井巷工程课程设计斜坡道.docx
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井巷工程课程设计斜坡道
课程设计
课程名称：
井巷工程
设计题目：
斜坡道断面、支护和施工设计
学院：
国土资源工程
专业：
采矿工程
年级：
学生姓名：
指导教师：
日期：
2012年12月21日
教务处制
课程设计任务书
国土资源工程学院采矿工程专业年级
学生姓名：
课程设计题目：
斜坡道断面、支护和施工设计
课程设计主要内容：
某矿阶段斜坡道，布置在f=6~8，节理裂隙发育，中等稳固的岩层中，设备、人员、材料通道，采用WJD1.5铲运机，CTC14凿岩台车。
斜坡道内设两条动力电缆、三条通讯及照明电缆，一条4英寸压风管和一条2英寸洒水管。
断面设计：
斜坡道断面形状和支护型式的选择，斜坡道断面各部尺寸的确定，断面装备的布置，绘制斜坡道断面图（A3图幅以上）并编制工程量及材料消耗表。
编制施工说明及循环图表。
要求：
说明书用A4纸双面打印，正文四号宋体，不少于15页。
设计指导教师（签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年月日
目录
一、工程概况....4
二、斜坡道设计4
1、斜坡道线路布置形式4
2、尺寸及坡度的确定5
三、断面设计5
1、断面形状选择5
2、断面尺寸的确定.5
3、设计支护参数6
4、布置水沟和管线6
5、计算斜坡道掘进工程量和材料消耗量6
6、编制斜坡道特征表和每米斜坡道道工程量及材料消耗量表、绘制斜坡道断面施工图8
四、施工组织设计9
1、施工方案选择9
2、凿岩爆破工作9
3、工作面通风13
4、有害气体的防护措施13
5、装岩设计14
五、编制循环图表17
1、确定日工作制度17
2、确立作业方式17
3、确定循环方式和循环进度17
4、计算循环时间18
5、循环图表的编制19
六、爆破安全措施20
参考文献20
设计
一、工程概况
图二CTC14凿岩台车
图一WJD1.5型电动铲运机
某矿阶段斜坡道，布置在f=6~8，节理裂隙发育，中等稳固的岩层中，设备、人员、材料通道，服务年限为20年，采用WJD1.5铲运机（如图一所示），CTC14凿岩台车（如图二所示）。
斜坡道内设两条动力电缆、三条通讯及照明电缆，一条4英寸压风管和一条2英寸洒水管。
二、斜坡道设计
1、斜坡道线路布置形式
螺旋式斜坡道虽然具有没有缓坡段或平坡段，同样高差下螺旋式斜坡道线路短，节省工程量并且布置灵活等优点。
但其不足之处是：
视野有限，道路自始至终都处在拐弯状态，内外侧坡度不同，不利于设备和道路的维修保养，轮胎和差速器失效较快，行车安全性差。
折返式斜坡道虽然开拓工程大，掘进施工时通风和出渣条件差，但其比较平直、弯道少、视野好，可提高运行的安全性，并且有利于设备和道路的维修保养。
鉴于此坡道是运送设备、人员、材料的主要通道，从安全角度考虑，故采用折返式斜坡道，且本斜坡道为一条直道，无弯道。
2、尺寸及坡度的确定
通道的最低标高—174m，总长1002m，净断面3.6m×3.2m，正常坡度为10%。
三、断面设计
1、断面形状选择
该斜坡道是布置在f=6~8、节理裂隙发育、中等稳固的岩层中，服务年为20a，是用于运送设备、人员、材料的主要通道。
故决定选直墙三心拱断面（f0/B=1/3）。
2、断面尺寸的确定
2.1净宽度B的确定
选取斜坡道人行斜坡宽度c=1000mm;
净宽度B=3600mm
2.2三心拱参数的确定
三心拱斜坡道拱高:
h0=B/3=3600/3=1200mm
三心拱半径:
R=2491mm
r=943mm
β=56°
α=34°
2.3三心拱道墙高h1的确定
h1=2000mm
2.4斜坡道净断面积S和净周长P的确定
S=Bh1+0.262B²=10.6m²
P=2h1+B+1.329B=14.4m
2.5斜坡道掘进断面尺寸的确定
斜坡道设计掘进宽度：
B1=B+2T=3600+200=3800mm
斜坡道计算掘进宽度：
B2=B1+2δ=3800+150=3950mm
斜坡道设计掘进高度：
H1=h1+h0+T+T1=2000+1200+100+200=3500mm
斜坡道计算掘进高度：
H2=H1+δ=3500+75=3575mm
斜坡道计算掘进断面积：
S2=B2×（T1+h1）+0.262B2²=12.5㎡
3、设计支护参数
斜坡道穿过的围岩是f=6~8、节理裂隙发育、中等稳固的围岩。
所以斜坡道按全断面混凝土支护考虑，选用快硬水泥锚杆,锚杆直径φ16mm,锚杆长度1500mm,间排距0.7×0.7m,外露长度t=50mm,锚杆布置到墙角。
再用混凝土支护，支护厚度为T=100mm，斜坡道地面采用混凝土浇灌，厚度为T1=200mm。
4、布置水沟和管线
为方便排水，在本通道内布置一不对称梯形水沟，坡度和通道坡度一样为10%，水沟深300mm、水沟上宽400mm，下宽300，水沟净断面积0.1㎡，水沟掘进断面面积0.16㎡，每米水沟盖板用钢筋1.3kg、混凝土0.023m³，水沟用混凝土0.11m³。
动力电缆布置在非人行道一侧，通讯及照明电缆布置在人行道侧，洒水管布置在人行道一侧，距道渣面2000m，压风管与洒水管平行布置，且位于洒水管下。
5、计算斜坡道掘进工程量和材料消耗量
每米斜坡道拱和墙计算掘进体积
V1=S1×1=12.5×1=12.5m3
每米斜坡道墙角计算掘进体积
V2=0.2（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m3
每米斜坡道拱和墙喷射混凝土材料消耗
V3=（S1—T1B2—S）×1=（12.5—0.2×3.875—10.6）×1=1.12m3
每米斜坡道墙角喷射混凝土消耗
V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3
每米斜坡道地面浇灌混凝土消耗
V5=0.2×3.475×1=0.7m3
每米水沟混凝土消耗
V6=0.13m3
每米斜坡道喷射混凝土消耗
V=V3+V4+V5+V6=1.12+0.02+0.7+0.13=1.97m3
每米斜坡道锚杆消耗
式中P1——计算锚杆消耗周长，
P1=1.33B2+2（T1+h1）=1.33×3.875+2×（0.2+2）=9.5m；
a、a′——锚杆间距、排距，a=a′=0.7m。
故N=20.2根
每排锚杆数为：
0.7N=0.7×21.4=14.15≈14根
图一斜坡道特征表
6、编制斜坡道特征表和每米斜坡道道工程量及材料消耗量表、绘制斜坡道断面施工图
围岩类别
断面面积/m2
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
Ⅳ
10.6
12.5
3875
3575
100
快硬
50
方形
700
1500
15
14.4
表二每米工程量及材料消耗
围岩类别
计算掘进工程量/m3
材料消耗/mm
药卷/卷
粉刷面积/m2
斜坡道
墙角
锚杆数量
喷射材料/m3
Ⅳ
12.5
0.04
20.2
1.97
72
14.4
图三斜坡道断面图
四、施工组织设计
1、施工方案选择
根据矿山的实际情况，决定采用从下而上、一次成型、独头掘进的施工方案，周边空采用光面爆破。
