；因1.2m/s＞1m/s，满足隧道内通风需求不需要局部通风机。

⑷ 竖井抽风机选择。

1抽出式风机风量应满足压入式风机风量总和即

Q抽= K（Q供1+ Q供2）=1.25×(33+974)=5453 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；

平导内风速为并按风速验算：

根据《隧道施工规范要求》规定风速在全断面开挖时不小于0.15 m/s，坑道内不小于0.25 m/s，但不大于6 m/s。

则风量应满足：

0.25×60×Sj≤Q抽≤6×60×Sj

式中： Sj～平导巷道过风断面，30m2；

② 通风负压

通风负压摩擦阻力采用下式计算：

         （Pa）

式中：α～通风阻力系数，（kg.s2/m4）；取0.005

L～巷道长度，（m）；

         q～通过巷道的风量，（m3/s）；

s～巷道净断面，（m2）；

p～巷道净周长，（m）；

h=9pa，

总通风阻力计算：h总=1.2×h=1186a。

经过计算，抽出式风机应满足风量为5453m3/min，通风阻力为1186Pa。风机型号：

FBCZ№20/160kw。其性能为：风量2200～6340m3/min，风压490～10Pa。布置示意如图:

4 射流风机选型及安装

①射流风机放置进风巷道，加快洞内压入式风机吸入空气。

射流风机所需的风量为：Q机= V×S×K  式中：V为隧道风速m/s；S隧道成型断面积m2，K为局部损失系数，取1.1。Q机=0.3×146×1.1=48.2m3/s。风机型号选择SSF№12.5/55KW,其基本参数为：风量53.2m3/s，风速32.2m/s，推力2450N，功率55KW。

②射流风机安装，射流通风机架用16号工字钢焊接，高度2米，放置于隧道侧边，先将通风机架与预埋钢板焊接牢固后，再将通风机安装在机架上面。为了防止通风机和配电柜发生意外，在风机和配电柜上方搭护栏。风机间距500米。

四、轨道布置

采用有轨运输兼顾无轨运输的方式布置轨道：钢轨采用P43轨，碎石道床，轨枕采取埋入式，既有助于掘进（钻眼、装运）、支护（拌、运、锚、网喷）、衬砌（拌、运、灌、捣）等三条机械化作业线的实现，又不影响车辆进出。

1轨道布置

正洞轨道平面布置按双线制，通过衬砌台车设一组站线，到发线有效长度为37.5m，道岔为六号道岔。洞内临近开挖面的门架台车用最外侧两根钢轨，在距掌子面20～30m处铺设对称式浮放道岔，让空车驶入装碴线，装满后进入重车线驶出洞外。洞内和洞外运碴列车可以按重载先行、空车进入站线避让行驶。

轨枕采用方木与槽钢交替铺设方式，按1440根/km布置。方木断面16×16；槽钢使用[16型。轨枕的长度有两种。一般地段轨枕长1500 mm，便于抽换整修。但道岔区段以及停放门架台车路段，轨枕长3400mm 。 

单开道岔选用6＃道岔，定型道岔图号BS93-331-943-04。渡线道岔选用9#，型号ZDX943-6-3022。

平导采用双线轨道运输。矿车装运卸1循需耗时72min，120min时间只能完成1循环。选用与正洞相同梭矿车，容量20m3，出碴量101.22 m3需5列矿车组。

正洞出碴、进料车多，为保证运输能力及各工序的正常施工，除了扳道及调度和通讯措施外，洞内道岔咽喉区的控制充分利用列车运行图进行分析，控制轨行车辆的运行。

出碴矿车运行示意如图:

        正洞出碴矿车运行图(1～4出洞,5卸碴,6、7装碴,8～10进洞)

平导出碴矿车运行图（1卸碴,2进洞,3装碴）

2运碴列车道与衬砌台车布置

衬砌台车走行轨布置在最外侧，钢轨为P43，轨道长30m。地泵停留在距衬砌台车最近的停车站线附近，轨行式运输车停靠在站线上向供应混凝土。

3行车调度方案

为使施工运输高效运作，整个车辆调配由工程总调度统一指挥进洞、出洞。洞内设专职调度员和扳道员，调度车辆运行。调度员通过有线和无线通讯设备随时和总调度联系，指挥扳道员开通运输轨道、协调各个工作面的车辆调配，把运输干扰降低到最小程度。

为了充分发挥出碴车辆的运输效率，在爆破通风排烟之后，将开挖面所需的运碴车组开进掌子面后方存车线待备，并把牵引机调到尾端，用推进方式进入开挖工作面，装满的碴车随即开往洞外卸碴会车站，牵引机车调头，由拉变推将梭矿车推至卸碴码头卸碴。

隧道施工不断向前延伸，不同施工阶段，由于运距远近变化，开辟的工作面也有所不同，为合理配置运输能力，将隧道分两个阶段：

出碴第一阶段：2#横洞口至2000m之内，正洞工作面配备6组矿车进行运碴。衬砌配备4台混凝土运输车。

出碴第二阶段：大于2000m时，正洞工作面配备10组矿车进行运碴。衬砌配备6台混凝土运输车。

4轨道的延伸与改移 

施工一段时间后，单线轨道向前逐渐延伸，错车时间加大，影响到出碴速度，所以须将单线轨道继续向前延伸。浮放道岔及渡线适时前移，后方闲置的渡线逐渐拆除。浮放道岔前移的办法是，用牵引机车将整组道岔拖移至预定位置，重新固定，调整到正常使用要求。 

5充电设计

A充电房设计

龙门吊的选择：充电房的主要功能是为电瓶车蓄电池充电，只需

要考虑电瓶组的起吊重量5t，加安全系数采用8t的龙门吊即可。

充电台座数量：按照所有电瓶箱数量综合考虑设计，可先设置10个台座，施工过程中根据实际使用数量增设台座。

充电房轨道布置：电瓶车连续工作6h后就要充电,调换电瓶,此时又不能同出碴运输发生冲突,因而充电房轨道同弃碴线轨道并列布置，并尽量靠近洞口。

B充电机设计

充电机是给15t电瓶组充电的专用设备,额定直流电流80A,电压调压范围0～290V。实际使用充电电流调在60A左右,每组电瓶的充电时间为10～15h。

配套设备、材料选配依据：15T直流牵引电机车运行依靠128只额定电压为2V的牵引式蓄电池串联而成后，带动直流电机进行运转。也就是说日常运行材料是蓄电池。选配好电瓶车和矿车以后，可以根据运距对蓄电池进行配置。

机车与蓄电池配置比例确定：一般一组性能良好的蓄电池可以保证机车运行10～14个小时，而放电完毕后的蓄电池正常充电一次需要14～16小时，也就是说一组运行终了，正好有一组充电终了且冷却到规定温度可以投入使用。照这样计算那么一台电机车需要配置2组蓄电池才能满足机车不间断运行。而在实际使用中在运距不超过3000m的情况下蓄电池可以增加使用时间，因为在短距离内机车长时间大电流放电时间短，蓄电池容量下降慢所以可以较长时间运行。所以蓄电池配置为：运距﹤3000m时，电机车：蓄电池=1：1.5。由于高坡2#横洞最大运距约为3.4km，可适当增大。

二〇一四年三月六日

附表1：  

高坡隧道2#横洞正洞主要设备配置表

高坡隧道2#横洞平导主要设备配置表