昆明理工大学井巷工程课程设计.docx
《昆明理工大学井巷工程课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《昆明理工大学井巷工程课程设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
昆明理工大学井巷工程课程设计
课程设计
课程名称：
井巷工程
设计题目：
斜井断面、支护和施工设计
某铁矿斜井设计
学院：
国土资源工程学院
专业：
采矿工程
年级：
2013级
学生姓名：
指导教师：
张成良
日期：
2015.11.21-2015.11.29
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2013年级
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
某铁矿斜井断面、支护和施工设计
课程设计主要内容：
某铁矿年产量240万t，服务年限35a，斜井开拓。
井筒穿过的岩石为砂岩、砾岩、石灰岩等，稳固性较好。
斜井为主要提升井，提升高度为240m，多中段提升选用皮带。
井筒内设ø300mm压风管一条，ø250mm排水管两条，ø150mm供水管及放水管各一条，四条动力电缆，三条电信线。
井筒通过的风量175m³。
断面设计：
斜井断面形状和支护型式的选择，井筒断面尺寸的确定；风量校核，支护厚度的选择，管缆布置；绘制井筒断面图（手工，A3以上图幅），编制工程量及材料消耗表；编制施工说明书及循环图表。
要求：
说明书用A4纸双面打印，正文用四号宋体。
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、设计目的……………………………………………………………4
二、工程概况及设计要求………………………………………………4
三、斜井巷道断面的设计………………………………………………4
3.1已知参数…………………………………………………………5
3.2巷道断面形状的选择……………………………………………5
3.3断面布置原………………………………………………………8
3.4确定巷道净断面尺寸……………………………………………9
3.5风量校核…………………………………………………………10
3.6支护厚度的选择…………………………………………………11
3.7管缆布置…………………………………………………………11
3.8确定巷道掘进断面尺寸…………………………………………11
3.9计算巷道掘进工程量及材料消耗量……………………………12四、斜井巷道断面的施工………………………………………………13
4.1爆破参数的确定…………………………………………………13
4.2爆破说明书………………………………………………………14
五、绘制巷道断面施工图及编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表……………………………………………………………………17
六、施工组织及编制循环图表………………………………………18
6.1施工组织…………………………………………………………18
6.2劳动组织……………………………………………………186.3循环组织及编………………………………………………20
七、结束语……………………………………………………………20
八、参考文献…………………………………………………………21
一、设计目的
为了使我们对《井巷工程》这门课程中所学的基本知识、基本理论及基本方法有个全面系统的掌握，并进行井巷设计和施工设计。
通过本设计，我们将对《井巷工程》课程有个深入的全面的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料，此外，设计的重大意义还在于提高我们独立思考、认真做事、查缺补漏合理解决设计中出现问题的能力，使我们对《井巷工程》这门课程有一个更全面、更深刻的认识。
对该门课程所学到的知识、技能初步达到一个学以致用的目的。
课程设计还为我们提供了模拟测试的机会，为我们日后真正走上工作岗位少犯错奠定了基础。
二、工程概况及设计要求
某铁矿年产量240万t，服务年限35a，斜井开拓。
井筒穿过的岩石为砂岩、砾岩、石灰岩等，稳固性较好。
斜井为主要提升井，提升高度为240m，多中段提升选用皮带。
井筒内设ø300mm压风管一条，ø250mm排水管两条，ø150mm供水管及放水管各一条，四条动力电缆，三条电信线。
井筒通过的风量175m3。
断面设计：
