井巷设计经典设计.docx
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井巷设计经典设计
课程设计报告
设计课题:
某煤矿运输大巷断面设计及施工组织
专业班级:
10级采矿工程
（2）班
学生姓名:
李栋2010171217
指导教师:
张建华
设计时间:
2012.12.17—2012.12.22
呼伦贝尔学院工程技术学院
呼伦贝尔学院工程技术学院
井巷工程课程设计任务书
姓名
李栋
专业
采矿工程
班级
10采矿2班
指导老师
张建华
职业
教授
专业
采矿工程
课程设计题目:
某煤矿运输大巷断面设计及施工组织
已知技术参数和设计要求:
某煤矿，井田走向长3.7km，倾向宽1~2.5km，井田面积5.8km²。
矿井开拓方式为斜井多水平开拓。
年设计能力为90万t，低瓦斯矿井，中央并列式通风，井下最大涌水量为280m3/h。
通过该矿井第一水平西翼运输大巷的流水量为150m3/h，采用ZK10—6/250架线式电机车牵引1吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定岩层，岩石坚固性系数f=3～5，需通过的风量为48m3/s，巷道内敷设一趟直径为100mm的压风管和一趟直径为50mm的水管。
设计要求见《井巷工程课程设计大纲及指导书》。
所需仪器设备：
尺子、小刀、铅笔、圆规、橡皮、电脑
成果验收形式：
说明书打印稿及电子版
参考文献[1]国家安监局.煤矿安全规程.北京：
煤炭工业出版社，2009
[2]宋宏伟.井巷工程.北京：
煤炭工业出版社，2007
[3]高尔新,杨仁树.爆破工程.徐州：
中国矿业大学出版社，1999
[4]崔云龙，简明建井工程手册（上，下），煤炭工业出版社。
1996
[5]何满潮等.中国煤矿锚杆支护理论与实践.北京：
中国计划出版社，2004
时间
安排
12月17日:
第一章第二章12月18日:
第三章12月19日:
第四章12月20日:
第五章12月21日:
第六章12月22日:
交手稿打印稿、指导教师评语
指导教师:
张建华教研室主任:
孙志文
2012年12月22日
工程技术学院井巷工程课程设计成绩评定表
专业:
采矿工程班级:
2010级2班学号:
2010171217姓名:
李栋
课程名称
某煤矿运输大巷断面设计及施工组织
设
计
任
务
与
要
求
任务：
某煤矿西翼运输大巷断面设计及施工组织
设计要求：
某煤矿，井田走向长3.7km，倾向宽1~2.5km，井田面积5.8km²。
矿井开拓方式为斜井多水平开拓。
年设计能力为90万t，低瓦斯矿井，中央并列式通风，井下最大涌水量为280m3/h。
通过该矿井第一水平西翼运输大巷的流水量为150m3/h，采用ZK10—6/250架线式电机车牵引1吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定岩层，岩石坚固性系数f=3～5，需通过的风量为48m3/s，巷道内敷设一趟直径为100mm的压风管和一趟直径为50mm的水管。
指
导
教
师
评
语
建议成绩:
指导教师:
课
程
小
组
评
定
评定成绩:
课程负责人:
2012年12月22日
前言
随着我国经济快速、稳定的增长，煤炭工业新一轮的发展时机已经到来，非煤地下工程相关的建设项目正在迅速增多。
这些都推了井巷工程相关理论和施工技术的进一步发展。
《井巷工程》课程设计是学生学习中的重要技能学习环节。
通过课程设计，巩固和加深课堂理论知识并使之与实际相结合，以培养学生运用所学知识独立解决航道施工中主要问题的能力和掌握巷道断面设计的基本方法与设计技能，并初步结合生产实际锻炼解决在生产上锁遇到的实际问题，以培养学生科学的思维方法和工程技术人员应具备的基本技能。
井巷工程断面设计是采矿工程学生的专业课程中的一个部分，旨在培养学生对巷道的空间概念的理解，以及一些具体的设计过程。
主要为巷道的断面设计，施工方案，劳动组织及循环图表，技术经济指标和安全技术措施。
可以采用的技术有光面爆破，一次成巷，液压支架。
所参考的书籍有《井巷工程》煤炭工业出版社2007.3，以及煤矿安全规程，所查找的部分数据依据《井巷工程》煤炭工业出版社2007.3。
一矿井及设计巷道概况…………………………………………………………1
二巷道断面设计…………………………………………………………………2
2.1巷道断面设计依据………………………………………………………2
2.2巷道断面设计……………………………………………………………3
三巷道施工………………………………………………………………………9
3.1施工方案的确定…………………………………………………………9
3.2凿岩爆破工作……………………………………………………………9
3.3装岩与调车………………………………………………………………12
3.4支护方法…………………………………………………………………12
四劳动组织及循环图表…………………………………………………………15
4.1劳动组织配备……………………………………………………………15
4.2施工组织，施工进度表…………………………………………………17
五技术经济指标…………………………………………………………………18
5.1各项费用…………………………………………………………………18
5.2成巷成本…………………………………………………………………19
六安全技术措施…………………………………………………………………20
6.1打眼放炮措施……………………………………………………………20
6.2支架操作工安全措施……………………………………………………20
6.3打锚杆，安装锚杆的措施………………………………………………20
6.4所有工种必须遵守的安全措施…………………………………………20
