巷道设计与施工组织.docx
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巷道设计与施工组织
第一章、巷道断面施工图设计
1.1选择巷道断面形状并简述理由
该巷道围岩条件属于中等稳定岩层，服务年限长达25年的轨道大巷，所以采用受力性能较好的半圆拱形断面较为有利。
且选择的支护方式为锚喷支护，适用于该断面形状的使用。
岩石平巷的掘进采用钻爆法施工，选用半圆拱断面无疑非常合适。
1.2选择道床参数
（1）按设计要求选用8吨蓄电池电机车牵引1.5t标准矿车运输。
（2）根据课本选择型号为XK8—6/110A的蓄电池电机车，宽度为1054mm、高度为1550mm。
（3）查建井手册选择型号为MGC1.7—9的1.5吨标准矿车，长度2400mm、宽度高度均为1150mm。
（4）考虑到安全系数及服务年限，选择型号为30kg/m的钢轨和钢筋混凝土轨枕，轨距为900mm。
轨枕全长1700mm，全高145mm，上宽170mm，下宽200mm。
（5）道砟高度的确定：
由钢轨及轨枕型号查资料可知，道床总高度Hc=360mm、道砟高度Hb=200mm、道砟面至轨道面的垂直高度Ha=160mm，道床宽度可按轨枕长度再加长200mm考虑为1700mm+200mm=1900mm。
（6）道床应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石做道砟，粒度以20～30mm为宜，并不准掺有碎末等杂物，使其具有适当的空隙率，以利于排水和有良好的弹性。
道砟的高度也应于选用的钢轨型号相适应，厚度不得小于100mm，至少要把轨枕1／2～2／3的高度埋入道砟内
1.3确定管线布置位置
管道管线采用锚杆悬挂设置在人行道一侧，管道下部距水沟盖板的垂直高度不小于1.8m。
（要求：
通信电缆设置在动力电缆上方0.1m以上的距离，以防电磁场作用干扰通讯信号；高压电缆和低压电缆在巷道同侧铺设时，相互之间距离大于0.1m以上；电缆与管道在同侧铺设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上的距离；电缆的两个悬挂点的间距不应大于3m，电缆与运输设备之间距离不应小于0.25m。
）
1.4确定巷道净断面尺寸
（1）巷道净宽度的确定
拱形双轨巷道净宽度按下式计算：
=0.5+1.2*2+1+0.5=4.4m
式中：
B——巷道净宽度，指直墙内侧的水平距离，m。
a——非人行侧的宽度，《煤矿安全规程》规定，a≥0.3m，取0.5m。
A1——运输设备的组最大宽度，取1.2m。
C——人行道的宽度，《煤矿安全规程》规定，从巷道道砟面起1.6m的高度内，C≥0.8m，在人车停车地点C≥1.0m，在巷道高度1.6至1.8米之间不得架设管、线和电缆。
取1m。
t——在双轨运输巷道中，两列对开列车最突出部分之间的距离，《煤矿安全规程》规定：
t≥0.2m。
取0.5m。
（2）巷道净高度的确定
拱形巷道的净高度是指自道砟面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。
确定拱形巷道的净高度，主要是确定其净拱高和自底板起的墙高，按下式计算：
=2200+1800-200=3800mm
式中：
H——拱形巷道的净高度，m；
——拱形巷道的拱高，即圆拱的半径等于净宽度的一半
；
——拱形巷道的墙高，指自巷道底板至拱基线的垂直距离取1800mm；
——巷道内的道砟高度，取200mm。
——拱形巷道的墙高的确定需考虑以下因素，取最大值：
1、按管道装设要求确定h3：
式中：
h5—渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm；
h7—管子悬吊件总高度，取h7=900mm；
hb—从底板至道砟面的高度，取200mm；
A1—运输设备的最大宽度，取1.2m；
m1—电机车距管道间的安全距离，取m=200mm；
D—管道接头处的最大直径，D=340mm；
b1b2—轨道中线与巷道中线间距，
b1=B/2-a1=2000mm
b2=B/2-C1=4400/2-1600=600mm。
故：
mm
2、按人行道高度要求确定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200mm
故：
h3≥1800+200-917=1083mm
3、按1.6m高度人行宽度要求计算h3：
h3≥1600+hb-〔R2-（C’+A1／2+b2）2〕1／2
=1600+200-〔22002-（800+1200／2+600）2〕1／2
=883mm
式中：
