井巷工程课程设计主要运输大巷施工.docx
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井巷工程课程设计主要运输大巷施工
一、巷道断面及支护支架
1.1选择巷道断面形状
1.2巷道断面尺寸的确定
1.3风速校核巷道净断面积
1.4确定支架规格
1.5巷道水沟尺寸选择及管线布置
1.6确定巷道掘进断面积
1.7绘制巷道断面施工图
二、巷道施工方法
2.1施工方法的选择
2.2施工程序
三、巷道掘进通风
3.1确定通风方式
3.2掘进通风设备选择
四、装岩与调车
4.1装岩工作
4.2吊车工作
五、巷道支护
5.1确定永久支护材料、结构形式、规格和质量的要求
5.2永久支架架设方法及施工组织措施
5.3计算永久支护每米巷道材料消耗
六、掘进期间辅助工作
6.1临时支架工序的时间安排和安全措施
6.2轨道及管路（压风管、水管、风筒）接长的时间安排
6.3简述压气供应和工作面排水方式
七、绝境循环图表的编制
7.1选择合理的施工作业方式和循环方式
7.2确定循环进尺
7.3确定各工序和循环时间
7.4编制循环图表及综合工作队组成、人员配备
八、巷道掘进
8.1主要技术指标
8.2主要经济指标
一、巷道断面及支护支架
1.1选择巷道断面形状
年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用900mm规矩的双轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。
1.2巷道断面尺寸的确定
（一）确定巷道净宽度B
查表3-2可知ZK10--6/550电机车A1=1060mm、高h=1550mm；1.5t矿车宽1150mm高1150mm。
根据《煤矿安全规程》，取巷道人行侧道宽c=840mm，非人行道一侧宽a=400mm。
又查表3-3，知本巷双轨中线距离b=1400mm，则两电机车之间的距离为
1400-（1060/2+1060/2）=340mm
故巷道净宽度B=a1+b+c1=（400+1060/2）+1400+（1060/2+840）=3700mm.
（二）确定巷道拱高h0
半圆拱形巷道拱高h0=B/2=3700/2=1850mm.半圆拱半径R=h0=1850mm.
（三）确定巷道壁高h3
1．按架线电机车导电弓子要求确定h3
由表3-6中半圆形巷道拱高公式得
h3≥h4+hc-
式中，h4为轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；hc为道床总高度。
查表3-5选30kg/m钢轨，hc=410mm,道渣高度hb=220mm；n为导电弓子距拱璧安全距离，取n=300mm；K为导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm；b1为轨道中线与巷道中线的距离，b1=B/2-a1=3700/2-930=920mm.
故h3≥2000+360-
=1486mm
2．按管道装设要求确定h3
h3≥h5+h7+hb-
式中，h5为渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm；h7为管子悬吊件总高度，取h7=900mm；m为导电弓子距管子间距，取m=300mm；D为压气管法兰盘直径，D=335mm；为轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-C1=3700/2-1370=480mm.
故h3≥1800+900+220-
=1611mm
3．按人行道高度要求确定h3
h3≥1800+hb-
式中，j为距巷道壁的距离。
距壁j处的巷道有效壁高不小于1800mm.j≥100mm,一般取j=200mm。
h3≥1800+220-
=1183mm
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高h3=1650。
则巷道高度H=h0+h3–hb=1650-200+1850=3300mm。
（四）确定巷道净断面面积S和净周长P
由表3-8得净断面积
S=B（0.39B+h2）
式中，h2为道渣面以上巷道的壁高，h2=h3-hb=1650-200=1450mm
故S=3700*（0.39*3700+1450）=10704100mm2=10.7m2
净周长P=2.57B+2h2=2.57*3700+2*1450=12409mm=12.4m.
（五）道床参数的选择
根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为360mm,200mm,道渣面至轨面高度ha=hc-hb=360-200=160mm.采用钢筋混凝土轨枕。
1.3风速校核巷道净断面积
由式3-6校核巷道净断面面积值
查表3-9，知Vmax=8m/s已知通过大巷风量Q=48m3/s，代入下式
V=Q/S=48/10.7=4.49≤8m/s
设计的大巷断面面积，风速每超过限定，可以使用。
1.4确定支架规格
年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护。
1.5巷道水沟尺寸选择及管线布置
已知通过本巷道的水量为300m3/h,现采用水沟坡度0.4%，查表3-11得：
水沟深450mm、水沟上下宽均为500mm,水沟净断面积0.225m2,水沟掘进断面面积
0.272m2,每米水沟盖板用钢筋2.036kg，混凝土0.0323m3水沟用混凝土0.152m3.