6.5凿岩应注意的问题………………………………………………………21
6.6爆破注意安全事项………………………………………………………21
6.7灾害应急措施及避灾路线………………………………………………22
致谢………………………………………………………………………………24
参考文献…………………………………………………………………………25
一矿井及设计巷道的概况
该煤矿，煤层赋存稳定，属于低瓦斯矿井，煤炭属于不易自燃煤质，井下最大涌水量为280m3/h，运输大巷流水量为150m3/h。
矿井开拓方式为单斜水平开拓。
该巷道为水平主要运输大巷，服务年限较长，一般为20年。
井田走向长2.7km，倾向宽1～2.5km，井田面积5.8km2，年生产能力为90万t，中央并列式通风，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f=3～5。
选用P-30B耙斗装载机，日进尺为1.7m，采用ZK10-6/250架线式电机车牵引1t矿车运输，需要通过的风量为48m3/s。
巷道内敷设一直径为100mm的压风管和一直径为50mm的水管。
二巷道断面设计
巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响煤巷生产的安全和经济效益。
巷道断面设计的原则是在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，以取得最佳的经济效果。
2.1巷道断面的设计依据
（1）巷道层位的地质资料。
（2）巷道的服务年限、用途及通风、排水、防火、卫生等方面的要求。
（3）运输设备类型、规格尺寸及其他巷道的关系。
（4）巷道内的装备、管道和电缆的规格尺寸、数量及架设检修要求。
（5）其他巷道、硐室对巷道的位置要求。
（6）支护材料供应的情况、施工技术及其装备。
2.1.1巷道的名称和用途
名称：
主要水平运输大巷。
用途：
运人，进风，排水，敷设电缆，瓦斯监控探头，井下通讯。
2.1.2通过巷道的运输设备类型及特征
运输设备：
ZK10－6/250架线式电机车，1吨矿车。
特征：
ZK10－6/250的电机车宽=1060mm,高=1550mm，轨距选用600mm，1吨矿车宽=880mm，高=1150mm。
2.1.3通过巷道的管线敷设情况，风量大小及排水量大小。
巷道内敷设一趟直径为100mm的压风管和一趟直径为50mm水管，通过巷道的风量为48m3/s,通过第一水平东翼运输大巷的流水量为150m3/s。
2.1.4对巷道坡度的要求
根据巷道的运输，排水等因素，采用水沟坡度为3‰。
2.1.5其他要求
通风：
中央分列式。
开拓方式：
斜井单斜水平开拓。
2.2巷道断面设计
2.2.1选择巷道断面形状、支护类型、支护参数
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质、作用在巷道上的地压大小和方向、巷道的用途及服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素，也可以参考临近矿井同类巷道饿断面形状及维护情况等。
年产90万吨矿井的主要水平运输大巷，一般20年以上，采用600mm轨距双轨运输大巷，岩石坚固性系数f=3～5,穿过中等稳定岩层，故选用等强树脂锚杆，挂金属网与喷射混凝土联合支护，采用半圆拱形断面。
2.2.2确定断面尺寸
1）确定巷道净宽度B
查表知ZK10—6/250电机车宽A1=1060㎜，高h=1550㎜；1吨矿车宽880㎜，高1150㎜。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=900㎜，非人行道一侧宽a=400m.又查表得知本巷双轨中心线b=1300㎜，两电机车之间的距离为：
1300-（1060/2+1060/2）=240㎜﹥200mm
故巷道净宽度B=a1+b+c1=（400+1060/2）+1300+（1060/2+900）=3660㎜。
2）确定巷道拱高h0
半圆拱巷道拱高h0=B/2=3660/2=1830㎜，半圆拱半径R=h0=1830㎜
确定巷道壁高h3
（1）按架线电机车导电弓子要求确定h3，由查表得半圆拱巷道壁高公式得
h3>=h4+hc-（R-n）2-（k+b1）2
式中h4—轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》h4=2000mm,
hc－道床总高度，查表选30kg/m的钢轨，得h=410mm,道碴高度hC=220mm;
k－导电弓子宽度之半，k=718/2=359,取k=360;
n－导电弓子距拱璧安全间距，取n=300mm;
b1－轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2-a1=3600/2-930=870mm
故h3>=2000+410-（1710-300）2-（360+870）2=1720mm
（2）按管道装设要求确定h3
式中h5—道砟面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm
h7—管子悬吊件总高度，取h7=900mm;
m—导电弓子距管子间距，取m=300mm;
D—压气管法兰盘直径，D=335mm;
b2—轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-c1=3660/2-1370=370mm;
故h3>=1800mm+900mm+220mm-17102-（360+300+335/2+370）2=1218mm
（3）按人行高度要求确定h3
式中j为距巷道壁的距离。
距墙壁j处的巷道有效高度不小于1800mm.j≥100mm,一般取j=200mm.
故h3>=1800mm+220mm-18002-（1800-200）2mm=1600mm