A’、C’—当运输设备上缘进入巷道拱部范围时，设备上缘至拱壁间的距离，取A’=200mm，C’=800mm；
4、按设备上缘至拱璧最小安全间隙距离来计算h3：
人行侧双轨
≥993mm
非人行侧
≥213mm
式中：
hc—底板至规面高度，取360mm；
h—从规面起车辆的高度，由电机车型号可知h=1550mm。
综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为h3=1800mm。
（3）巷道的净断面积
半圆拱形巷道净断面面积：
S=B（0.39B+h2）
式中：
h2=H-h0=3800-2200=1600mm
所以S=B（0.39B+h2）=14.59
1.5验算风速
大巷需通过的风量为80
，风量确定后，断面越小风速越大。
风速大不仅会扬起煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。
矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，所以设计出巷道净断面后，还需进行风速验算，即：
式中：
v—通过该巷道的风速,m/s
Q—根据设计要求通过该巷道的风量,
/s
S—巷道的净断面面积，
—该巷道允许通过的最大风速，m/s
经验算合格
1.6选择支护参数
对于岩石平巷的支护而言，锚喷支护是主要支护形式。
采用锚喷支护，根据巷道净宽4.4m、穿过中等稳定岩层、服务年限25年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为Φ18mm螺纹钢，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2000mm，其间排距1000mm。
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。
锚杆支护的作用原理：
1、悬吊理论2、组合梁理论3、组合拱理论4、最大水平应理论。
1.7确定水沟参数
已知通过巷道的最大涌水量为120m3/h，现采用水沟坡度为4‰，由《井巷工程》查表得：
水沟深度400mm，水沟净断面积为0.16m2,水沟掘进断面积为0.203m2,每米水沟盖板用钢筋1.633kg，混凝土0.0276m3,水沟用混凝土0.133m3。
一般要求下：
1、水平巷道及倾角小于16度的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧。
当非人行侧有适当空间时，亦可布置水沟，但应尽量避免水沟穿越轨道和输送机。
2、在倾角大于16度的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行台阶可在巷道同侧平行或重叠布置；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。
3、专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道床的巷道，水沟也可布置在巷道中间。
4、巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上（下）山下部车场的上方、胶带机接头硐室的下方或出水点初。
拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗表
巷
道
类
别
支护
类别
流量/（m
·h
）
净尺寸/mm
断面/m
每米材料消耗量
坡度
宽B
深
H
净
掘进
盖板
水沟
3‰
4‰
5‰
上宽B
下宽B
钢筋/kg
混凝土/m
混凝土/m
拱
形
巷
道
锚喷
砌碹
0-86
0-96
0-97
0-100
0-112
1-123
300
350
350
0.105
0.114
0.144
0.139
1.336
1.336
0.0226
0.0226
0.114
0.099
350
300
锚喷
砌碹
86-172
96-197
97-205
100-227
112-227
123-254
400
400
450
0.160
0.169
0.203
0.207
1.633
1.633
0.0276
0.0276
0.133
0.120
400
350
锚喷
砌碹
172-302
197-349
205-349
227-403
227-382
254-450
500
450
500
0.225
0.238
0.272
0.278
2.036
2.036
0.0323
0.0323
0.152
0.137
500
450
锚喷
砌碹
302-374
349-397
349-432