管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道侧，通信电缆挂在管子上方，管子悬挂高度为2.0m，通信电缆与管子之间相距0.3m；电力电缆悬挂高度为2.2m，同压电缆相距50mm，高低压电缆之间相距100mm。
如附件图（巷道断面设计.CAD）所示：
1.6确定巷道掘进断面积
（一）选择支护参数
本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.7m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩，服务年限大于10a等条件，得锚喷支护参数:
锚杆长2.05m，间距a=0.9m排距a’=0.8m锚杆直径d=18mm，喷射混凝土厚T1=80mm，锚杆外露长度T2=50mm.
故支护厚度T=T1=80mm。
由表3-7计算式得:
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3700+2*80=3860mm
巷道计算掘进宽度B2=B1+2ð=3860+2*75=4010mm
巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3300+220+80=3600mm
巷道计算掘进高度H2=H1+ð=3600+75=3675mm
巷道设计掘进面积
S1=B1（0.39B1+h3）=3860*（0.39*3860+1650）=12179844mm2取S1=12.2m2
巷道计算掘进面积S2=B2（0.39B2+h3）=4010*（0.39*4010+1650）=12887739mm2取S2=12.9m2
（二）计算巷道掘进工程量和材料消耗量
由表3-7计算公式得：
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1==S2*1=12.9*1=12.9m3
每米巷道墙角计算掘进体积V1=0.2*（T+ð）*1=0.2*（0.08+0.075）=0.031m3
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=[1.57（B2-T1）T1+2h3T1]*1=0.7576m3
每米巷道墙角喷射材料消耗V4=0.2T1*1=0.2*0.08*1=0.016m3
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗量）V=V2+V4=0.7576+0.016=0.7736m3
每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）
N`=[2（P`1/2M）+1]/M`
式中，P`1为计算锚杆消耗周长，P`1=1.57B2=1.57*4.51=7.08m；M、M`为锚杆间距、排距，a=0.9，a`=0.8m.
故P`1/2M=7.08/（2*0.9）=3.9333，故N`=（2*3.9333+1）/0.8=11.1根
折合重量为11.1*[（l+0.05）π（d/2）2ρ]=11.1*[（2.05+0.05）*3.14*（0.018/2）2*7850]=46.46kg.
其中，l为锚杆深度，l=2.05m,0.05m为露出长度；d为锚杆直径，d=18mm;ρ为锚杆材料密度，ρ=7850kg/m3.
每排锚杆数为N`*0.8=11.1*0.8=8.88≈9根。
每米巷道锚杆注孔砂浆消耗V0=N`l（Sk-Sm）,其中Sk、Sm分别为锚杆孔和锚杆的断面积。
则V0=N`l（Sk-Sm）=11.08*2.05*3.14*0.25*（0.0422-0.0182）=0.0257m2
每米巷道粉刷面积Sn=1.57B3+2h2,其中B3为计算净宽，B3=B2-2T=4.51-2*0.08=4.35m.故Sn=1.57*4.35+2*1.28=9.39m2
1.7绘制巷道断面施工图
绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量和材料消耗量表。
根据以上计算结果，按适当比例绘制出巷道断面图。
附图1巷道断面布置图
二、巷道施工方法
2.1施工方法的选择
