《水平岩石巷道交叉点设计》.docx

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《水平岩石巷道交叉点设计》

《水平岩石巷道交叉点设计》

《水平岩石巷道交叉点设计》www.mkaq.org中国煤矿安全生产网设计任务书1、题目：

水平岩石巷道交叉点设计2、要求：

（1）每组成员要独立完成设计

（2）必须按照标准的格式完成设计（3）设计应遵循制图要求，CAD设计要求（4）设计在一周内完成目录1、断面设计一、确定巷道断面形状二、确定巷道断面尺寸1、计算巷道净宽度B2、计算巷道拱h。

3、计算巷道壁高4、计算巷道净断面面积S和净周长P5、巷道风速验算6、选择支护参数7、选择道床参数8、计算巷道掘进断面尺寸三、布置巷道内水沟和管线2、交叉点设计一、选型基本数据二、平面交岔点尺寸的计算三、计算巷道掘进工程和材料消耗量3、巷道设计绘图一、断面设计

（一）确定巷道断面形状根据设计要求和《煤矿安全规程》规定，设计巷道要满足安全和生产要求所以本设计采用600mm轨距双轨运输大巷，其净宽应在3m以上，且穿过中等稳定岩层，采用料石砌碹支护，半圆拱形断面，且墙壁高取1800mm，设计时不降墙高，交叉点采用单开，其设计如下：

（二）确定巷道断面尺寸1、计算巷道净宽度B由于本设计采用的是XK8－６／１１０Ａ电机车所以巷道设计要求的如下基本数据：

宽=1060mm，高h=1550mm；1.5t矿车宽1050mm，高1150mm。

取巷道人行道宽c=840mm，非人行道一侧宽第一断面a=400mm，第二断面a=300mm，第三断面a=500m。

又根据表6–2双轨中线距b=1300mm则电机车之间的距离为：

1300-（1054/2+1054/2）=246mm＞200mm符合安全要求。

第一断面巷道净宽度：

B1=+b+=（400+1054/2）+1300+（1054/2+840）=927+1300+1367=3594mm为了设计的简便我们取B1=3600mm第二断面巷道净宽度：

B2=+b+=（300+1054/2）+1300+（1054/2+840）=827+1300+1367=3500mm第三断面巷道净宽度：

B3=+b+=（500+1054/2）+1300+（1054/2+840）=1027+1300+1367=3700mm2、计算巷道拱h。

本设计拱形采用半圆形根据几何性质我们可以求半圆拱形巷道拱高第一断面巷道拱高h。

=B/2=3594/2=1797mm，其半径R=h。

=1800mm。

第二断面巷道拱高h。

=B/2=3500/2=1750mm，其半径R=h。

=1750mm。

第三断面巷道拱高h。

=B/2=3700/2=1850mm，其半径R=h。

=1850mm。

3、计算巷道壁高①按架线电机车导电弓子计算+-式中—轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》规定，取=2000mm；—道床总高度。

根据表6-6选24㎏/m的钢轨，又根据表6-7得=360mm，道碴高度=200mm；n—导电弓子距拱璧的安全距离，取n=300mm；K—导电弓子宽度之半，K=718/2=359mm，取K=360mm；--轨道中线与巷道中线距离，第一断面：

=B/2-=3600/2-927=873mm。

2000+360-=1502mm第二断面：

b1=B/2-a1=3500/2-827=723≈720mmH3≥2000+360-=1684.4mm第三断面：

b1=B/2-a1=3700/2-1030=820mmH3≥2000+360-=1355mm②按管道装设计算，即：

式中—碴面至管子底高度，按《煤矿安全规程》规定取=1800mm；—管子悬吊件总高度，取=900mm；m—导电弓子距管子距离，取m=300mm；—轨道中线与巷道中线距离，第一断面：

