完整版《井巷设计与施工》课程设计Word文件下载.docx
《完整版《井巷设计与施工》课程设计Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《完整版《井巷设计与施工》课程设计Word文件下载.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
h3:
拱形巷道的墙高
hb:
巷道内道碴高度
由于采用半圆拱巷道断面,因此拱高h0为巷道净宽度的一半,即2.4m。
根据课本P10表1-6,取道碴高度hb0.2m,道床总高度hc取0.36m,道碴面至轨道面垂高ha为0.16m。
拱形巷道的墙高h3的确定:
(根据课文P6表1-2)
(1)按架线电机车导电弓子要求计算:
h3≥h4+hc-[(R-n)2-(K+b1)2]?
h4:
从轨面起电机车架线高度,取2.0m;
hc:
道床总高度,为360mm;
R:
拱形巷道半径,为2.4m;
n:
电机车导电弓子顶端两切线的交点处与巷道拱壁间最小安全间隙,取300mm;
K:
导电弓宽度的一半,取K=360mm;
b1:
轨道中心线与巷道中心线间距,为?
(t+A),即0.9m;
计算得拱形巷道的墙高h3≥0.68m。
(2)按管道的装设高度要求计算(双轨电机车):
h3≥h5+h7+hb-[R2-(A/2+m1+D/2+b1)2]?
h5:
从道碴面起至管道悬吊高度,为200mm;
h7:
管道悬吊件总高,取900m;
m1:
电机车距管道间安全间距,取300mm;
D:
管道接头处最大直径200mm;
计算得拱形巷道的墙高h3≥1.94m
拱形巷道的墙高由上述计算方法中最大值决定,即1.94m,取h3=2.0m。
3、巷道净断面积
半圆拱巷道净断面积S=B(0.39B+h3-hb),经计算得净断面积为17.7m2。
(五)巷道的风速验算
根据《煤巷安全规程》,查课本P8表1-3可知,电机车巷道允许风速为,最高8m/s,最低1m/s。
但是,为使矿井增产留有余地和经济风速的要求,一般不选用表1-3中所列的最高风速。
同时,《煤炭工业设计规程》规定,矿井主要进风巷的风速一般不应大于6m/s。
风速计算公式:
v=Q/S
Q:
根据设计要求通过该巷道的风量,为38m3/s;
S:
巷道的净断面积,为16.0m2;
计算得风速为2.375m/s,符合安全规程规定。
(六)支护参数
岩石平巷服务年限较长,因此可采用锚喷支护,它具有施工速度快、机械化程度高和成本低等优点。
根据围岩松动圈理论,松动圈为400mm~1000mm的为较稳定围岩,松动圈为1000mm~1500mm的为一般稳定围岩。
因围岩稳定系数f为4~6,因此可取围岩松动圈厚度为1000mm。
锚杆长度可按组合拱理论计算,公式如下:
式中l——锚杆的有效长度,m;
b——组合共厚度,即1000mm;
α——锚杆在松散体中的控制角,取45°
;
a——锚杆的间排距,取a=800mm,
计算得,锚杆有效长度为1.8m。
本巷道采用锚喷支护,巷道净宽B为4.8m,穿过中等稳定围岩,服务年限长,因此,选用锚固可靠、锚固力大的螺纹钢树脂锚杆,每根锚杆安装2个药卷,锚杆长2000mm,杆体为Φ18mm螺纹钢,取混凝土喷射厚度T1为100mm,锚杆锚深l为1800mm,矩形布置,锚杆间排距均为800mm,加托板固定,锚杆外露岩面长度T2为100mm,锚喷厚度T为100mm。
(七)水沟参数
水沟布置在人行道一侧,并加设盖板。