巷道围岩主要是坚硬的砂岩，考虑到经济、技术、效率等综合因素，采用钻眼爆破，一次断面成巷的方法进行施工。
2.2施工程序
（一）钻眼工作
巷道采用激光指向仪定向，中线为巷道断面正中心，用经纬仪确定坡度。
按照设计要求在作业面上画出炮眼数目及分布位置。
应用CTHIO-2F型履带式全液压凿岩台车打眼，双臂同时作业，打眼时同时打出锚杆孔。
炮眼直径为42mm，深度为2.2m，槽眼2.3m。
为避免钻孔定位导臂消耗过长的时间，钻孔要由外向里、先两侧后中间，自上而下钻进。
当两个钻臂打眼速度不同时，速度快的钻臂就可以很方便地移过中线支援速度慢的钻臂，以便两钻臂同时结束钻孔作业，减少单臂作业的时间。
（二）爆破作业
巷道施工采用光面爆破技术。
按照《设计守则》要求，使用2号岩石硝铵炸药，通过计算，求得所需炸药263卷，共39.5kg；毫秒延期电雷管63个，全断面一次爆破；掏槽方式为菱形掏槽，掏槽眼为4个。
爆破原始条件以及、爆破参数及预期爆破效果见下表1、表2、表3
表1爆破原始条件
名称
单位
数量
名称
单位
数量
巷道掘进断面
m2
14.7
炮眼数目
个
64
岩石坚固性系数f
4～6
雷管数目
个
63
炮眼深度
m
2.2
总装药量
kg
39.5
表2装药顺序及起爆顺序
眼号
眼名
眼数/个
眼深/m
装药量
起爆顺序
连线方式
装药结构
单孔
小计
卷数/个
质量/kg
卷数/个
质量/kg
1
空眼
1
2.3
串联
连续反向装药
2～5
掏槽眼
4
2.3
7
1.05
28
4.2
Ⅰ
6～18
一圈辅助眼
13
2.2
5
0.75
65
9.75
Ⅱ
19～33
二圈辅助眼
15
2.2
5
0.75
75
11.25
Ⅲ
45～47、62～64
帮眼
6
2.2
2
0.30
12
1.8
Ⅳ
48～61
顶部眼
14
2.2
2
0.30
28
4.2
Ⅳ
34～44
底眼
11
2.2
5
0.75
55
8.25
Ⅴ
表3预期爆破效果
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
92%
每米巷道耗药量
kg/m
19.7
每循环工作面进尺
m
2.0
每循环炮眼总长度
m
141.3
每循环爆破实体岩石
m3
29.4
每平方米岩体耗雷管量
个/m2
2.1
炸药消耗量
kg/m3
1.34
每米巷道耗雷管量
个/m
31.5
爆破结束后要通风15～20min左右，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。
三、巷道掘进通风
3.1确定通风方式
巷道掘进过程采用压入式和抽出式联合运用的混合式通风方式。
其局部压入式的吸风口与抽出风筒抽入口的距离为16m，压入式出风筒距掘进工作面距离为10m。
压入风筒吸风口与抽出风筒抽入口的距离应大于15m。
通风机安置在有新鲜空气流通的洞口，风筒随着掘进距离增大而加长，当距离过长而风速达不到所需要求时，可在掘进巷道中添接通风机，使风速达到《安全规程》的要求。
局扇和风筒的布置如图
3.2掘进通风设备选择
巷道通风距离300m，选用直径为500mm的风筒，根据《煤矿安全规程》，通风机的选择应满足掘进工作面工作人员的呼吸要求（人均4m3/min）,同时要能在规定通风时间能清除工作面因爆破和装岩转运引起的烟尘。
根据《设计守则》，风机、风筒规格选择如下表4：
表4：
风机规格
型号
外径/mm
转速/r.min-1
全风压/pa
风量/m3.min-1
电机功率/KW
级数
质量/kg
JBT-41
400
2900
147.2～735.6
75～112
2
1
120
风筒规格
风筒名称
直径/mm
每节长度/m
壁厚/mm
重量/kg.m-1
胶布风筒（含胶30%）
500
10
1.2
1.9
四、装岩与调车
4.1装岩工作
当爆破、通风、检查、排除危岩（找顶）等工作结束后，就开始对工作面进行装岩、调车、清理等工作。
在此过程中，严格执行敲帮问顶制度。
选择装岩机考虑到的因素较多，主要包括巷道端面的大小，装岩机的装载宽度和生产率，适应性和可靠性，操作、制造和维修的难易程度，装岩机与其他设备的配套，装岩机的造价和效率等。
选用ZC-2型侧卸式装岩机。
因为侧卸式装岩机适用于12m3以上的双轨巷道，其铲取能力大，生产效率高，对大块岩石、坚硬岩石适应性强，且移动灵活，装卸宽度大，清底干净，操作简单、省力。