斜井断面形状和支护型式的选择，井筒断面尺寸的确定；风量校核，支护厚度的选择，管缆布置；绘制井筒断面图（手工，A3以上图幅），编制工程量及材料消耗表；编制施工说明书及循环图表。
要求：
说明书用A4纸双面打印，正文用四号宋体。
三．斜井巷道断面的设计
井巷断面主要根据井巷运输设备类型、外廓尺寸、人行道宽度、梯子间尺寸、各种管道电缆等配置要求、安全间隙和采用的支护型式等因素进行合理布置，并用允许风速进行校验后确定。
斜井：
与地表直接相通的倾斜巷道。
按其用途及装备的不同，可分为矿车斜井、箕斗斜井、胶带输送机斜井、通风、排水、材料和充填斜井等。
斜井断面形状与水平巷道基本相同。
对有人员上下的斜井，当倾角小于30。
、垂直深度超过90m或倾角大于30。
，垂直深度超过50m时，在斜井内通常应设置运送人员的设施。
在矿车（串车组）斜井上、下部停车场应设置阻车器，在下部车场还要设安全硐室；胶带输送机斜井内，其一侧应设一条与胶带输送机平行的材料运输线或一条检修人行道；钢绳牵引胶带输送机斜井兼作人员运输时，在上下人员处的20m区段内，胶带到斜井顶板净高应不小于1．4m，行驶区段内净高不小于1m，宽度不小于0．8m，并设安全围栏及明显的上下人员标志与信号，在人员下机前2m处设有安全停车装置。
3.1已知参数
1）.年生产能力为240万吨铁矿石，服务年限35年。
2）.井筒穿过的岩石为砂岩、砾岩、石灰岩等，稳固性较好。
3）.斜井为主要提升井，提升高度为240m，多中段提升选用皮带。
4）.井筒内设ø300mm压风管一条，ø250mm排水管两条，ø150mm供水管及放水管各一条，四条动力电缆，三条电信线。
5）.井筒通过的风量175m³。
3.2巷道断面形状的选择
斜井井筒断面布置原则是：
设备之间的安全间隙要符合《煤矿安全规程》的要求，保证提升安全可靠；便于设备的检修和维护；满足通风要求和上下人员的安全。
我国矿井下使用的巷道断面形状,按其结构的轮廓可分为折线型和曲线型两大类.前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半圆拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等。
断面形状
适用条件
半圆供形
目前开拓，准备巷道，而硐室普片采用的断面形状，多在顶压大侧压小，无底鼓得条件下使用。
圆弧拱形
由于光爆锚喷支护的推广，拱部成型好，施工方便，多用于准备巷道。
当跨度较大时，较半圆拱形断面利用率高。
三心圆拱形
与半圆拱形相比，拱顶承压能力差，但断面利用率较高，适用于围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室。
梯形
顶板暴露面积较矩形小，可减少顶压，能承受稍大的侧压，多用于采区巷道。
矩形
断面利用率较高，多用于顶压，侧压都较小，维护时间不长的回采巷道。
马蹄形
用于围岩松软，有膨胀性，顶、侧压力很大，且有一定底压的巷道。
圆形
围岩松软、四周压力均很大，用其他形状不能抵抗围岩压力时采用。
椭圆形
当巷道四周压力很大，且分布不均时，根据顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置。
不规则形
在薄煤层中，为了不破坏顶板，使顶板保持一定的稳定性，断面形状视煤层赋存条件而定。
（摘自采矿设计工程设计手册）
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作业在巷道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。
一般情况下，作用在巷道上的地压和方向在选择巷道断面形状是起主要作用。
当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面：
当顶压较大、侧压较小时，则选用直樯拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形等封闭式断面。
矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响道巷断面形状的选择。
木架和钢筋混凝土棚子，多适用于梯形和矩形断面。
掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。
目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位，它能适应任何新装的断面。
近年来，由于锚喷支护广范应用，为了简化设计和有利于施工，巷道端面多采用半圆拱和圆形拱，三心拱也逐渐被淘汰。