=3600/2-1367=433mm。

1800+900+200-=1612mm第二断面：

=3500/2-1367=383m1800+900+200-=1708第三断面：

=3700/2-1367=4831800+900+200-=1891③按人行高度计算即：

1800+式中j–距巷道璧的距离，距璧j处巷道有效高度不小于1800mm，j100mm，一般取j=200mm。

在第一巷道：

1800+200-1175mm在第二巷道：

1800+200-1188mm在第三巷道：

1800+200-1163mm根据上述计算，按管道要求且考虑一定富余量，确定巷道璧高1800mm故巷道高:

第一断面：

H=1800-200+1800=3400mm。

第二断面：

H=1800-200+1750=3350mm第三断面：

H=1800-200+1850=3450mm4、计算巷道净断面面积S和净周长P（根据表6-12）S=B（0.39B+）式中—道碴面以上巷道璧高=1800-200=1600mm。

第一断面：

S=3600×（0.39×3600+1600）=10.8㎡P=2.57B+2=2.57×3600+2×1600=12.5m第二断面：

S=3500（0.39×3500+1600）=10.38㎡P=2.57×3500+2×1600=12.83m第三断面：

S=3700×（0.39×3700+1600）=11.26㎡P=2.57×3700+2×1600=13.38m5、巷道风速验算巷道的通风量是根据矿井生产通风网络计算而得，通风量确定后，断面越小风速越大。

风速大，即会扬起岩粉煤尘，损害工人身体健康，影响工作效率，又会引起瓦斯煤尘爆炸事故。

《煤矿安全规程》规定的巷道允许最高风速如表6-4所列。

但是，按《煤矿工业设计规范》规定：

矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，以满足矿井增产和经济风速的要求。

所以设计的巷道净断面，必须进行风速验算，即V=Q/SV—通过巷道的风速，m/sQ—设计要求通过巷道的通风量，/sS—巷道的净断面面积，㎡—巷道允许通过的最大风速m/s根据煤矿最大风量表可知=8m/s，我们可以根据本矿要求的最大风量和巷道断面求出煤矿的供风量6、选择支护参数根据巷道净宽3.6m、3.5m、3.7m。

穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩，该采用砌碹支护，据表6-10。

f=4-6，砌碹厚度d=T=300mm。

7、选择道床参数根据巷道的运输设备，已选用24㎞/m钢轨，其道床参数=360mm，=200mm，道碴面至轨道面高度==360-200=160mm。

故选用钢筋混凝土轨枕。

8、计算巷道掘进断面尺寸（根据表6-12）第一断面：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2×300=4200mm巷道计算掘进宽度B2=B1+2=4200+2×75=4350mm巷道时间掘进高度H1=H+hb+T=3400+200+300=3900mm巷道计算掘进高度H2=H1+=3900+75=3975mm巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=4200×（0.39×4200+1800）=14.5㎡巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=4350×（0.39×4350+1800）=15.3㎡第二断面：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3500+2×300=4100mm巷道计算掘进宽度B2=B1+2=4100+2×75=4250mm巷道时间掘进高度H1=H+hb+T=3350+200+300=3850mm巷道计算掘进高度H2=H1+=3850+75=3925mm巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=4100×（0.39×4100+1800）=13.94㎡巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=4250×（0.39×4250+1800）=14.7㎡第三断面巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3700+2×300=4300mm巷道计算掘进宽度B2=B1+2=4300+2×75=4450mm巷道时间掘进高度H1=H+hb+T=3450+200+300=3950mm巷道计算掘进高度H2=H1+=3950+75=4025mm巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=4300×（0.39×4300+1800）=14.96㎡巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=4450×（0.39×4450+1800）=15.74㎡（三）布置巷道内水沟和管线已知通过该断面的涌水量为160m²/h，采用0.3%的水沟坡度，根据表6-15，确定水沟深400mm、宽400mm，净断面积0.16m²，掘进断面面积0.203m²，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m³。

二、交岔点设计由设计要求可知煤矿井底车场，采用XK8-6/110A型蓄电池机电车运输，在一个双轨单侧交岔点处要求支巷对主巷的转角为45°，选用的岔型号DK625-5-15岔道的曲线半径为20m，支岔点系用料石砌碹支护。