403-458
382-472
450-512
500
500
550
0.250
0.261
0.306
0.309
2.036
2.036
0.0323
0.0323
0.161
0.145
500
450
采
区
梯
形
棚式
棚式
棚式
棚式
0-78
78-118
118-157
157-243
0-90
90-136
136-181
181-280
0-100
100-152
152-202
202-313
230
250
280
350
180
220
250
300
260
300
320
350
0.05
0.07
0.08
0.11
0.146
0.174
0.196
0.236
无
无
无
无
0.093
0.104
0.110
0.122
1.8确定巷道掘进断面尺寸
由《井巷工程》表3-7计算公式得：
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4400+200=4600mm=4.6m
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=4600+2*75=4750mm=4.75m
巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3800+200+100=4100mm=4.1m
巷道计算掘进高度H2=H1+δ=4100+75=4175mm=4.175m
巷道设计掘进断面积
取
=16.6m2
巷道计算掘进断面积
取
=17.4
1.9编制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表
巷道断面特征表
围岩类别
断面面积/㎡
设计掘进尺寸/m
喷射厚度/mm
锚杆/mm
净周长/m
净断面
设计掘进
宽
高
型式
排列方式
间、排距
锚杆长
直径
Ⅲ
14.59
16.6
4．6
4.1
100
螺纹钢树脂锚杆
方形
1000
2000
18
14.51
每米工程量及材料消耗
围岩类型
计算掘进工程量/m3
锚杆数量
材料消耗/mm
粉刷面积/㎡
巷道
墙脚
喷射材料/m3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷/支
Ⅲ
17.4
0.035
8.46
1.09
35.47
16.92
10.34
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2*1=17.4m3
每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2*（T+δ）=0.2*（0.10+0.075）=0.035m3
每米巷道锚杆消耗：
N=2×（1.57×4.75/（2×1））+1÷1=8.46（根）
每米巷道拱与墙喷射材料消耗
1.57×（4.75-0.1）×0.1+2×1.8×0.1=1.09
每米巷道墙角喷射材料消耗V4=0.2T1*1=0.2*0.10*1=0.02m3
每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）
V=
+V4=1.09+0.02=1.11
每米巷道消耗钢筋的重量：
35.47kg
式中l——锚杆长度，l=2.0m
d——锚杆直径，d=18mm
ρ——锚杆材料密度，ρ=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*8.46=16.92（卷）
每排锚杆数为N*0.8=8.46×0.8=6.768（根）
每排树脂药卷数M*0.8=16.92×0.8=13.536（根）
每米巷道粉刷面积Sn=1.27B3+2h+0.24
式中B3——计算净宽，B3=B2-2T=4750-200=4550=4.55m
所以
1.57*4.55+2*1.6=10.34
1.10绘制巷道断面施工图
见大图
第二章、巷道施工组织设计
一、钻眼爆破工作
目前，钻眼爆破的主要技术发展趋势是发展中深孔、光面爆破和断裂成型（刻槽）爆破技术。
增加眼深，完善深孔直眼掏槽方式，减少炮眼数量，加快钻眼速度和提高爆破效率。
现代工程是以每米巷道所需的钻爆工时最短、炮眼利用率最高和光爆质量标准评价施工效果。
1.1、钻眼机具的选择：
（1）凿岩台车的选取：
在平巷掘进中用凿岩台车代替人扶气腿式凿岩机凿岩是提高掘进工效,减轻工人劳动强度和改善作业条件的根本途径。
由巷道的净断面宽度B=4.4m和巷道净高度H=3.8m。
查《建井手册》凿岩台车的类型及主要技术参数，选择LC10-2B型履带式防爆全液压双臂台车。