水沟盖板顶面与道碴面平齐,水沟底板掘进标高比巷道壁基础标高高出70mm。
水沟纵向坡度与巷道坡度相同,即4‰其中巷道横向水沟一侧坡度为2‰,并在水沟侧面壁上每隔一定距离开设Φ50mm泄水孔。
水沟断面为矩形断面,采用现浇混凝土进行支护。
岩石平巷最大涌水量为300m3/h,根据课本P11表1-7可知,水沟净尺寸如下:
宽500mm,深450mm,净断面面积为0.225m2,掘进断面面积为0.272m2。
每米材料消耗量如下:
盖板钢筋为2.036kg/m,盖板混凝土0.0323m3/m,水沟混凝土为0.152m3/m。
(八)巷道掘进断面尺寸
根据课本P12表1-8常用拱形巷道断面计算公式(锚喷支护)。
巷道设计掘进高H1=H+hb+T=1.6+0.2+T=1.9m;
巷道计算掘进高H2=H1+δ,δ为计算掘进断面允许加宽值,取75mm,所以巷道计算掘进高H2=1.975m;
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4.8+0.2=5.0m;
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=5.0+0.15=5.15m;
巷道设计掘进断面积S1=B1(0.39B1+h3)=19.75m2;
巷道计算掘进断面积S2=B2(0.39B2+h3)=20.65m2;
(九)巷道断面特征表
围岩类别
断面/m2
设计掘进尺寸/mm
喷射
厚度T
/mm
锚杆
净周长/m
净
设计
掘进
宽B1
高H1
形式
外露长度T2
排列方式
间排距/mm
锚深/mm
直径/mm
Ⅲ
17.7
19.75
5.0
1.9
100
螺纹钢
树脂锚杆
矩形
800
1700
18
15.94
(十)每米巷道工程量及材料消耗量
(1)拱和墙掘进体积V1=S1×
1=20.65m3;
(2)墙脚掘进体积V2=0.2(T+δ)×
l=0.2×
(0.1+0.075)=0.04m3;
(3)巷道喷射材料消耗量V0=[1.57(B2-T1)T1+2h3·
T1]×
l=1.20m3;
(4)墙脚喷射材料消耗V0’=0.2T1=0.02m3;
(5)每米喷射材料消耗V3=V0+V0’=1.22m3;
(6)锚杆数量N=(P1-0.5M)/M2,其中P1为计算锚杆消耗周长,P1公式为P1=1.57B2+2h3=12.09m,计算得N=18.27根;
(7)钢筋重量N*[l*π(d/2)2*ρ]=65.70kg
式中l——锚杆长度,l=1.8m
d——锚杆直径,d=18mm
ρ——锚杆材料密度,ρ=7850kg/m3
(8)树脂药卷消耗量N′=2*N=36.54支;
(9)粉刷面积Sn=1.57(B2-2T)+2h2=13.8m2;
围岩
类型
计算掘进
工程量/m3
数量
/根
托板数量
/个
材料消耗/mm
粉刷面积
/㎡
巷道
墙脚
喷射材料/m3
钢筋/kg
树脂药卷/支
20.65
0.04
18.27
1.22
65.70
36.54
13.8
二、巷道施工技术措施
(一)钻眼爆破工作
1、选择钻眼机具
采用平巷掘进凿岩法,为达到月进度240m,可采用气腿式凿岩机,钻眼时可在同一工作面布置多台气腿式凿岩机同时钻眼,钻眼与装岩平行作业,机动性强,辅助工时短,便于组织快速施工。
根据课本《井巷设计与施工技术》P298可选用型号为YT-26的气腿式凿岩机,其主要性能如下:
项目
单位
YT-26气腿式凿岩机
阀型
——
控制阀
机重
kg