（一）选型基本数据已知：

巷道断面为半圆拱形，其I-I断面：

B1=3600mm，b1=930mm；Ⅱ-Ⅱ断面:

B2=3500mm，b2=830mm；Ⅲ-Ⅲ断面:

B3=3700mm，b3=1030mm查表可以知道a=3251mm，b=4149mm，α=11°25′16″

（二）平面交岔点尺寸的计算计算O点到道岔中心的横轴长度D，和纵轴长度H：

D=bcosα-Rsinα=4149×cos11°25′16″-20000×sin11°25′16″=106.02mmH=Rcosα+bsinα=20000×cos11°25′16″+4149×sin11°25′16″=19600+821.50=20421.50mm计算夹角=arcos=arcos=24°47′38″从柱墩到岔心的距离L1=（R+b3）sin+D=（20000+1030）sin+106.02=8925mm解直角三角形△TNM得TN=B3cos+50+B2=3700cos24°47′38″+50+3500=6909mmNM=B3sin=3700×sin24°47′38″=1551.61mmTM===7081.08mmTM断面面积S=TM（0.39TM+）=7081.1（0.39×7081.1+1600）=30.89TM断面周长P=2.57TM+2=2.57×70811+2×1600=21.40从柱墩面刀基本轨起点的距离L1=l1+a=8925+3251=12176mm由于设计断面巷道为双轨单侧且选用的1.5t的机车所以由常理我们选斜墙斜率i=0.3则：

L0=（TN-B1）/i=（6909-3600）/0.3=11030Y=l1-l0-NM=12172-11030-1551.61=409.61设计要求支巷对主巷的转角为45°，故从道岔道起的弯道转角为：

α1=δ-α=45°-11°25′16″=33°34′44″巷道长度为L=Rα1π/180°=2000×33°34′44″=11720.90通过绘图和计算可得出交叉点断面变化特征如下，交叉点变化断面特征计算结果：

断面号净宽墙高拱高全高壁厚拱厚13600180018003600300300240001800200038003003003440018002200400030030044800180024004200300300552001800260044003003006560018002800460030030076000180030004800300300864001800320050003003009690918003454.55254.5300300TM708118003540.55340.5300300（三）计算巷道掘进工程和材料消耗量根据表6-21知第一断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V=S2×1=15.3×1=15.3m第二断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V=S2×1=14.7×1=14.7m第三断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V=S2×1=15.74×1=15.74m每米砌碹巷道砌拱所需材料[B取3600，3500，3700]第一断面：

V1=1.579（B+T`）T`=1.57×（3600+300）×300=1.57×（3.6+0.3）×0.3=1.84m³第二断面：

V1=1.579（B+T`）T=1.57×（3500+300）×300=1.57×（3.5+0.3）×0.3=1.79m³第三断面：

V1=1.579（B+T`）T=1.57×（3700+300）×300=1.57×（3.7+0.3）×0.3=1.89m³每米砌壁所需材料V`2=2h3T`=2×1800×300=2×1.8×0.3=1.08m³每米基础所需材料V3`=（m1+m2）T`+m1e=0.75×0.3+0.5×0.05=0.225+0.025=0.25m³无水沟每米填充所需材料V4`=2（m1+m2+T`+2r）Q=2（0.5+0.25+0.3+2×0.100）×0.075=0.1875m³第一断面每米填充所需材料V4`=1.27×4.35×0.075+2×1.6×0.075+0.1875=0.415+0.24+0.1875=0.8425m³第二断面每米填充所需材料V4``=1.27×4.25×0.075+2×1.6×0.075+0.1875=0.405+0.24+0.1875=0.8325m³第三断面每米填充所需材料V4``=1.27×0.075×4.45+2×1.6×0.075+0.1875=0.424+0.24+0.1875=0.8514m³有水沟每米充填基础所需材料V`4=Q=（0.5+0.25×2+2×0.3+3×0.05）×0.075=0.141m³每米基础掘进体积V`0=（m1+Q）（T+Q+e）+（m2+Q）（T`+2Q）=（0.5+0.075）×（0.3+0.075+0.05）+（0.25+0.075）×（0.3+2×0.075）=0.575×0.38+0.325×0.45=0.365m³第一断面每米砌碹巷道计算掘进体积V`=S2+V`0=15.3+0.365=15.7m³第一断面每米砌碹巷道粉面积h2=h1+h=1.6mSa`=1.57B+2h2=1.57×3.6+2×1.69=8.86㎡第二断面每米碹巷道计算掘进体积V`=S2+V0`=14.7+0.365m³=15.065m³第二断面每米砌碹巷道粉刷面积Sa=1.57B+2h2=1.57×3.5+2×h6=8.70㎡第三断面每米砌碹巷道计算掘进体积V`=S2+V`=15.96+0.365=16.325m³第三断面每米砌碹巷道粉刷面积Sa`=1.57B+2h2=1.57×3.7+2×1.6=9.01㎡拱材料消耗量：