2、凿岩爆破工作
2.1凿岩设备及工具选择
凿岩机采用1台CTC14凿岩台车，工作参数为：
总重量（不包括凿岩机）3200公斤
外形尺寸：
（运输位置）4700×1900×2300厘米
行走速度：
0.51千米/小时
最小转弯半径:
<7米
爬坡能力:
18度
支臂起落范围:
20-90度
支臂平移范围:
1600毫米
推进器回转范围:
90度
推进器最大推力:
13.7KN
工作气压:
0.5-0.7MPa
工作油压:
8--0.6MPa
总耗气量:
≤217L/S
总进气管内径:
38毫米
总进水管内径:
19毫米
（以上参数来自南京新瑞康工程机械有限公司网站）
2.2炸药及起爆器材及起爆方式选择
孔内采用延时导爆管雷管，采用塑料导爆管传爆及2号岩石炸药，起爆网路设计设计成并联网路，掏槽孔先引爆，辅助孔其次，随后是顶孔、周边孔，底孔最后引爆。
2.3凿岩爆破参数确定
2.3.1掏槽方案选择
对该斜坡道进行施工采用光面爆破的方法来掘进斜坡道。
根据掘斜坡斜坡道断面面积12.5m2掘进高3575mm,宽为3875mm。
对所要布置的掏槽眼、辅助眼、周边眼分别布设。
2.3.2掏槽眼的布设
因斜坡道岩石坚固性系数为6~8且斜坡道断面积较大，利用中深孔进行爆破故选用直眼掏槽法。
为提高掘进进度选用易于掌握且对各种岩层适应性和效果均好的菱形掏槽法，炮眼深度为3.0m。
2.3.3辅助眼的布设
为了大量崩落岩石提高炮眼利用率，故要均匀布置辅助眼，故辅助眼间距700mm，方向垂直与工作面。
2.3.4周边眼的布设/m
根据光面爆破周边眼爆破参数表及岩斜坡性质取周边眼的炮眼直径为42mm，炮眼间距为600mm,最小抵抗线为700mm,装药量为0.15kg且底眼眼口高于斜坡道底板200mm，以防止灌水。
底眼炮眼间距为600mm。
2.3.5炮孔直径及药包直径
凿岩台车钻孔直径选为43mm，使用炸药2号岩石炸药，炸药直径选用35mm。
2.3.6眼深度及数目
掏槽孔深3.0m，其他孔深2.8m经计算炮孔数为36个，而在设计断面上作炮孔布置图，得出炮孔总数为38个，基本相等。
2.3.7爆破图表的编制
使用2号岩石炸药，炸药单耗取1.15kg/m3，经计算每循环炸药总消耗量为43.7kg，爆破各项参数见表一。
炮孔名称
孔数
/个
与工作面夹角
/°
炮孔长/m
炮孔深/m
装药量
起爆顺序
连线方式
装药结构
周边孔起爆
单孔
小计
重量/kg
重量/kg
空孔
1
90
3
3
毫秒雷管一次引爆
连续反向装药
周边孔为间隔装药
掏槽孔
4
90
3
3
2.0
8.0
Ⅰ
辅助孔
11
90
2.8
2.8
1.7
18.7
Ⅱ
顶孔
8
向外5
2.81
2.8
0.42
6.3
Ⅲ
周边孔
7
向外5
2.81
2.8
底孔
6
向外5
2.81
2.8
1.7
10.2
Ⅳ
总计
38
104.8
104.6
42.2
表三平斜坡掘进的各项参数
序号
名称
单位
数量
1
设计掘进断面
m2
20.7
2
岩石坚固性系数
6-8
4～6
3
工作面瓦斯情况
%
低瓦斯
4
工作面涌水情况
m3/h
无地下水影响
5
炸药和雷管类型
2号岩石硝铵炸药，毫秒延时雷管
2.3.8
炮孔布置图
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
80
每米斜坡道炸药消耗量
kg/m
14.6
循环进尺
m
2.4
每循环炮眼总长
m/循环
104.8
每循环爆破实体岩石
m3
38.0
每立方米岩石雷管消耗量
个/m3
3.0
炸药消耗量
