井巷巷道断面设计.docx
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井巷巷道断面设计
山西工程技术学院采矿工程系
井巷工程课程设计
姓名：
茹挺进
专业：
采矿工程
学号：
120411002
指导教师：
姜有
二Ｏ一五年一月
设计成绩与评语
姓名
茹挺进
学号
120411002
专业年级
采矿工程系一班
设计评语：
设计成绩
指导教师
目录
第一部分巷道断面设计………………………………………1
一、选择巷道断面形状…………………………………2
（一）、确定巷道净宽度B………………………………2
（二）、确定巷道拱高h
………………………………2
（三）、确定巷道壁高h3………………………………2
（四）、确定巷道净断面积S和净周长P………………3
（五）、用风速校核巷道净断面积……………………3
二、确定巷道设计掘进断面尺寸和计算断面尺寸……3
（一）、选择支护参数……………………………………3
（二）、选择道床参数……………………………………4
（三）、确定巷道掘进断面尺寸…………………………4
（四）、布置水沟和管线…………………………………4
（五）、计算巷道掘进工程量和材料消耗量……………4
（六）、绘制巷道断面施工图………………………附图1
第二部分巷道凿岩爆破设计及作业规程编制………6
一、地质与水文情况……………………………………7
（一）、地质构造…………………………………………7
（二）、巷道所经岩层特征及水文地质情况……………7
二、巷道掘进……………………………………………7
（一）、炮眼布置………………………………………8
（二）、炮眼的选择……………………………………9
（三）、爆破原始条件、炮眼布置图…………………10
（四）、装岩工作………………………………………11
（五）、掘进机械选择及说明…………………………12
三、巷道通风…………………………………………13
（一）、掘进通风……………………………………13
（二）、通风方式的选择……………………………14
4、作业循环图表的编制……………………………14
（一）、掘进方式……………………………………15
（二）、循环进尺及班循环次数……………………15
（三）、各个部分循环时间…………………………16
五、供电系统及要求…………………………………16
六、安全技术措施……………………………………17
（一）、打眼安全技术措施……………………………17
（二）、爆破安全技术措施……………………………17
（三）、通风安全技术措施……………………………17
（四）、出碴、支护安全技术措施……………………18
（五）、其它安全技术措施……………………………18
（6）、避灾路线……………………………………19
七、参考资料…………………………………………20
附图……………………………………………………附页
井巷工程课程设计
第一部分巷道断面设计
某煤矿，设计能力为240万吨，低瓦斯矿井，平硐开拓，中央分列式通风，井下最大涌水量240m3/小时。
通过该矿第一水平西翼运输大巷延煤层底板布置，通过该大巷的水量为180m3/小时，通过风量为106m3/S,采用采用ZK10－6/550架线式电机车牵引1.5吨矿车运输，该大巷穿过岩层以石灰岩为主，岩层中等稳定，岩石坚固性系数f=4～6，岩层内水文地质简单，有少量节理裂隙水，对巷道施工有一定影响，无瓦斯涌出，掘进过程中不通过煤层。
巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管,动力电缆1条，照明和通讯电缆3条，该巷道总长度200米，主要用于通风、运煤、排水、行人。
设计内容：
一、巷道断面设计
1.选择巷道断面形状
2.确定巷道断面尺寸
3.水沟及管线布置
4.巷道掘进工程量及材料消耗量
5.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及材料消耗表。
二、巷道施工设计及作业规程编制
1.工程概述
2.地质与水文情况
3.巷道断面尺寸与支护
4.巷道掘进
5.生产系统
6.劳动组织及正规循环图表
7.安全技术措施
1、选择巷道断面形状
年产240万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600㎜轨距双轨运输大巷，其净宽在3m以上，该大巷又穿过中等稳定的岩层，在简化设计同时既有利于施工和安全生产又具有明显经济效益的情况下，设计巷道采用直墙半圆拱形断面，采用钻眼爆破方法掘进。
该巷道设计选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护。
（1）、确定巷道净宽度B
查表3-1知ZK10-6/550型电机车体宽A
=1060mm、高h=1550mm，1.5t矿车宽1050mm、高1150mm。
根据«煤矿安全规程»，取人行侧宽道为1000mm>800mm，非人行道一侧安全间隙宽a=400mm。