为调车方便，临时车场每月向前移动一次，一般至距工作面10m左右，以提高装岩生产率。
4.2调车工作
结合设计的运输巷道和使用的侧卸式装岩机，以及我国统计的采用不同调车和转载方式时装岩机的工时利用率，采用S4梭式矿车进行调车工作。
装岩工作进行时，在距工作面一定距离的位置，同时展开支护工作。
五、巷道支护
5.1确定永久支护材料、结构型式、规格和质量的要求
巷道在基本轨以前、直线分岔巷道沿岔道2m以后、曲线分岔巷道沿轨道中心线2m以后都采用为选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护。
钢筋直径为10mm，砂浆用425号普通硅酸盐水泥、粒径小于3mm的中细砂加水拌和而成，其配合比为，水泥:
砂=1:
（2～3），水灰比为0.38～0.42。
锚杆长度为2000mm，锚固长度为300mm，直径为18mm，仅布置于巷道拱部，间距为0.9m、排距为0.8m。
喷射混凝土层厚为80mm。
在道岔分岔处，除了进行锚喷支护，还要将柱墙到分岔巷道2m长的距离进行砌碹，砌筑材料采用料石。
柱墙处砌筑厚度按端墙厚度进行砌筑，拱部砌筑厚度取250mm，砌筑完成后喷射80mm厚混凝土。
5.2永久支架架设方法及施工组织措施
（一）支架架设方法：
巷道围岩属于中等稳定的坚硬砂岩，永久支护随着掘进工作的进行同时展开。
在基本轨以前、直线分岔巷道沿岔道2m以后、曲线分岔巷道沿轨道中心线2m以后的巷道掘进中，锚喷支护在爆破完成进行装岩的同时即可开始进行，先找顶，将水泥注入锚杆孔中，打入锚杆，然后用ZHP—IV型喷射机喷射80mm厚的混凝土，作为永久支护。
对于顶板比较破碎的区域，爆破完成后应立即喷射混凝土，初喷厚度为50mm，初喷段长度不超过40m。
初喷混凝土和锚杆既作为临时支护又是永久支护的一部分。
经过一段时间再进行复喷，喷射混凝土的厚度为80mm。
对于道岔部分，由于初期施工仍采用全断面一次爆破，故相应地仍采用锚喷支护，爆破完成后应立即喷射混凝土，初喷厚度要比普通断面有所增加，经过一段时间再进行复喷，喷射混凝土的厚度为30mm。
当改以小断面向两支巷掘进时，先架设棚式临时支架维护顶板，掘过柱墩端面2m，先将此2m砌好，然后回过头来，由小断面想柱墩进行刷砌，最后在岔口封顶并做好柱墩端面。
柱墙处砌筑厚度按柱墩厚度进行砌筑，拱部砌筑厚度取250mm，砌筑完成后喷射50mm混凝土。
（二）施工组织措施：
掘进面采用“四六制”作业，四个班生产，两个班进行还要额外进行永久支护，并配备工长、班长及维修工个一名。
工长负责全面工作，班长负责掘进迎头工作，维修工负责设备的操纵和故障的排除。
5.3计算永久支护每米巷道材料消耗
编制巷道特征表和每米航道掘进工程量和材料消耗表，见下表5、表6。
表5运输大巷特征
围岩类别
断面面积
/m2
设计掘进尺寸/mm
喷射厚度
/mm
锚杆
净周长
净面积
设计掘进
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间距
排距
锚杆长
直径
Ⅲ
12.3
14.0
4360
3700
80
钢筋砂浆
50
方形
900
800
2050
18
13.4
表6运输大巷每米工程量及材料消耗
围岩类别
计算掘进工程量/m3
锚杆数量
材料消耗/mm
粉刷面积/m2
巷道
墙角
喷射材料/m3
锚杆
钢筋/kg
注砂浆/m3
Ⅲ
14.7
0.031
11.1
0.82
46.46
0.0257
9.39
六、掘进期间辅助工作
6.1临时支架工序的时间安排和安全措施
（一）时间安排：
巷道普通断面在进行爆破后应立即打锚杆，并喷射混凝土，加盖模板，作为临时支护；道岔部分进行断面施工时，完成爆破后应立即架设临时支架以维护顶板，以防止掘、砌之间巷道的顶、帮岩石跨落（临时支架采用金属拱形支架，使用的材料为15～24kg/m的钢轨，支架间距一般为0.8～1.0m），然后按要求砌筑，在需要的地方还可以再喷射一层30～50mm厚度的混凝土。
（二）安全措施：
临时支护一般是在刚刚完成爆破后进行，因此一定要注意安全，临时支护必须按照《煤矿安全规程》进行，对围岩稳定性较差的部分，要先初喷一层30～50mm厚的混凝土，防止顶、帮冒落，而且在进行支护之前，一定要先检查巷道顶板，人工排除存在安全隐患的顶板岩石。