在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是最为合适的。
在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力较小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。
在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面降低造价并有利于加快施工速度。
综上所述:
选择巷道断面尺寸应考虑诸多因素,联系以上所有因素和已知参数,根据《采矿设计手册》，年产量在240万t其服务年限应在35年，该运输大巷穿过稳固性较好的砂岩、砾岩和石灰岩，其岩石坚固性系数又在6-8之间，因此选择直墙圆拱最合适。
3.3断面布置原则
斜井井筒断面布置原则是：
设备之间的安全间隙要符合《煤矿安全规程》的要求，保证提升安全可靠；便于设备的检修和维护；满足通风要求和上下人员的安全。
胶带输送机斜井井筒断面布置：
在胶带输送机斜井中，井筒内除安设胶带输送机外，还应铺设检修道，以便升降在安装、检修中所需要的设备。
有的矿井检修道还兼作提升人员的人车道。
根据胶带输送机、检修道和人行道相对位置的不同，普通胶带机斜井井筒断面有三种布置形式，如图1-1所示。
比较三种布置形式可知，图1-a的布置形式有利于检修输送机和轨道，又便于设备的装卸和撒煤的清理。
因此大多数普通胶带机斜井都采用这种布置方式。
图1普通胶带机斜井断面布置形式
a1、a2、a3、e—提升设备至井帮的距离；
B1、B2—胶带机宽度；
C1、C2、C3—人行道宽度；
D—矿车宽度；
普通胶带输送机的单机长度都不超过400m，不能适应长距离大量的要求。
为增加运输距离，可以把几台普通胶带输送机串连使用，但这种加长运距的方式给井筒开凿（增加搭接硐室）、线路维修和操作带来很大不便。
目前大型胶带斜井都采用钢绳芯胶带输送机和钢绳牵引胶带输送机，其断面布置方式同图1-a，单机长度已达12km，最长的已达19.2km。
3.4确定巷道净断面尺寸
（1）、巷道净宽度B。
查《采矿设计手册-井巷工程卷》第二章斜井第六节带式输送机斜井，得到相应的参数。
胶带支承架上缘到拱顶壁墙宽度a′=503mm；胶带支承架到井壁直墙的宽度a=554mm；检修道的运输设备外形最大宽度A1=1340mm；带式输送机支承架外形最大宽度A2=1360mm；有轨或无轨设备外缘与井壁间隙c=c′=300mm；带式输送机斜井人行道的宽度d=1000mm。
胶带中心与检修道中心的距离：
b=（A1+A2）/2+d=1850mm；
胶带中心线与井壁的间隙：
a1=A2/2+a=1230mm；
胶带中心线与井筒中心线间隙：
b1=B/2–（a+A2/2）=1130mm；
检修道中心线与井筒中心线距离：
b2=B/2–（c+A1/2）=893mm；
检修道中心线与井壁的距离：
c1=c+A1/2=970mm；
混凝土地面厚he，he≥100mm；查《采矿设计手册》第11章井巷工程表11-23得he=300mm；
故巷道净宽度B：
B=a1+b+c1=1230+1850+970=4050mm。
（2）、确定巷道拱高h0
半圆巷道拱高:
h0=B/2=4050/2=2025mm ;
半圆拱半径:
R=h0=2025mm
（3）、确定巷道壁高h3
井筒墙高：
h3圆弧=1900+h5+[R-（R2-（B/2-100）2）1/2]–f0=2860mm；
（4）、确定巷道净断面积S
S=B（0.39B+h2）
式中h2——砟面以上巷道壁高
h2=h3－h5=2860－320=2540mm；
故S=4050×10-3（0.39×4.05+2.54）=16.89m2；
3.5风量校核
井巷中的允许风流速度
井巷名称
允许风速/（m/s）
最低
最高
无提升设备的风井和风硐
15
专为升降物料的井筒
12
风桥
10
升降人员和物料的井筒
8
主要进、回风巷
8
架线电机车巷道
1.0
8
运输机巷，采区进、回风巷
0.25
6
采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中的岩巷
0.15
4
其他通风人行巷道
0.15
表1井巷中的允许风流速度
查《井巷工程》表1-10知专为升降物料的井筒，主要斜坡道最大风速不超过12m/s
允许最高风速:
Vm=12m/s
已知通过巷道风量:
Q=175m³/s
代入公式得:
V=Q/S=175/16.89=10.36m/s；则V3.6支护厚度的选择
锚杆支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，二和又可单独使用，成为锚杆支护与混凝土支护。