查表3-3知本巷双轨中线距b=1300mm，则两电机车之间的距离为1300-（1060/2+1060/2）=240mm>200mm。
故巷道净宽度：
B=a1+b+c1=（400+1060/2）+1300+（1060/2+1000）=3760mm
（2）、确定巷道拱高h0
半圆形巷道拱高h0=B/2=1880mm。
半圆拱半径R=h0=1880mm
（3）、确定巷道壁高h3
1.由表3-8中半圆拱形巷道拱高公式得
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3-10选22kg/m钢轨，再查表3-5得hc=380mm,道砟高度hb=220mm；n为导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm;K为导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm；b为轨道中线与巷道中线间距，b=B/2—a=3760/2—930=950mm。
故h3≥2000+380—
=1496.65mm
2.按管道装设要求确定h3
h3≥h5+h7+hB—
式中，h5为砟面至管子底高度，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；b2为轨道中线与巷道中线间距，b=B/2—C=3760/2—1530=350mm。
故h3≥1800+900+220—
=1454.43mm。
3.按人行高度要求确定h3
h3≥1800+hb—
式中，j为距巷道壁的距离。
距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。
一般取j=200mm。
故h3≥1800+200—
=1156.20mm。
综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=2420mm。
则巷道高度H=h3—hb+h0=2420—220+1880=4080mm。
（4）、确定巷道净断面积S和净周长P
由表3-7得半圆拱形巷道的净断面积：
S=B（0.39B+h2）
式中，h2为道砟面以上巷道壁高，h2=h3—hb=2420—220=2200mm
故S=3760×（0.39×3760+2200）=13785664mm²=13.8m²
巷道断面净周长P=2.57B+2h
=2.57
3760+2
2200=14063.2mm=14.06m
（5）、用风速校核巷道净断面积
查表3-9，知v=8m/s，已知通过大巷风量Q=106m³/s，代入式（3-6）得
V=Q/S=106/13.8=7.68＜8m/s且有富余，故符合要求。
2、确定巷道设计掘进断面尺寸和计算断面尺寸
（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类围岩、服务年限大于20年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大并能快速安装的树脂锚杆。
锚喷支护参数：
锚杆长2.0m，间距a=0.8m，排距a=0.8m，呈方形布置，锚杆直径d=20mm，喷射混凝土层厚T1=100mm，锚杆外露长度T2=50mm。
分两次喷射，每次喷射50mm厚
故支护厚度T=T1=100mm。
（二）、选择道床参数
根据本巷道通过的运输设备，已选用22kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为380mm和220mm，道砟面至轨面高度ha=hc—hb=380—220=160mm。
采用钢筋混凝土轨枕。
（3）、确定巷道掘进断面尺寸
由表3-7计算公式得：
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=37800+2×100=3980mm。
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=3980+2×75=4130mm。
巷道设计掘进高度H1=H+h+T=4080+220+100=4400mm。
巷道计算掘进高度H2=H1+δ=4400+75=4475mm。
巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3980×（0.39×3980+2420）=15809356mm²。
取S1=15.8m²。
巷道计算掘进断面积S2=B2（0.39B2+h3）=4130×（0.39×4130+2420）=16646791mm²。
取S=16.6m²。
（4）、布置水沟和管线
已知通过本巷道的水量为180m³/h，现采用水沟坡度为0.4%，查表3-12得：
水沟深400mm、水沟宽400mm，水沟净断面积0.16m²；水沟掘进断面面积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。
压风管和水管悬吊在人行道一侧，动力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方.