6.2轨道及管路（压风管、水管、风筒）接长的时间安排
轨道的进尺随着掘进工作面的推进而增加，与打眼同步进行；管路（压风管、水管、风筒）的接长与装岩、转运同时进行。
6.3简述压气供应和工作面排水方式
局部通风机提供动力，通过风筒对掘进工作面进行压气供应，风筒距工作面的距离保持在10m左右；由于掘进的巷道有3%的坡度，对工作面产生的涌水可以通过已掘出的水沟进行排水。
6.4掘进测量工作
掘进测量工作也随着掘进的进行而同步展开，用激光指向仪定向，中线为巷道断面正中心，用经纬仪确定坡度。
按照设计要求在作业面上画出炮眼数目、分布位置。
保证掘进工作按照设计要求顺利进行。
七、掘进循环图表的编制
7.1选择合理的施工作业方式和循环方式
综合各方面的因素，巷道掘进采用“四六”工作制。
（一）施工作业方式
巷道围岩较稳定，为达到快速施工的要求，采用掘进与永久支护平行作业的方式。
具体说来，采用锚喷联合支护部分，锚杆紧跟掘进工作面安设，根据《矿山井巷工程施工及验收规范》规定，喷射混凝土工作在距工作面30m处进行。
如遇顶板围岩不太稳定，可以爆破后立即喷射一层30mm厚的混凝土封顶护帮，然后再打锚杆，最后喷射混凝土和工作面掘进平行作业，直至喷射厚度达到设计的80mm。
进行巷道道岔施工作业时，先以全断面由主巷向支巷方向掘砌，至断面较大处，改用以小断面向前掘进，架设棚式临时支架维护顶板，掘过柱墩端面2m，先将此2m砌好，然后回过头来，由小断面向柱墩进行刷砌，最后在岔口封顶并做好柱墩端面。
（二）循环方式
为了便于工序间的衔接，易于施工管理，实现正规循环作业，在考虑岩巷断面面积，掘进设备和掘进技术等综合因素后，采用单循环方式进行作业，每个班完成一个循环。
7.2确定循环进尺
巷道掘进采用台式凿岩机，生产效率较高，通过爆破相关计算，确定循环进尺为2.0m。
7.3确定各工序和循环时间
由计算出的循环时间，绘制出循环循环图表，综合工作队组成及人员配备，
见第二章图表部分：
7.4编制循环图表及综合工作队组成、人员配备
由计算出的循环时间，绘制出循环循环图表，综合工作队组成及人员配备，
见表7、表8、表9.
八、巷道掘进
8.1主要技术指标
主要技术指标有：
1打探孔技术是制约开采前期设计工作的主要指标。
2凿岩技术是制约爆破快慢的瓶颈。
凿岩机的选用。
3装岩工作是后期工作的前提。
裝岩机和运输工具选用。
4支护工作也极大的制约着掘进进程。
临时支护的设备选取。
5另外工序安排是极其重要的
8.2主要经济指标
主要经济指标：
1掘进采用的技术，如大型掘进机比爆破更耗资巨大。
2岩石的坚硬系数决定着凿岩和掘进成本。
3采用凿岩设备和动力设备。
4炸药的选用和爆破设计
表8：
劳动组织一览表
班次
人数
工种
一
二
三
四
合计
出勤
在册
打眼工
3
3
3
3
12
16
装药工
3
2
2
2
8
12
检查员
1
1
1
1
4
8
放炮员
1
1
1
1
4
8
装岩工
3
3
3
3
12
16
运输工
3
3
3
3
12
16
支护工
5
5
5
5
20
24
验收员
1
1
1
1
4
8
铺轨工
5
4
4
4
16
20
运料工
5
5
5
5
20
24
机修工
1
1
1
1
4
8
班长
1
1
1
1
4
4
工长
1
1
1
1
4
4
合计
33
33
33
33
132
168
表
表
9设备配备一览表
序号
设备名称
型号
功率/kw
使用数量
电压/V
1
气腿式凿岩机
YTP—26
2
2
耙斗装岩机
P—15B
11
1
3
干式变压器
KBSG-500-6/0.66
500
1
6000/660
4
移动变电站
KBSGZY-630-6/1.14
630
1
6000/660
5
局部通风机
JBT-41
2
2
660
6
照明、信号
ZXZ8—2.5
11.4
3
660
7
激光指向仪
JX—2
1
127
8
馈电开关
DW80—350
2
660
9
控制开关
QC83—80N
视现场情况定
660
10
通讯与控制
TK200
1
127
11
连续牵引车
SQ1200—5
55
1
设计主要参考书：
《井巷工
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