锚杆支护还可与金属网联合进行支护。
它具有施工速度快、施工机械化高、成本低及节约材料等优点。
本巷道穿过坚固性系数为6-8的中等稳定的石灰岩、砂岩、砾岩，因此选择的是锚喷支护。
选用快硬水泥锚杆，端头锚固长度400mm,锚杆直径φ16mm,锚杆长度1500mm,间排距0.7×0.7m锚杆布置到墙角。
喷层厚度100mm
3.7管缆布置
井筒内设ø300mm压风管一条，ø250mm排水管两条，ø150mm供水管及放水管各一条，四条动力电缆，三条电信线。
ø150mm供水管及放水管布置在人行道一侧，用锚杆悬挂，ø300mm压风管与供水管平行布置且位于供水管之上。
ø250mm排水管两条平行布置在人行道一侧，用锚杆悬挂，且位于压风管之上。
四条动力电缆布置在非人行道一侧，用电缆架悬挂；三条电信线布置在人行道一侧。
3.8确定巷道掘进断面尺寸
由计算公式得：
巷道设计掘进宽度：
B1=B+2T=4050+2100=6150mm
巷道计算掘进宽度：
B2=B1+2&=6150+275=6245mm
巷道设计掘进高度：
H1=H+h5+T=3350+320+2100=5770mm
巷道计算掘进高度：
H2=H1+δ=5770+75=5845mm
巷道设计掘进断面积：
S1=B1（0.39B1+h3）=6.15（0.39×6.15+2.86）=17.97㎡
巷道计算掘进断面积：
S2=B2（0.39B2+H3）=6.24（0.39×6.24+2.86）=18.6㎡。
3.9计算巷道掘进工程量及材料消耗量
每米巷道拱和墙计算掘进体积
V1=S2×1=18.6×1=18.6m3
每米巷道墙角计算掘进体积
V3=0.2（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m3
每米巷道拱和墙喷射混凝土材料消耗
V2=[1.57（B2－T1）T1+2h3T1]×1
=[1.57×（6.24－0.1）×0.1+2×1.8×0.1]×1=1.07m3
每米巷道墙角喷射混凝土消耗
V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3
每米巷道喷射混凝土消耗
V=V2+V4=1.07+0.02=1.09m3
每米巷道锚杆消耗量
N=（P1+M）/（M·M′）
P1——计算锚杆消耗周长
P1=1.57B2+2h3=1.57×6.24+2×1.8=10.8m
M——锚杆间距M=0.7m
M′——锚杆排距M′=0.7m
N=（10.8+0.7）/0.7×0.7=24根
折合重量为：
W=N[（L+0.1）∏（D/2）r]
=24[（1.4+0.1）×3.1416×（0.016/2）×7850=56.8
L—锚杆有效长度L=1.4m0.1为锚杆露出长度
D——锚杆直径D=0.016m
r——锚杆材料容量r=7850kg/m3
每排锚杆数量:
n=N×0.7≈17根
每米巷道锚杆快硬水泥卷消耗量
24根×3卷/根=72卷
（每个水泥卷规格：
直径×长×重=φ37×200mm×108g）
每米巷道粉刷面积：
Sn=1.57B3+2h2
B3——计算净宽度
B3=B2－2T=6.24－2×0.1=6.22mm
Sn=1.57×4.41+2×1.6=10.1m2。
四、斜井巷道断面的施工
4.1爆破参数的确定
1）掏槽眼的布设
因巷道岩石坚固性系数中等且巷道断面积较大，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2.7m。
2）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。
辅助眼间距550mm，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。
一圈辅助眼眼间距为600mm，二圈辅助眼眼间距为550mm。
3）周边眼的布设
根据光面爆破周边眼爆破参数表及岩巷性质取周边眼的炮眼直径为42mm，炮眼间距为550mm,最小抵抗线为700mm,炮眼密集系数为0.8，装药量为0.15kg/m且底眼眼口高于巷道底板150mm以防止灌水和利用钻眼且低于底板标高150mm底眼炮眼间距为450mm和500mm。
综上所述布置炮眼图（附表2）。
并且掏槽眼、崩落眼、控制光面爆破的崩落眼和周边眼（顶，帮）的每眼装药数量的比例大致为4：
3：
2：
1。
4.2爆破说明书
（1）巷道钻眼爆破材料选择
钻眼爆破器材一览表
器材名称
雷管
炸药
凿岩机
型号
8号
2号岩石硝铵炸药
CGJ—2凿岩台车
凿岩台车优点如下：
高效性：