该台车是水平巷道掘进用的凿岩设备,在两个工作大臂上共配有两台风动凿岩机（目前用CYY20凿岩机）。
该凿岩台车的液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。
液压凿岩机是由油缸的冲击机构、转钎机构、排粉系统所组成。
其最大的优点是：
钻速提高2～3倍以上
噪声降低10～15dB
工作环境改善，油雾水汽消除了
可钻较深和大直径的炮孔。
（2）钎杆的规格、钎头的形状和直径：
一字型钎头的冲击力集中，凿入深度大，凿速较高，制造和修磨工艺简单，应用比较广泛。
这里选用防爆型组合钎子，且规格为L（mm）：
3500；φ（mm）：
38，钎头的规格为一字型钎头，直径为φ40-φ45。
（3）由于施工速度要求进度≥120m/月，双轨断面较大，故选用一台凿岩台车。
1.2、选择爆破器材
（1）选择炸药种类、药卷规格：
我国目前使用的，煤矿许用炸药有硝铵类炸药和水炸药（乳化、浆化、水胶炸药），经比较选用水胶炸药：
其爆炸性能如爆速和起爆感度高，可用8号雷管直接引爆，抗水性强；可塑性好；机械感度低；威力高、有毒气体少；易离析；安全性好；且炸药密度、爆炸性能可在较大范围内进行调节，故适应性强。
本次施工采用
的水胶炸药。
（2）选择雷管的品种：
由于该矿井为低瓦斯矿井，所以必须选用毫秒延期电雷管，总延期时间小于130毫秒。
起爆器材一般采用8号毫秒电雷管，毫秒延期雷管时间小于130ms，满足安全要求。
（3）选择放炮器的型号：
巷道掘进电爆网络的起爆电源，主要采用防爆型电容式发爆器。
电容式发爆器所能提供的电流不太大，一般只用于起爆串联网络的电雷管。
1.3、编制巷道掘进爆破图表
（1）炮眼深度的确定：
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
式中
——炮眼深度，m；
——计划月进度，取90m；
——每月实际用于掘进的天数，25天左右；
——正规循环率，即每月实际用于掘进工作的天数与30天之比，一般取
=0.8～0.9；
n——每日完成掘进循环数，取2次；
——炮眼利用系数，一般要求
。
本次施工中设定计划月进度为90m，正规循环率设为0.9，每日完成掘进的循环次数为2次，炮眼利用率为0.9。
所以
即炮眼深度选为2.0m。
（2）计算总装药量和炮眼数目；炸药消耗量的分配及实际装药量：
炮眼数目：
式中
——炮眼数目；
——单位炸药消耗量，爆破每立方米原岩体的炸药量kg/
——巷道掘进断面积，16.6
M——每个药卷长度，170mm
——装药系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般取0.5左右。
P——每个药卷的重量，kg
单位炸药消耗量q:
式中
—一次爆破所需的总炸药量，
——工作面一次爆下的实体岩石总体积。
表2-1
由本次施工巷道的岩石围岩系数为4-6，巷道断面积为16.6m2，且为光面爆破，所以根据上表选取单位炸药消耗量为1.35个/m3。
所以
即取炮眼数目为46个。
一次爆破所需的总炸药量：
由q单位炸药消耗量为工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比，即
得到
=1.35×2.0×16.6=44.82
（3）掏槽方式的选择，根据设计掘进断面布置工作面炮眼
选用直眼掏槽方式，由于直眼掏槽炮孔的深度不受巷道断面大小的限制，爆破的岩块块度均匀，岩石抛离不远，且利于凿岩台车钻孔，眼深2米。
掏槽方式为直眼掏槽中的五星掏槽，掏槽眼为5个，以中心空孔为起点1号，空孔上部为2号掏槽眼，往下顺时针排序。
辅助眼两圈，眼深1.8米。
周边眼一圈，眼深1.8米。
掏槽眼布置图：
（4）设计爆破网络，炮眼装填结构
起爆线路串联，连续反向装药结构，不耦合装药。
（5）原始条件、炮眼排列及装药量、炮眼布置图和预期爆破效果。
巷道施工采用光面爆破技术。
按照《设计守则》要求，使用水胶炸药，通过计算，求得所需炸346卷，共51.9kg；毫秒延期电雷管45个，全断面一次爆破；爆破原始条件以及、爆破参数及预期爆破效果见下表2-2，炮眼分布见附件图。
爆破原始条件
表2-2
名称
单位
数量
名称
单位
数量
巷道的掘进断面
㎡
16.6
炮眼数目
个
46
岩石的坚固性系数f
4-6
雷管数目
个
45
炮眼深度
m
2.0
总装药量（水胶炸药）
Kg
51.9
炮眼布置图：
装药及起爆顺序
表2-3
眼号
炮眼
名称
眼数
/个
眼
深
/m
装药量
起爆顺序
连线方式
装药
结构
单孔
合计
卷数/个
质量/kg
卷数/个
质量/kg
1
空眼
1
2.0
串联
连续
反向
装药
2-5
掏槽眼
4
2.0