综上计算，并考虑一定余量，确定本巷道壁高为h3=1820mm,则巷道高度H=h3-hb+h0=1820mm-220mm+1800mm=3400mm
2.2.3确定巷道断面尺寸，掘进断面及风量校核。
1）断面尺寸：
由表得净断面面积S=B（0.39B+h2）
式中h2—道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb=1820-220=1600mm,
故S=3660（0.39×3660+1600）mm2=11080284mm2≈11.1m2
净周长P=2.57B+2h2=2.57×3660+2×1600=126062mm≈12.6m
2）掘进断面
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3660+2×100=3860㎜
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=3860+2×75=4010㎜
巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720㎜
巷道计算掘进高度H2=H1+δ=3720+75=3795㎜
巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39*B1+h3）=3860×（0.39×3860+1820）=12836044㎜2，取S1=12.84㎡
巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39*B2+h3）=4010（0.39×4010+1820）=13767975m㎡，取S2=13.77㎡
3）用风速校核巷道净断面积
查表得知Vmax=8m/s,已知通过大巷风量Q=48m3/s,代入下式得
V/S=48/11.1=4.33m/s<8m/s
设计的大巷净断面面积，风速没有超过规定，可以使用。
4）支护参数
确定选用锚固可靠，锚固力大的树脂杆体，杆体直径为18mm,每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚杆预紧力≥40kN，锚固力≥80kN.锚杆长度2.0m，其间排距0.8m*0.8m,托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板，喷射混凝土层厚T1=100mm,分两次喷射，每次各喷50mm厚，故支护厚度T=T1=100mm。
2.2.4道床参数、水沟布置和管线敷设
1）道床参数根据巷道通过的运输设备，选用30kg/m的钢轨，道床参数hc,hb分别是410mm和220mm，道碴面至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190mm，采用钢筋混凝土轨枕。
2）水沟布置
已知通过本巷道的水量为150m3/h，采用水沟坡度为0.3%0，查表得：
水沟深400㎜、水沟宽400㎜，水沟净断面面积0.16㎡；水沟掘进断面面积0.203㎡，每米水沟盖板用钢筋1.663kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。
3）管线敷设
管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方。
2.2.5巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表
查表得计算公式：
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2×1=13.77×1=13.77m3；
每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2×（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）=0.035m2
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=[1.57（B2-T）T1+2h×3T]×1
=[1.57（4.01-0.10）0.10+2×1.82×0.10]×1=0.984m3；
每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T×1=0.2×0.1×1=0.02m3；
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）V=V2+V4=0.984+0.02=1.004m3；
每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）
式中，P1为计算锚杆消耗周长，P1=1.57B2+2h3=1.57×4.01+2×1.82=9.9985m；a、a’锚杆间距、排距a=a’=0.8m。
故N=（9.9985-0.5*0.8）/0.64=14.9976根，取N=15根
折合重量=15×[2×3.14×{0.018/2}2×7850]=59.90kg
式中L—锚杆长度，L=2.0m;
d—锚杆直径,d=18mm;
p—锚杆材料密度，p=7850kg/m3
由于每根锚杆安装2个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗：
M=2×N=2×15=30支
每排锚杆树为:
N×0.8=15×0.8=12根，
每排树脂卷数：
M×0.8=30×0.8=24支，
每米巷道粉刷面积：
Sn=1.57B3+2h2,
式中B3—计算净宽，B3=B2-2T=4.01-2×0.1=3.81m
故Sn=1.57×3.85+2×1.60=9.25m2.
