井巷课程设计.docx
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井巷课程设计
绪论
工程概况：
某金属矿年设计生产能力200万t，斜井开拓，采用两翼对角式通风，井下最大涌水量为500m3/h，第二水平东运输大巷长度1600m，双轨运输，服务年限为30年，通过的流水量为192m3/h，风量为40m3/s；采用ZK14/250直流架线电机车牵引YGC4（9）矿车运输。
巷道内设两条动力电缆，三条通讯及照明电缆，铺设一直径Φ为200mm的压气管和一直径Φ为100mm的供水管。
设计的大巷穿过中等稳固岩层，岩石坚固性系数=5。
采用支护形式为：
喷锚支护。
公司制度为：
四六工作制。
巷道为独头掘进，掘支平行作业，进度要求至少450米/月。
巷道掘进过程中可能遇到特殊地质条件段：
断层破碎带，裂缝中不含泥土等杂质，30米，请设计此段施工方案。
编制依据：
1、矿山井巷工程施工及验收规范（GBJ213－90）
2、煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT5009－94）
3、工程测量规范（GBJ50026－93）
4、质量控制标准（GB50164－92）
5、土方与爆破工程施工及验收规范（GBJ201－83）
6、砼工程施工及验收规范（BGJ50204－92）
7、锚杆喷射混凝土支护规范（GBJ86－85）
8、金属非金属矿安装工程质量检验评定标准（MT5010－95）
9、施工公司的技术装备，施工经验，队伍素质以及现有施工条件。
编制原则：
1、切实执行国家及冶金工业有关矿山建设的各项方针，技术经济政策，突出以经济效益为中心，以施工方案优化为重点的工程管理和施工。
2、加强施工现场管理，统筹安排生产准备，大型设备材料进场，生产和生活的科学安排，并要切实加强辅助工程的配合，减少机电事故，保证正规循环作业。
3、充分利用时间和空间，优选施工方案和方法，合理组织矿井建设全过程的各个环节，各项工作，认真组织井巷，土建和机电安装三类工程平行交叉作业和均衡施工，形成综合生产能力，抓住主要矛盾线，缩短建井工期。
4、吸取国内外矿井建设的先进经验，大力推广国内外行之有效的技术、新材料、新工艺、新装备、不断提高职工的技术素质，不断提高施工的机械化程度，改善劳动条件，努力提高劳动生产率。
5、因地制宜，就地取材，降低工程成本，节约原材料，妥善处理劳务关系，做好人力、物力、财力的综合平衡，确保工程连续均衡施工。
6、尽量利用永久设施，减少大临工程投资。
认真做好环境保护和灾害预防工作。
7、在工作安排上要做到四个优先（被利用的永久工程、工期长的工程、安装任务重的工程、大型基础及地下工程），四个不停（矿井关键线路不停、井筒装备提升不停、井巷交替施工运输不停、单位工程一气呵成连续作业不停），力争做到劳动力，施工设备及用转材料的基本平衡。
第1章.巷道断面设计
1.1.选择巷道断面形状
平巷断面形状的选择主要取决于以下三个方面的因素：
⑴巷道所穿过的围岩的性质以及地压的大小和方向；
⑵巷道的用途与服务年限的长短；
⑶支护形式，支架的材料以及巷道断面的利用率。
根据要求，年产200万吨的中段双轨运输巷道，服务年限30年以上，采用900mm轨距双轨运输巷道，穿过稳定性好的岩层且裂隙中等发育，岩石坚固性系数f=5,采用喷锚支护，故选取半圆拱形断面。
1.2、确定巷道净断面尺寸
1.2.1双轨巷道净宽度B
B0=2b+b1+b2+m（《井巷工程》P6公式1-1）
b—运输设备的宽度mm
b1—运输设备到支护体的间隙mm
b2—人行道的宽度mm
m—两列对向行驶的列车最突出部分的间距mm
查现代采矿机械设备实用手册P873页得：
ZK14/250架线式电机车尺寸：
长×宽×高=5000mm×1360mm×1600mm
YGC4-9固定式车厢矿车尺寸：
长×宽×高=3700mm×1330mm×1550mm
所以：
b=1360mm
b1=600mm（根据《井巷工程》P8表1-2查找）
b2=800mm（根据《井巷工程》P8表1-3查找）
m=600mm（根据《井巷工程》P8表1-2查找）
带入数据得B0=2×1360+600+800+600=4720mm
所以巷道净宽
B0=4720mm，取整为B0=4800mm
验算双规运输线路中心距:
F=b+m=1360+600=1960>1600,合格。
1.2.2双轨巷道净高度H0
H0=f0+h3-h5（《井巷工程》P-8公式1-2）
f0—拱形巷道拱高mm,由于采取半圆形拱，所以f0=B0/2=2400mm
h3—拱形巷道墙高mm,