10
1.5
40
6
Ⅰ
6-12
一圈
辅助眼
7
1.8
8
1.2
56
8.4
Ⅱ
13-24
二圈
辅助眼
12
1.8
8
1.2
96
14.4
Ⅲ
25-46
周边眼
22
1.8
7
1.05
154
23.1
Ⅳ
预期爆破效果
表2-4
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
90%
每循环工作面进尺
m
1.8
每循环爆破实体岩石
29.88
炸药消耗量
1.35
每米巷道炸药消耗量
28.8
每循环炮眼总长度
83.8
每立方米岩石雷管消耗量
个/
1.51
每米巷道雷管消耗量
个/m
25
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。
（6）钻眼爆破工作组织
每天两个班组，每个班12小时进行一个工作循环。
每一工作循环包括4个小时打眼时间，三个小时的装药排线放炮和排除炮烟时间，三个小时的排矸时间，留有2个小时的机动时间用来应对突发情况。
（7）钻眼爆破工作的技术要求及安全措施
钻眼爆破工作必须严格按照《煤矿安全规程》和《矿山井巷工程施工及验收规范》有关规定执行，一般有以下钻眼爆破工作技术要求和安全措施：
技术要求：
1、爆破后形成的巷道断面应符合设计要求。
光面爆破要求巷道超挖不得大于150mm，欠挖不得超过质量标准规定；
2、爆破后的岩石块度应有利于提高装岩效率（一般不大于0.3m），还要求岩石堆积状况便于组织装运，便于钻眼与装岩以及与后方的支护工作平行作业；
3、爆破后围岩震动要小，不崩倒棚子和损坏设备；
4、爆破单位岩石所需的炸药和雷管的消耗量要低，钻眼工作量要小、炮眼利用率要高达85%以上。
安全措施：
1、开眼时必须使用钎头落在岩石上，如有浮矸，应处理好后再开眼；
2、不允许在残眼内继续钻眼；
3、开眼时给风阀门不要突然开大，待钻进一段后，再开大风阀门；
4、为防止断钎伤人，推进掘进机时不要用力过猛，更不要横向用力，凿岩时钻工应站稳，应随时堤防突然断钎；
5、一定要注意把胶皮风管与风钻接牢，以防脱落伤人；
6、缺水或停水时，应立即停止钻眼。
7、在规定的安全地点装配起爆药卷。
8、爆破母线要妥善地挂在巷道的侧帮上，并且要和金属物体、电缆、电线离开一定距离；装药前要试一下爆破母线是否导通。
9、装药前应检查顶板情况，撤出设备与机具，并切断除照明以外的一切设备的电源，照明灯及导线也应撤离工作面一定距离。
10、检查工作面20m范围内瓦斯含量，并按《煤矿安全规程》有关规定处理。
11、装药时要细心地将药卷送到眼底，防止擦破药卷、装错雷管段号、拉断脚线。
有水的炮眼，尤其是底眼，必须使用防水药卷或药卷加防水套，以免受潮拒爆。
12、装药、联线后应有爆破员与班、组长进行技术检查，作好爆破前的安全布置。
13、爆破后要等工作面通风散烟后，爆破员率先进入工作面，并经检察认为安全后方能进行工作。
14、发现瞎炮应及时处理，如瞎炮是由联线不良或错联所造成，则可重新联线补爆；如不能补爆，则应在距原炮眼0.3m外钻一个平行的炮眼，重新装药爆破
二、岩石装运工作
2.1、岩石装运工作的重要性，计算每一循环出矸量
（1）重要性：
装岩是快速掘进的主要工序巷道施工中，岩石的装载和运输是最繁重。
最费时的工序，一般情况下它占掘进循环时间的
。
它的速度快慢,直接影响掘进进度、效率和成本，因此作好装岩与运输工作，对提高劳动效率，加快掘进进度、改善劳动条件和降低成本有重要的意义
（2）每循环出矸量计算（松散体积）：
29.88
所以
41.832
2.2、装岩机型号和数量的确定
选择装岩机考虑的因素是比较多的，主要包括巷道断面积的大小；装岩机的装载宽度和生产效率，适应性和可靠性，操作、制造与维修的难易程度；与其他设备的装岩机得造价和效率等。
铲斗后卸式装载机，构造简单，适应性好，但生产能力为25-40m3/h，装岩方式不合理，间歇作业，效率低，容易起扬尘，装岩宽度小，要求有熟练的操作技术，一般应用于单轨巷道。
铲斗侧卸式装载机，铲取能力大，生产效率高。
对大块岩石、坚硬岩石的适应性强；履带行走，移动灵活，装载宽度大，清底干净；操作简单、省力，但是构造复杂，造价高，维修要求高，间歇装岩，适应于断面积为12m3以上的双轨巷道。
耙斗装载机，构造简单，维修操作容易；可适用于斜巷、平巷以及煤巷、岩巷等，但是它的体积大移动不方便，妨碍其他机械使用，间歇装岩，且底板清理不干净，人工辅助工作量大，耙齿和钢丝绳损耗量大，效率低，应用于单轨巷道较为合理。
蟹爪式、利爪式转载机的装岩动作连续，可与大容量、大转载
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