表2.1断面特征表
围岩类别
断面/m2
设计掘进尺寸/mm
喷射厚度/mm
锚杆/mm
净周长/m
净
设计掘进
宽
高
型式
排列方式
间排距
锚杆长
直径
三
11.1
12.84
3860
3720
100
等强树脂锚杆
方形
800
2000
18
12.6
表2.2每米巷道材料消耗量表
围岩类型
计算掘进工程量/m3
锚杆数量/根
材料消耗
粉刷面积/m2
巷道
墙角
喷射材料/m3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷/个
三
13.77
0.04
15
1.004
59.9
30
9.25
2.2.6绘制巷道断面施工图
三巷道施工
3.1施工方案的确定
掘砌作业方式：
岩巷掘进仍主要采用钻眼爆破方法破岩，而在今后相当长的时期内仍然是煤矿岩巷主要的掘进方式。
成巷速度每天掘进一般为1.7米左右。
3.2凿岩爆破工作
对钻眼爆破工作的要求
（1）爆破后所形成的巷道断面、方向与坡度应符合设计要求和《井巷工程施工及验收规范》的要求。
（2）爆破岩石的块度应有利于提高装岩生产率，有时还要求岩石堆积形状便于组织岩装运和钻眼的平行作业。
（3）对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道的维护。
（4）爆破单位体积岩石所需炸药和雷管消耗量要低，钻眼工作量要小，炮眼利用率要达到85℅以上。
（5）符合安全施工要求。
3.2.1凿岩设备和爆破器材的选择
凿岩设备选用气褪式风动凿岩机YT-23型，质量为24kg，气缸直径为76mm，冲击频率为2100次/min，使用风压为0.5MPa。
爆破器材选用乳化炸药，起爆器材选用矿用8号电雷管，起爆电源选用防爆型电容式发爆器。
3.2.2爆破参数的确定
可以根据公式N=qSmη/aP
式中N—炮眼数目
q—单位炸药消耗量，kg/m3
S—巷道掘进断面积，m2
m—每个药卷长度，m
η—炮眼利用系数
a—装药长度系数
P—每个药卷的质量
故得N=63
3.2.3凿岩爆破作业
凿岩作业：
打眼工应熟悉设备性能和使用方法，掌握作业规程，炮眼布置，爆破说明书及支护等有关规定，经过严格培训，合格后方可上岗。
爆破作业：
巷道施工采用光面爆破技术，使用8号电雷管，共36.45kg，毫秒电雷管66个，全断面一次爆破。
掏槽方式采用碶形陶槽，掏槽眼为8个。
表3.1爆破原始条件
序号
名称
单位
备注
1
掘进断面
m2
12.84
2
岩石普式系数
3-5
3
工作面瓦斯情况
%
低瓦斯
4
工作面涌水情况
m3/h
150
5
炸药雷管的类型
8号电雷管
表3.2预期爆破效果
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
85
每米巷道炸药消耗量
Kg/m
21.44
每循环工作面进尺
M
1.7
每循环炮眼总长度
m/循环
131.65
每循环爆破实体岩石
m3
26.52
每立方米岩石岩石雷管消耗
个/m3
2.49
炸药消耗量
Kg/m3
1.35
每米巷道雷管消耗量
个/m
38.8
表3.3装药量及起爆顺序
眼号
炮眼名称
眼数
炮眼深度
角度
装药量
起爆顺序
联线方式
垂深
斜长
卷/眼
小计/卷
1-8
掏槽眼
8
2.10
2.20
75
5
40
1
串联
9-15
辅助掏槽
7
2.00
2.15
77
5
35
2
16-24
辅助眼
9
2.00
90
4
84
3
25-36
辅助眼
12
4
37-54
周边眼
18
90
2