钻速快，质量高。
灵活性：
退进自由，速度，推动力可控制；可凿不同方向的炮眼。
普遍性：
实用于钻任何炮眼，可钻较深、直径大的炮眼。
环保性：
能大力改善工作环境，消除油雾水气，噪音小。
爆破参数确定
掏槽方法：
由于该巷道岩层坚硬系数为6～8，故选用直眼掏槽中的菱形掏槽。
炮眼直径、深度：
因选用CGJ－2型凿岩台车打钻，故炮眼直径为42mm；深度为2.7m。
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
（2）爆破网路计算与设计
因为选用串联式电爆网路连接方式，故选用电容式发爆器。
I=U/（nr+nR）
I——通过每个雷管的电流U——发炮电源电压
n——串联雷管个数r——每个雷管全电阻
R——母线电阻R1与电源内阻R2之和
表2爆破原始条件
名称
单位
数量
名称
单位
数量
巷道的掘进断面
m2
13.2
炮眼数目
个
45
岩石的坚固性系数发
4--6
雷管数目
个
44
炮眼深度
m
2.0
总装药量
（2号岩石硝铵炸药）
kg
27.5
表3装药量及起爆顺序
眼号
眼名
眼数
/个
眼深
/m
装药量
起爆顺序
联线方式
装药结构
单孔
小计
卷数
/个
质量
/kg
卷数
/个
质量
/kg
1
空眼
1
2.2
串联
连续
反向装药
2-5
掏槽眼
4
2.2
7
1.05
28
4.20
一
6-11
一圈辅助眼
6
2.0
5
0.75
30
4.50
二
12-22
二圈辅助眼
11
2.0
5
0.75
55
8.25
三
31，32，44，45
帮眼
4
2.0
2
0.30
8
1.20
四
33-43
顶部眼
11
2.0
2
0.30
22
3.30
五
23-30
底眼
8
2.0
5
0.75
40
6.00
六
表4预期爆破效果
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
91.0
每米巷道耗药量
kg/m
13.8
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
91.0
每米巷道耗药量
kg/m
13.8
每循环工作面进尺
m
1.7
每循环炮眼总长度
m
92
每循环爆破实体岩石
m3
16
每平米岩体耗雷管量
个/m2
2.5
炸药消耗量
kg/m3
1.6
每米巷道耗雷管量
个/m
22.0
五、绘制巷道断面施工图及编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表
表五运输大巷每米工程量及材料消耗量
围
岩
类
别
围岩
松动
圈/m
计算掘进
工程量/m3
锚
杆
数
量
/根
材料消耗
粉
刷
面
积
/m
喷射混凝土/m3
锚杆
巷
道
墙
脚
钢
筋
/Kg
快硬水泥卷/个
Ⅲ
1.0~1.4
16.6
0.04
24
1.09
56.8
72
10.1
表六运输大巷特征
围岩类别
围岩松动圈m
断面/m3
设计掘进尺寸/mm
喷射厚度/mm
锚杆/mm
净
周
长/m
净断面
设计掘进
宽
高
形式
外露长度
排列方式
间
排
距
离
长
度
直
径
Ⅲ
1.0～1.4
13.9
15.8
4460
4030
100
快硬
100
正方形
700
1500
Φ16
14.1
六、施工组织及编制循环图表
6.1施工组织
根据本巷道围岩稳定、中硬岩石，三个班生产，一个班检修，并配备工长、班长及维修工各一名。
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作和故障的排除。
6.2劳动组织
如下表
表七劳动组织
一
二
三
四
合计出勤
钻眼
2
2
2
6
装药联线放炮
2
2
2
6
装岩
1
1
1
3
转载运输
2
2
2
6
轨道工
2
2
验收员
1
1
防尘员
2
2
支护工
9
9
9
27
机修工
1
1
1
3
6
运料工
4
4
班长
1
1
1
1
4
工长
1
1
1
1
4
合计
19
19
19
14
68
喷射混凝土施工的人员组成情况可参照配备
表八喷射混凝土施工劳动组织
工种
职务
人数
备注
喷射混凝土
班长
1
负责全面工作
喷射机司机
1
喷射手
2
其中一名助手
上料
3
向上料装置上料
运输
运输混合料
1
搅拌
辅助
搅拌机司机
1
配料
7
电工
1
钳工
1
6.3循环组织及编制循环图表
根据钻眼、装药、联线速度；巷道一次性爆破岩体体积、装岩运输速度知，工作制度应定为：
“四六制”。
此巷道的掘进方式为多循环（每班完成两个循环）；循环进尺为5m，日循环为15m。
计算循环时间
T=T1+T2+
升级会员 