第一断面：

Q=V1×L=1.84×0.41=0.76m³第二断面：

Q=V1×L=1.79×2.00=3.58m³第三断面：

Q=V1×L=1.89×2.00=3.78m³墙壁材料消耗量：

Q=V`2×L第一断面：

Q=V`2×L=1.08×0.41=0.45m³第二断面：

Q=V`2×L=1.08×2.00=2.16m³第三断面：

Q=V`2×L=1.08×2.00=2.16m³基础材料消耗量：

Q=V3`×L第一断面：

Q=V3`×L=0.25×0.41=0.103m³第二断面：

Q=V3`×L=0.25×2.00=0.5m³第三断面：

Q=V3`×L=0.25×2.00=0.5m³填充材料消耗量：

Q=V4×L第一断面：

Q=V4`×L=0.8425×0.４1=0.350m³第二断面：

Q=V4``×L=0.8325×2.00=1.665m³第三断面：

Q=V4``×L=0.8514×2.00=1.703m³由于设计要求我们设计如下字母代表各自的参数项目公式符号及适用数据净体积、掘进体积或基础掘进体积/m³S1、S2、S3、S4—分别为交岔点各断面在图中所示位置之净面积，掘进断面面积或基础掘进断面面积，㎡；L—为交岔点断面变化长度，m；g—为2-2或3-3正常断面之长度，一般g取2m；K—为调整系数，三心拱，K=1.04，半圆拱K=1.0；Y—基本轨起点至变化断面起点之距离，m拱顶砌筑体积/m³S1、S2、S3、S4—分别为各断面的砌筑面积，㎡；V’—为交岔点迎面砌筑，m³；S‘2、S’3、S‘4—分别为2-2、3-3、4-4断面拱顶部分净断面面积，㎡；T—为迎面砌筑厚度，m两边墙砌筑体积/m³S2-1、S2-2、S2-3、S2-4—分别为各断面两边墙但砌筑面积，㎡两边基础砌筑体积/m³S3-1、S3-2、S3-3、S3-4—分别为各断面两边基础的砌筑面积，㎡充填体积/m³S4-1、S4-2、S4-3、S4-4—分别为各断面充填面积，㎡粉刷面积/m²L1、L2、L3、L4—分别为断面的周长，m交岔点工程量及主要材料消耗量可由公式得净断面体积：

=掘进断面体积：

=m³拱消耗材料：

m³V=填充消耗材料：

=m³两边基础砌筑材料消耗：

由公式，可算出交叉点的工程量计主要材料消耗量，其结果如下：

交叉点工程量及主要材料消耗量顺序断面∕㎡长度∕m体积∕m³材料消耗量∕m³净掘进净掘进拱墙基础填充柱墩110.815.30.414.436.280.760.450.1030.350230.8933.49.34277.69325.0479.1010.092.33523.44310.3814.72.0020.7629.43.582.160.51.6654.0411.2615.742.0022.5231.4837.82.160.51.703合计325.31392.2121.2414.863.43827.15821