36
5
55-60
底眼
6
5
30
61
水沟眼
1
5
5
62-63
破碎眼
2
1.00
1
2
2
合计
共63个炮眼，总长126.65m
合计243卷重36.45kg
3.2.4炮眼布置图
3.3装岩与调车
3.3.1装岩机械的选择及主要技术特征
装岩机的选择主要应考虑巷道断面的大小，装岩机的装载宽度和生产率，适应性和可靠性，操作、制造和维护的难易程度，装载机与其他设备的配套，装载机造价和效率等因素。
耙斗装载机是一种结构简单的装岩设备，动力为电动，行走方式为轨轮，它不仅适合用于水平巷道装岩，也可以用于倾斜巷道和弯道装岩，尤其适用于净高大于2m，净断面5m2以上的巷道。
耙斗装载机结构简单、维修量小、操作容易、铺轨简单、装岩生产率高。
主要技术特征：
装岩机型号P-30B型号的耙斗装岩机,铲斗容积为0.3m3,长度6600mm,宽度2045mm,高度1650mm,行走机构是轨轮，轨距是600mm,动力来自电动，设备总功率17kw,质量为4500kg。
3.3.2生产能力的计算
P-30B耙斗装载机生产能力为35～50m3/h。
3.3.3调车方法（绘制调车示意图）
图3.1固定错车场调车
3.4支护方法
3.4.1估算巷道地压
根据岩石坚固性系数公式f=Rc/10,估算巷道地压大小，岩石坚固性系数为3～5，大概得到巷道的地压为30～50Mpa。
3.4.2临时支架结构，永久支架型式的选择
图3-3临时支架结构选择金属支架中的拱形可缩性金属支架
3.4.3材料消耗量计算
每米巷道材料消耗量表
围岩类型
计算掘进工程量/m3
锚杆数量/根
材料消耗
粉刷面积/m2
巷道
墙角
喷射材料/m3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷/个
三
13.77
0.035
15
1.004
59.9
30
9.25
3.4.4施工方法
采用一次成巷的施工方法。
掘砌方法用全断面一次掘进法。
3.4.5质量检查标准
支护质量检测包括锚杆拉紧力检测，锚杆预紧力检测。
一般情况下，锚杆安装方向与巷道轴线垂直，可用锚杆轴线与水平的夹角表示锚杆安装角度。
锚杆组件测点应从以一排托板为一组检测。
组合构件与铺网安装质量检测应符合以下要求：
采用现场观测方法检测，组合构件与金属网应紧贴巷道表面，尺量网片搭接长度及连网点距离，应符合设计要求，网间要求连接牢固。
3.4.6绘制巷道断面施工图
四劳动组织及循环图表
4.1劳动组织配备
4.1.1作业方式
采用正规循环作业，多工序平行交叉作业，“四六”工作制（即每班分为4个工作班，每班工作6小时）。
4.1.2确定循环方式和循环进尺
一日一个循环的循环方式。
炮眼平均深度为2m，炮眼用率为85%,循环进度为1.7m
4.1.3计算循环时间
一次循环作业所需的时间是掘进各连锁工序时间的总和，可用下式表示：
T=T1+T2+T3+T4+T5+T6
式中：
T1—安全检查及准备工作时间，也就是交接班时间，一般约为20min。
T2—装岩时间，T2=60SLηk/np
式中：
S—巷道掘进断面积，m2；为14.36m2
L—炮眼平均深度，m；为2m
η—炮眼利用率，0.85；
k—爆破后的岩石松散系数,取1.5
n—同时工作的装载机台数；一台装载机
P—装载机实际生产率，m3/h；35～50，取40
故T2=54.93min
T3—钻眼时间,T3=NLΦ/mv
N—工作面炮眼总数，个；
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