图见附图1巷道断面设计图。
（五）、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=16.6×1=16.6m³
每米巷道墙脚计算掘进体积V1=0.2×（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m³
每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2—T1）T1+2h3T1×1=1.57（4.13—0.10）0.10+2×2.42×0.10×1=1.12m³
每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.10×1=0.02m³
每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗量）V=V2+V4=1.12+0.02=1.14m³
每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）
N=
式中，P1为计算锚杆消耗周长：
P
=1.57B
+2h
=1.57
4.13+2
2.42=11.32m
a、a´为锚杆间距、排距，a=a´=0.8m。
故N=
=17.07
折合重量为
G=
其中，L为锚杆深度，L=2.0m，0.05m为露出长度；d为锚杆直径，d=0.02m；ρ为锚杆材料密度，ρ=7850kg/m³。
故G=17.07
2
π
0.01²
7850=84.19kg
每排锚杆数为：
N×0.8=17.07×0.8≈14根。
由于每一根锚杆安装两个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗：
M=2
N=34.14
35支。
每排消耗药卷数量：
M
0.8=27.312
28支
每米巷道粉刷面积Sn=1.57B
+2h
，其中B
为计算净宽，B
=B
—2T=4.13—2×0.10=3.93m。
故Sn=1.57×3.93+2×2.20=10.57m²。
（六）、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
表1-1运输大巷特征
围岩类别
断面面积/m^2
设计掘进尺寸/mm
喷
射
厚
度/mm
锚杆/mm
净
周
长
/m
净面积
设计掘进
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间、排距
锚杆长
直径
Ⅲ
13.8
15.8
3980
4400
100
钢筋砂浆
50
方形
800
2000
20
14.06
表1-2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/m^3
锚杆
数量
材料消耗/mm
粉刷面积/m^2
巷道
墙脚
锚喷射材/m^3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷/支
Ⅲ
16.6
0.04
17.07
1.12
326.6
34.14
10.57
第二部分巷道凿岩爆破设计及作业规程编制
一、地质与水文情况
1、地质构造
该大巷穿过岩层以石灰岩为主，岩层中等稳定，岩石坚固性系数f=4～6，属于三类稳定岩层。
1、巷道所经岩层特征及水文地质情况
该巷道所通过的岩层内水文地质简单，有少量节理裂隙水，对巷道施工有一定影响，无瓦斯涌出，掘进过程中不通过煤层。
二、巷道掘进
（一）炮眼布置
1、掏槽方式选择
因巷道岩石坚固性系数为4~6属于松软岩层，利用中孔进行爆破，为了提高效率，故选用较为简单容易掌握的直眼掏槽法中的三角柱掏槽法，眼距选择为300mm，装药系数选择为0.8。
2、辅助眼选择
为了大量崩落岩石提高炮眼利用率，故要均匀布置辅助眼。
辅助眼间距500mm，方向垂直与工作面，装药系数为0.5。
为提高光面爆破效果周边眼要为其创造一个理想的光面层，厚度要均匀且最小抵抗线要多于周边眼。
K—炮眼密集系数，一般取0.8~1.0，这里取0.8
E—周边眼间距，一般取0.4~0.6m，这里取0.5m
W—最小抵抗线，即最外一圈辅助眼与周边眼的距离，m
所以W=0.5/0.8=0.625m
一圈辅助眼眼间距为350mm，二圈辅助眼眼间距为400mm，三圈辅助眼间距为500mm。