26
气缸直径
mm
75
活塞行程
70
冲击功
J
>
扭矩
N/m
15
冲击频率
次/min
2050
耗风量
m3/min
<
3.5
长度
690
凿岩速度
mm/min
290~410
气腿长度
气腿质量
整机质量
41.1
对于平巷掘进凿岩,可以选用一字型钎头,它具有冲击力集中、凿入深度大、凿速较高、制造和修磨工艺简单等优点。
此外,它价格便宜,配套的锥形钎、凿岩机便宜,便于携带。
可采用型号为直径为38mm的E(YK20)一字型钎头。
凿岩机台数可根据巷道宽度来确定,每0.7m宽配备一台。
巷道计算掘进宽度为5.15m,所以可配备7台气腿式凿岩机同时作业。
2、爆破器材
2.1炸药的选择
选用2号抗水岩石铵梯炸药,配合使用8号Ⅴ段毫秒电雷管。
组分和性能
单位
2号抗水岩石铵梯炸药
硝酸铵
%
85±
1.5
梯恩梯
11±
0.5
木粉
3.2±
沥青
0.4±
0.1
石蜡
WN2O
≤0.3
密度
g/cm3
0.95~1.10
猛度
≥12
做功能力
mL
≥298
殉爆距离
cm
≥5
爆速
m/s
≥3200
2.2药卷规格
项目
数值
17
直径
32
重量
0.15
2.3放炮器
选用型号为MFB-80A的电容式发爆器,其技术特征表如下:
发爆器
引发能力
发
80
峰值电压
V
950
主电容量
μF
40*2
输出冲能
A2·
ms
27
供电时间
4-6
最大外阻
Ω
260
3、编制巷道掘进爆破图表
3.1炮眼深度的确定
由于使用钻速较高的气腿式凿岩机,采用锚喷法支护,在同一时间内可以完成更多的工作,钻速眼深的关系曲线在2m变化范围内变化不大,因此采用中深孔爆破更为合适。
以月进尺任务和凿岩、装岩设备的能力确定每一循环的炮眼深度,即:
l——炮眼深度,m;
L——计划月进度,L=240m;
N——每月实际用于掘进的天数,N=30天;
k——正规循环率,取k=0.9;
n——每日完成掘进循环数,取n=3;
η——炮眼利用率,取η=0.85;
l=240÷
(30×
0.9×
3×
0.95)=3.5m
3.2炮眼数目和总炸药量
单位炸药消耗量可根据课本P20中表1-11确定,岩石普氏系数为4-6,设计掘进断面积为19.75,由此查得,单位炸药消耗量为1.35kg/m3.
炮眼数目可用下式进行估算:
式中N——炮眼数目;
q——单位炸药消耗量,q=1.35kg/m3;
S——巷道掘进断面积,S=19.75m2;
m——每个药卷的长度,取m=17cm=0.17m;
η——炮眼利用率,η=0.85;
a——装药满度系数,取a=0.6;
P——每个药卷的重量,P=0.15kg;
N=1.35×
19.75×
0.17×
0.85÷
(0.6×
0.15)=47.84,取N=58个。
总装药量为单位炸药消耗量与凿岩体积的乘积,即:
Q=S·
l·
q=19.75×
3.5×
1.35=93.32kg
3.3掏槽方式和工作面炮眼布置
若采用斜眼掏槽,则炮孔方向不易掌握,眼深受巷道宽度限制,不便于多台凿岩机同时作业,因此,采用直眼掏槽较为合理。
其炮眼深度不受巷道断面大小限制,适合于中深孔爆破,爆破的岩石块度均匀,岩石抛离不远。
本次设计采用菱形掏槽。
掏槽眼应尽量布置在软弱岩石中,严格保持炮眼平行、间距相等。
钻孔时钻等直径炮孔,间距为炮眼直径的4倍,岩石越坚硬,间距越小。
岩石越坚硬或炮眼越深,空眼数目应适当增加,反之亦然。
为了改善炮眼抛掷能力,掏槽眼可采用反向连续装药结构,装药长度占炮眼长度的75%。