kg/m3
1.15
每米斜坡道雷管消耗量
个/m
37.63
图四炮孔布置图
3、工作面通风
长距离、无轨运输、独头通道通风方式的好坏，是通道正常掘进的重要因素，为此应该保证如下措施：
（1）弯道风筒要求保持较大的曲率半径。
（2）风筒悬挂力求平、直、紧、稳。
（3）减少甚至杜绝风筒漏风
（4）尽量增加每节风筒的长度，减少风筒接头数，随着工作面的前进的短段风筒，积累到足够长度时，按即时更换长风筒。
（5）要选择科学的接头方法，如多反边接头，配合适宜的黏合剂，确保接头质量。
（6）选择密封优良的风筒，及时粘布风筒上的漏洞，并保证粘补质量。
（7）尽量减少人与设备给风筒造成的损伤。
（8）降低了风筒的风阻，减少甚至杜绝了漏风。
局扇就会将足够的新鲜风送到工作面，保证施工的需要。
（9）在保证设施和人员安全运行间隙的其前提，要尽量选择断面大的风筒。
4、有害气体的防护措施
4.1采用水封爆破或放炮喷雾
炸药爆炸时会形成高温高压环境，水封爆破时产生的水雾，在高温高压下与一氧化碳发生反应生成二氧化碳和氢气，可以有效地降低炮烟中的一氧化碳浓度。
由于爆破产生的某些有毒气体易溶于水，因此在放炮时，采用自动喷雾设施进行喷雾，既能起到降尘作用，又能有效地减少有毒气体含量，使炮烟毒性降低。
4.2保证炮孔堵塞长度和堵塞质量
保证炮孔堵塞长度和堵塞质量，能够使炸药发生爆炸时，介质在碎裂之前，装药孔洞内保持高温、高压状态，有利于炸药充分反应，减少有毒气体生成量。
而且足够的堵塞长度和良好的堵塞质量，还会减少未反应或反应不充分的炸药颗粒从装药表面抛出反应区，也会降低空气中的有毒气体含量。
4.3采用反向起爆方式
采用反向起爆方式时，炮泥开始运动的时间比正向起爆推迟，间接地起到了增加炮孔堵塞长度的效果，使炸药反应完全程度提高，从而降低有毒气体生成量。
4.4控制炸药的外壳材料重量
为了防潮，粉状炸药通常采用涂蜡纸壳包卷，由于纸和蜡均为可燃物质，夺取炸药中的氧，易使炸药在爆炸时成分负氧平衡反应。
在氧量不充裕的情况下，将会产生较多一氧化碳气体，因此，限定每100g炸药的纸壳重量和涂蜡量分别不超过2g和2.5g。
5、装岩设计
岩石斜坡道施工中，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%，因此装岩在岩石斜坡道施工中意义重大。
5.1装岩设备选择
由于该斜坡道较宽、较高，断面大，爆破岩体体积多。
故选用WJD-1．5型电动铲运机。
5.2WJD-1．5型电动铲运机特点
图五WJD-1．5型电动铲运机结构图
这种装岩机是采用耐切割光面橡胶轮胎行走，前后桥同时驱动，中间铰接转向，前置铲斗和前卸式的井下斜坡道装运矿石设备，适用于阶段崩落法、空场法、房柱法、留矿法和分层充填法等采矿方法的回采出矿和斜坡道掘进出碴，以及工作场地和道路的修筑平整、材料运输等辅助作业。
整机采用f380伏交流异步电动机为动力源；美国DANA公司的液力变矩器和动力换档变速箱+徐州美驰驱动桥的动力传动系统；行车制动器采用湿式多盘制动器，性能可靠免维护；制动液压系统；采用美国Mico公司的液压制动系统；铲斗的前刃和侧刃均为瑞典~HARDOX500耐磨钢板，保证了铲斗的耐磨性。
该机可进行铲、装、运、卸一体作业，具有结构紧凑、操作方便、作业功效高、能耗低、无废气污染等优点。
5.3装岩机
由于斜坡道一次性爆破实体岩石体积为62.1m3小于90m3，故选用一电动铲运机。
5.4铲运机技术特征：
（以上参数来自济宁中科矿山机械制造场官网）
五、编制循环图表
1、确定日工作制度