H5—巷道铺轨道碴厚度mm，h5=250mm（根据《井巷工程》P12表1-8查找）
（1）根据电机车架线高度要求确定墙高h3
根据选择的运输设备，查表得电机车要求的架线弓子高度为H1=2000mm
又跟据所用矿车选择钢筋混凝土轨枕，轨面水平至底板之间距离
h6=420mm,（根据《井巷工程》P12表1-8查找）
地板水平至道碴水平距离之间距离
h5=250mm
所以h3=H1+h6-
（《井巷工程》PP-10公式1-3）
式中：
r—半圆拱的半径，r=f0=2400mm
k—架线弓子宽度的一半，k=400mm
A=b/2+b1=1360/2+600=1280mm
带入数据得:
h3=H1+h6-
=1988mm
（2）根据管路要求确定墙高h3
h3=1900+h1+h5-D/2-
（《井巷工程》P-19）
式中：
h1—管道占用的垂直距离，等于压风管路和供水管路直径之和。
h1=200+100=300mm
D--管道法兰盘直径，D=300mm
b1—管道法兰盘与支架的间隙，因管道直径在150~250之间，所以
b1=0mm
c—在人行道一侧的线路中心至墙的距离
c=b2+b/2=1000+1360/2=1680mm
带入数据计算h3
h3=1900+300+250-150-374=1836mm
（3）根据行人要求确定墙高h3
h3=1900+h5-
（《井巷工程》P-19）
=1900+250-680=1470mm
综合以上
（1），
（2），（3）中所计算的h3取最大值为：
h3=1988mm，取整为h3=2000mm
所以计算巷道净高为：
H0=f0+h3-h5=4130mm，取整为H0=4200mm
1.2.3巷道净横断面积与风速校核
巷道横断面净面积为：
S净=
/2+4800×2000=18600000mm2
=18.6m2
风速校核：
v=Q/S净=40/18.6=2.15m/s＜6m/s
所以该巷道满足风速要求，无需修改断面尺寸。
1.2.4巷道水沟设计
根据巷道中最大涌水量为500m3/h,且水沟采用混凝土支护，所以最大水流速度在5m/s~10m/s之间。
（1）按照满足最大涌水量设计水沟尺寸。
最大涌水量为0.14m3/s
设计水流速度为5m/s；水沟的利用系数取0.7
所以水沟的横截面积为：
S=0.14/0.7/5=0.04m2=40000mm2
水沟的坡度取30/00
水沟建设在人行道下方，呈倒立直角梯形，水沟上宽为200mm
下宽为150mm，深度为230mm，水沟横截面积为
S=40250mm2=0.04025m2
（2）验算水沟是否满足排水要求：
Q=0.04025×0.7×5×3600=507m3/S＞500m3/s
所以该巷道水沟满足排出涌水的要求。
1.2.5管线布置
（1）动力线缆布置在非人行道一侧，通讯照明电缆布置在人行道一侧，距供水管300mm，以方便检修；电缆必须采用电缆架悬挂至合理的高度。
（2）供水管布置在人行道一侧，距道碴面不得小于1900mm，用锚杆悬挂；压风管和供水管平行布置，且位于供水管之上。
1.2.6计算巷道掘进工作量及材料消耗量
（1）巷道掘进宽度：
B=B0+2T=4800+2×100=5000mm
（2）巷道掘进高度
H=H0+T=4400+100=4500mm
（3）巷道拱形面积
S拱=πD2/4=3.14×50002/8=981250mm2=9.8m2
（4）巷道墙断面积
S墙断=2h3T=2×2000×100=400000mm2=0.4m2
（5）巷道净面积
S净=h3×B0+πr2/2=2000×4800+3.14×24002/2
=18643200mm2=18.6m2
（6）巷道掘进面积
S掘进=S墙断+S净=0.4+18.6=19m2
（7）每米巷道砌碹所需要的材料体积
V=V拱+V墙+V基=（25002-24002）π/8+2000×200+4800×250
=192325+400000+1200000=1792325mm3=1.8m3
（8）绘制巷道断面图
第2章.平巷掘进施工
2.1凿岩工作
2.1.1.凿岩机的选取
考虑到本矿山井巷的岩石稳定性较好，岩石普氏系数f=5，属于一般坚硬岩石，查现代采矿机械设备实用手册选取CYTJ10-2凿岩台车，其孔径为36~45mm，可钻最大孔深为7m，钻机凿岩速度：
V=0.4m/s。
2.2.爆破工作
2.2.1爆破参数的确定
（1）按照每月掘进爆破任务450m来计算炮孔深度：
lB=L/tnMnSnCη（《井巷工程》P-23）
式中：
lB—炮孔深度，m
L--巷道长度，L=450m
t—规定完成巷道掘进任务的时间，月,t=1
nM—每月工作日，考虑备用系数每月按照25天计算