2、周边眼的布置
按照光面爆破要求布置周边眼，使其炮眼眼底落在同一平面上。
眼口布置在巷道设计掘进断面的轮廓线上。
，炮眼稍向外倾斜，眼底倾斜量少于100mm。
底眼眼口比巷道设计底板标高高出100mm。
综上所述绘制炮眼图。
布置掏槽眼、崩落眼、控制光面爆破的崩落眼和周边眼（顶，帮）。
3、炸药选择：
由于岩层有渗水现象，对巷道施工有一定的影响，故选用防水炸药，乳化炸药爆炸性能如爆速和起爆感度高，抗水性强，威力高，安全性好；且炸药密度、爆炸性能可在较大范围内进行调节，适应性强，可以使用8号雷管直接起爆。
本次采用
32mEJ-102标准型乳化炸药。
5、雷管的选择
起爆器材一般采用8号雷管，延秒、半秒、毫秒等都能满足使用，这里选用毫秒雷管。
（二）、炮眼的选择：
1、炮眼直径的确定。
炮眼直径对钻眼效率、全断面炮眼数目，炸药消耗量和爆破岩石块度与岩壁平整度均有影响。
因此，应根据巷道断面大小、块度要求、炸药性能和凿岩机性能综合考虑，进行选择。
炮眼直径大，可减少炮眼数目，炸药能量相对集中，可提高爆破效率，但钻速下降，影响爆破质量和降低围岩稳定性。
现场多根据药卷直径来确定炮眼的直径。
目前国内岩巷掘进均采用直径为27mm、32mm、和35mm三种药卷，炮眼直径需比药卷直径大6-8米左右，所以目前岩巷掘进的炮眼直径多采用35-42mm，故这里选用40mm。
2、炮眼深度
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l——炮眼深度，m；
L——计划月进度，m；
N——每月实际用于掘进的天数，30天；
k——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k=0.8～0.9；
N——每日完成掘进循环数，次；
η——炮眼利用系数，一般要求η≧0.8。
本次施工中设定计划月进度为200m，正规循环率设为0.9，每日完成掘进的循环次数为3次，炮眼利用率为0.95。
计算得l=2.6m。
3、炮眼数目
N——炮眼数目
q——单位炸药消耗量
S——巷道掘进面积
m——每个药卷长度
η——炮眼利用率
a——装药系数
p——每个药卷质量
单位炸药消耗量q:
式中Q——一次爆破所需的总炸药量，
V——工作面一次爆下的实体岩石总体积。
查表可知SHJ-K型水胶炸药规格为长度200mm，质量170g
所以
（三）、爆破原始条件、炮眼布置图
见附图2
巷道施工采用光面爆破技术。
按照《设计守则》要求，使用乳化炸药，毫秒延期电雷管47个，全断面一次爆破；掏槽方式为直眼掏槽中的三角柱掏槽，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2-1.
爆破原始条件2-1
序号
名称
单位
数量
1
掘进断面
m²
15.8
2
岩石普氏系数ƒ
4~6
3
工作面瓦斯情况
％
无瓦斯
4
工作面涌水情况
m³/h
无涌水
5
炸药和雷管的类型
32mEJ-102标准型乳化炸药/
号毫秒雷管
装药顺序及起爆顺序2-2
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
2.8
0
0
0
0
0
串联
连续
反向
装药
2-4
掏槽眼
3
2.6
11
1.87
33
5.61
1
5-12
一圈辅助眼
8
2.4
6
1.02
48
8.16
2
13-22
三圈辅助眼
10
2.4
6
1.02
60
10.2
3
23-31
二圈辅助眼
9
2.4
6
1.02
54
9.18
4
32-37
帮眼
6
2.4
6
1.02
36
6.12
5
38-42
顶部眼
5
2.4
6
1.02
30
5.1
6
43-48
底眼
6
2.4
6
1.02
36
6.12
7
预期爆破效果
表2-3
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
95%
每循环工作面进尺
m
2
每循环爆破实体岩石
31.6
炸药消耗量
1.35
每米巷道炸药消耗量
25.02
每循环炮眼总长度
116.2
每立方米岩石雷管消耗量
个/
0.67
每米巷道雷管消耗量
个/m
23.5
（四）、装岩工作
岩石平巷施工中，装岩转载与转运是最费工时的工序，一般情况下它占掘进循环时间的35%——50%，因此装岩在岩石平巷施工中意义重大。