辅助眼间距和最小抵抗线约为700mm,炮眼方向垂直于工作面,装药满度系数为0.6。
底眼爆破较为困难,有积水时容易造成盲炮,要求爆破后便于铺设临时轨道,并应将水沟同时爆出。
底眼间距控制在700mm左右,底眼眼口比巷道底板高出150mm,眼底应低于底板150mm,抛碴爆破时需将炮眼深度加深200mm左右。
底眼装药系数为0.6。
在辅助眼爆破后需进行光面爆破,以保证巷道成型规整,减少掘进超挖量,从而使围岩受爆破震动小,增加围岩自身承载能力,有利于锚喷支护,较少出现危石,有利于安全作业。
光面爆破应达到三条标准:
岩石上留下具有眼痕的周边眼数不小于其总数的50%;
超挖尺寸不大于150mm,欠挖不得超过质量标准规定;
岩石上不应有明显的炮震裂隙。
布置周边眼时需合理选择最小抵抗线和间距,两者之间存在着以下关系:
m——炮眼密集系数;
E——周边眼间距,取550mm,在巷道交岔点或曲线部分可适当减小;
W——最小抵抗线;
由于选用的是2号岩石硝铵炸药,硬度系数为4~6的岩石中每米炮眼装药量为200~300g/m,药卷采用直径为25mm的细药卷,采用不耦合装药法。
对于辅助眼和掏槽眼采用反向连续装药,对于周边眼和底眼采用空气间隔装药。
联线方式为串联,雷管要求是同种类、同工厂、同期出厂,并要求康铜桥丝雷管,其电阻差不能大于0.3Ω,镍铬桥丝雷管不得大于0.5Ω。
3.4装填结构和爆破网络
对于掏槽眼、辅助眼和底眼采用反向连续装药,结构图如下:
对于周边眼,采用空气间隔分节装药,其结构图如下:
在每个孔的孔底布置雷管,连线方式则采用串联,即在每一圈炮孔外接一个延期雷管,总共V段;
第I段起爆中心眼,第Ⅱ段起爆掏槽眼,第Ⅲ段起爆一圈辅助眼,第Ⅳ段起爆二圈辅助眼和底眼,第V段起爆周边眼。
3.5编制爆破图表
序号
名称
1
掘进断面
㎡
2
岩石普氏系数
4~6
3
工作面瓦斯情况
无瓦斯
4
工作面涌水情况
m3/h
300
5
炸药和雷管的类型
2号岩石炸药
毫秒延期雷管
眼号
炮眼
眼数
眼深
m
每个炮眼装药量
合计
装药结构
起爆顺序
联线方式
药卷
个
装填率/%
卷数个
中心眼
3.7
0.66
0.6
反向连续装药
Ⅰ
串联
2-5
掏槽眼
2.63
60
9.00
Ⅱ
6-16
辅助眼
11
12
2.10
132
19.8
17-30
二圈眼
14
168
25.2
Ⅳ
31-39
底眼
9
108
16.2
40-58
周边眼
19
6
114
17.1
空气间隔装药
Ⅴ
58
205.2
586
87.9
炮眼利用率
85
每循环工作面进尺
2.975
每循环实体岩石
m3
58.76
炸药消耗量
kg/m3
1.50
每米巷道炸药消耗量
kg/m
29.55
每循环炮眼总长度
m/循环
172.72
每立方米岩石雷管消耗量
个/m3
0.99
每米巷道雷管消耗量
个/m
22.86
3.6钻眼爆破工作组织
1.钻眼工作必须严格按照爆破图表所要求的眼位、方向、深度和角度进行,并组织好凿岩机的分区、分工作业,以保证钻眼质量和提高钻眼速度。
2.凿岩台车钻孔:
合理的安排辅助凿岩台车钻孔的设备,做到衔接紧凑,提高凿岩台车利用率,以提高巷道掘进速度。
3.掘进工作面同时使用风、水的设备较多,并且装卸、移动频繁。
为了提高钻眼工作的效率和使各种工序互不影响,必须配备专用的供风、供水设备,并且予以恰当的布置。
4.爆破结束后要通风15~20min,待烟尘被除去后,首先由检查人员进入爆破作业面进行检查,确认所有炮眼都已引爆,如发现瞎炮,要严格按照《煤矿安全规程》进行处理。