最近十几年来，有的矿井根据斜坡道施工特点和分配制度的改革，实行了按工作量分班的“滚班制”，即每个班的工作量是固定的，其工作时间是可变的。
何时完成额定工作量则何时交班，不再是按点交接班。
班组的考核不再是以工作时间为指标，而是以实际完成的工作量为指标，并直接以职工的工资和奖金挂钩。
“滚班制”该变了过去工作制中的分配不公现象，调动了职工的积极性，但也给管理工作带来了一定的难度。
它要求正在施工的班组在完成工作量之前一小时就要电话通知工区值班室，值班员再通知下一班职工做好接班准备。
我们这里采用“四六制”。
2、确立作业方式
在工作制确定以后，要根据斜坡道设计断面和地质条件、施工任务、施工设备、施工技术水平和管理水平，进行作业方式的比选，确定斜坡道施工的作业方式。
我们这里采用平行作业方式。
3、确定循环方式和循环进度
斜坡道掘进循环方式可根据具体条件选用单循环（每班一个循环）或多循环（每班完成两个以上的循环）。
由于岩斜坡施工中大型设备日渐增多，单循环的方式应用的更为普遍。
当采用超深孔光爆是，亦可能为多个小班一个循环。
我们这里采用一个班一个循环。
在斜坡道施工中，每个循环使斜坡道向前推进的距离称为循环进度，又称循环进尺。
循环进尺主要取决于炮眼深度和爆破效率。
采用凿岩台车配以高效凿岩机时，采用2.0~3.5m的中深孔爆破，对提高掘进速度更为有利。
4、计算循环时间
确定了炮眼深度，也就知道了各主要工序的工作量，然后可根据设备情况、工作定额（或实测数据）计算各工序所需要的作业时间。
在所需的全部工作时间中，扣除能够与其他工序平行作业的时间，便是一个循环所需的时间T，即：
T=T1+T2+φ（t1+t2）+T3+T4+T5
式中T1—安全检查及准备工作时间，亦即交接班时间，这里取10min。
T2—装岩时间，min。
t1—钻上部眼时间，min。
t2—钻下部眼时间，min。
φ—钻眼工作单行作业系数。
钻眼、装岩平行作业时，φ值一般为0.3~0.6；钻眼装岩顺序作业时，φ值等于1。
T3—装药连线时间，min。
T4—爆破通风时间，一般为15~20min,这里取20min。
T5—支护时间，如果临时支护或永久支护占用循环时间，也应该包括在内，单位为min。
5、循环图表的编制
表六循环图表
根据以上的计算及初步确定的数据，即可编制循环图表。
图表名称为：
某矿斜坡道掘、支（砌、喷）平行（或顺序）作业循环图表。
表上有工序名称一栏，施工的各工序按顺序关系自上而下排列；第二栏自上而下为与各工序对应的工作量；第三栏为自上而下与工序对应的各工序的所需时间；第四栏为用横道线表示的各工序的时间延续和工序间的相互关系。
编制好的循环图表，需在实践中进一步检验修改，使之不断改进、完善，真正起到指导施工的作用。
下面是该斜坡道的掘喷平行作业循环图表。
六、爆破安全防护措施
1.爆破前应发出预爆信号和爆破信号，确保所有人都撤出到安全距离以外，才能进行爆破；
2.爆破后应等炮烟排除干净后，才能前去进行清理工作；
3.由于采用炸药为岩石炸药，因此发生盲炮后，必须由专职爆破
员进行处理。
处理方法为：
（1）能够重新引爆的，加大警戒范围，重新加入起爆体引爆。
（2）不能重新引爆的炮孔，采用高压风吹出堵塞炮渣，取出起爆雷管，并将炸药取出。
（3）严禁采用木棍硬捣起爆药卷。
参考文献
《井巷工程》教材
《采矿设计手册》井巷工程卷
《冶金矿山井巷设计参考资料》冶金工业出版社
《井巷设计》淮南煤炭学院
《井巷工程施工手册》煤炭工业出版社
《井巷掘进》冶金工业出版社
《井巷工程》煤炭工业出版社
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