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
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。
由于该运输大巷为双轨运输大巷，巷道较宽、较高，断面大，爆破岩体体积多。
故选用ZLC—60铲斗侧卸式装岩机。
由于巷道一次性爆破实体岩石体积为31.6m³小于90m³，故选用一台装岩机。
生产能力为90m/h，铲斗容量为0.6m，长度为4250m，宽度为1800m，高度为2100m，工作时最大高度为2950m，卸载高度为1300m，行走方式为履带行走，动力为电动，总功率为52kw，质量为7430kg。
ZLC-60型侧卸式装载机的主要性能：
一、采用双摇臂反转六连杆机构，掘起力大、铲切有力、作业效率高；
二、液压系统空流损失小，热平衡改善，液压件使用寿命长；
三、工作装置动作平稳快速，作业循环时间短，生产率高；
四、匹配合理，联合工况牵引力大。
五、双涡轮液力变矩器，可减少档位数，方便操作。
单杆操纵变速系统，操纵简便。
六、卸载高度高、卸载距离大、转弯半径小、作业灵活，适应各种场合作业要求。
七、四轮双管路钳盘式制动，后置储气罐，保证操作更安全可靠。
八、采用恒流开式回路，高低速转向性能一致，直线行驶平稳，轻便灵活。
九、配备潍柴WD61567G3、上柴D6114ZGB、C6121ZG09e等功率强大的四冲程、六缸、涡轮增压发动机和性能优越的建德桥箱，能适应各种恶劣工况；
十、整机外形优美流畅，驾驶室采用新型复合装饰材料，配备冷暖空调，视野更开阔。
（五）、掘进机械选择及说明
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。
CGJ-2平巷掘进凿岩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YT-24凿岩机）,可用于金属和非金属矿山有轨水平巷道的掘进,同时也可用于水利、铁路及国防工程的施工，钻速为1.8m/s。
该凿岩台车的液压凿岩机是一种液压为动力的新型凿岩机。
由于油的压力比压气压力大得多，通常都在10MPa以上，而且油带有粘性，几乎不能被压缩也不能膨胀做功，并且可以循环使用等，使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同之处。
液压凿岩机也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。
整体钎子的特点是传递冲击能量损失小，但钎头修磨时，钎子的搬运工作量较大。
组合钎子可以更换钎头，可以提高钎杆的利用率，钎头修磨时可以减少钎杆搬运量，并有利于专门工厂研制高质量的硬质合金钎头，以适应不同岩性和凿岩机对钎头的需要。
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。
十字形钎头一般转速比较低，而且合金片用量较大，制造与修磨工艺比一字型复杂。
，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，直径与钎杆吻合为φ40-φ45。
三、巷道通风
（一）、掘进通风
①按工作面同时工作最多人数计算
Q=4N
Q—风量（M3）N—人数（人）
该巷道掘进时最多人有20人需要的风量为80m³
②按一次起爆的最多炸药量计算
Q=25A
Q—风量A—炸药消耗量
一次起爆的最大炸药量为50.04千克所需要的风量1251m³
③按瓦斯涌出量计算
Q=100×q×K
Q—风量q—瓦斯涌出量K取2
本巷道掘进中无瓦斯涌出，所以该项不考虑。
综上所述，所需通风量最大为1251+80=1331m³
（二）、通风方式的选择
掘进巷道是通风的目的有两个：
一个是把爆破以后产生的有害气体在较短时间内排除工作面；另一个是经常提供给工作面新鲜空气，排除掘进时产生的粉尘及瓦斯，降低工作面温度，使工人有良好的工作面条件。
在岩层中单孔掘进时，最广泛的是采用局部扇风机进行工作面通风。
有以下三种通风方式。
1、压入式通风
布置要求：
局部通风
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