脚线未坏时可以重新联线放炮,或在距炮眼至少0.3m处另打与瞎炮平行的炮眼重新装药放炮。
严禁用镐刨,抑或从炮眼中取出原放置的引药或从引药中拉出雷管。
上述检查工作完成后,即可开始装岩、转运和支护作业。
(二)巷道掘进的通风工作1、确定通风方式压入式通风,具有冲散和排除工作面炮烟及沼气速度快,并且可以采用软而轻质的风筒等优点。
而抽出式通风与压入式比较,其优缺点正好想反,并且一般轻型轴流式通风机不能通过有沼气地气体。
因此,采用压入式通风方式较为合理。
但是采用压入式通风时,工作面后部空气污染较严重,因此较长的独头巷道不宜采用,而应该采用抽出式或者混合式。
2、局散和风筒的选择
2.1局扇的选择
局扇的选择要根据实际通风距离和掘进工作面所需有效风量来确定。
在实际生产中,通常不进行局扇的选择计算,而是根据经验选取局部扇风机。
由课本《矿井通风与空气调节》P162表8-10得到掘进工作面局部扇风机与风筒配套使用的经验数据:
通风距离
/m
有效风量
/m3·
min-1
选用风筒
选用局部通风机
BKJ型
JBT型
功率/kW
台数
200
60~70
385
BKJ60-No4
JBT-4141
JBT-42
120
460~485
BKJ60-No5
JBT-51
5.5
300~500
JBT-52
600
500~1000
1000
1500
250
28
2000
500
2.2风筒的选择
对于抽出式通风,需采用刚性风筒,或带刚性的柔性风筒。
而对于压入式通风,则可采用柔性风筒,或者是带刚性的柔性风筒,它轻便、可伸缩、折装运搬方便。
各类风筒规格数据如下:
本次设计,给压风机配套选用胶布风筒(含胶30%),抽风机配套选用带有刚性骨架的可伸缩性风筒。
这种风筒是在柔性风筒内每隔一段距离,加钢丝圈或螺旋形钢丝圈。
通风距离在200m以内选用直径为400mm的风筒;
通风距离为200~600的选用直径500mm的风筒;
通风距离在500~1000m选用直径600~800mm的风筒;
通风距离在1000m以上选用直径为800~1000mm的风筒。
3、通风设备的布置
3.1压入式通风
布置要求:
局部通风机安装在进风巷道中,距回风口不小于10m,并安装在专用台架上,离轨面高度不小于0.3m,必须明确专人管理局部通风机,保证其正常运转。
要使用低噪音局部通风机或加装消音器;
大断面长距离掘进巷道通风要装备对旋式式局部通风机;
要采用阻燃、抗静电风筒,其出风口至掘进工作的距离,煤与煤岩巷道应小于5m;
岩巷应小于10m。
适用条件:
无瓦斯岩巷的掘进通风方式可采用压入式也可以采用混合式;
煤巷、煤岩巷及有瓦斯涌出巷道的掘进通风方式都应采用压入式。
3.2抽出式通风
局部通风机应安装在回风巷道中,距回风口的距离不小于10m,应使用刚性风筒,吸风口至掘进工作面的距离距煤岩巷道应不小于5m,巷道应不小于10m。
不能用于有瓦斯的岩巷掘进;
煤巷掘进时尽量采用双巷掘进。
3.3混合式通风
压入式局部通风与抽出式局部通风的风筒的及入口的距离必须大于10m。
无瓦斯的岩巷掘进;
瓦斯涌出量较大区域或煤与瓦斯(二氧化碳)突出煤层,掘进通风方式均不得采用混合式。
4、通风管理工作
独头长距离通风的关键是最大限度地保持风筒平、直、稳,减少漏风和降低阻力,并保证风机的正常运转。
一般应做到以下几点:
(1)阻止和减少漏风。
方法主要有减少接头,改进接头形式,消除针眼漏风,发现破口应