nS—每天工作班数，nS=3
nC—每班循环数，nC=1
η—炮孔利用率，η=0.8
带入数据计算炮孔深度得：
lB=L/tnMnSnCη=450/（25×4×0.8×1×1）=5.6m
所以炮孔深度为:
lB=5.6m
（2）炮孔直径：
根据所选取的凿岩设备，炮孔直径为:
D=40mm
（3）炸药消耗量：
2号岩石硝铵乳化炸药单耗：
q=1.35（根据《井巷工程》P24表1-13选取）
每次爆破所需炸药量：
Q=qSlη（《井巷工程》p-24公式1-15）
式中：
Q—每次爆破所需炸药量，Kg
q—炸药单耗,Kg/m3，q=1.35
S—巷道掘进面积，m2，S=19
l—炮孔平均深度，m，l=5.6
η—炮孔利用率，η=0.8
带入数据计算得：
Q=qSlη=1.35×19×5.6×0.8
Q=115Kg
2号岩石硝铵乳化炸药性能参数表
炸药名称
性能指标
2号岩石硝铵乳化炸药
殉爆距离/cm
猛度/mm
爆速，m/s
做功能力/mL
炸药密度，g/cm3
≥3
≥12
≥3200
≥260
0.95~1.30
（4）炮孔数目：
根据一次爆破所需的总炸药量确定炮孔数目
N=qSηm/（ap）（《井巷工程》P-25公式1-17）
式中：
N—炮孔数目
q—炸药单耗，Kg/m3，q=1.35
S—巷道掘进面积，m2，S=19
η—炮孔利用率，η=0.8
m—每个药卷得长度,m,m=0.2
a—装药系数，a=0.7
p—每个药卷得质量，Kg
根据药卷直径D=35mm
药卷长度l=200mm
炸药密度ρ=1，计算每个药卷得质量为：
P=（πD2/4）×l×ρ=3.14×352×1×150=300g
=0.3Kg
带入所有数据计算炮孔数目
N=qSηm/（ap）=（1.35×19×0.8×0.3）/（0.7×0.2）
=44.49，取整得
N=45个
炮眼布置及装药量分配
（1）掏槽眼：
3个，每个掏槽眼装药量为5Kg，掏槽眼装药总量：
Q掏槽眼=3×5=15Kg
（2）辅助眼：
13个，每个辅助眼装药量3.4Kg，则辅助眼装药总量：
Q辅助眼=13×3.4=44.2Kg
（3）周边孔：
26个，每个周边孔装药量2.1Kg，则周边孔装药总量：
Q周边孔=26×2.1=54.6Kg
（4）单次爆破实际总药量为：
Q总=Q掏槽眼+Q辅助眼+Q周边孔
=113.8Kg
小于预算的115Kg，所以符合装药量要求。
（5）炮孔排列连线图：
2.2.2爆破图表的编制
爆破图表包括三部分：
爆破原始条件表；炮孔排列及装药量表；预期爆破效果表。
（1）爆破原始条件表
序号
名称
单位
数量
1
掘进断面
m2
19
2
岩石坚固性系数
5
3
炮眼深度
m
5.6
4
炮眼数目
45
5
工作面涌水量
m3/h
192
（2）炮孔排列及装药量表
孔号
名称
炮眼深度
/m
炮眼长度/m
炮眼倾角
炮眼装药量/Kg
连线方式
起爆顺序
1~3
空眼
5.8
5.8
水平0°
0
4~6
掏槽眼
5.8
5.8
水平0°
5
串联
Ⅰ
7~19
辅助眼
5.6
5.6
水平0°
3.4
串联
Ⅱ
25~27,
39~41
邦边眼
5.6
5.8
水平向内2°
2.1
串联
Ⅲ
28~38
周边眼
5.6
5.6
0°
2.1
串联
Ⅲ
20~23，42~45
底眼
5.6
5.8
水平向外2°
2.1
串联
Ⅲ
24
水沟眼
5.6
5.6
水平向外2°
2.1
串联
Ⅲ
合计
45
253.2
258.4
113.8
（3）预期爆破效果表
名称
单位
数量
炮孔利用率
0.8
每循环工作面进尺
m
4.5
每循环爆破实体岩石
m3
85.5
炸药消耗量
Kg
113.8
每米巷道炸药消耗量
Kg
6
每循环炮孔总长度
m
254.4
（4）炮孔排列示意图
（4）装药结构图：
2.3通风与除尘
爆破后采用混合式通风。
加强通风除尘工作，降低作业面的粉尘浓度。
工人作业必须佩戴防尘口罩。
混合式通风方式示意图：
采用综合防尘措施：
（1）湿式凿岩，在凿岩过程中用水冲洗炮孔，使岩粉变成浆液从炮孔流出，不致粉尘飞扬，降低空气中的粉尘浓度。
（2）喷雾洒水，爆破通风完成后，先向爆堆洒水，可以降低装岩过程中产生的粉尘。
2.4装岩作业
当爆破、通风、检查、排除危岩（找顶）等工作结束后，就开始对工作面进行装岩工作。
在此过程中，严格执行敲帮问顶制度。
选择装岩机考虑到的因素较多，主要包括巷道端面的大小，装岩机的装载宽度和生产率，适应性和可靠性，操作、制造和维修的难易程度，装岩机与其他设备的配套，装岩机的造价和效率等。
选用Toro100DH型铲运机。
该铲运机适用于12m3以上的双轨巷道，其铲取能力大，生产效率高，对大块岩石、坚硬岩石适应性强，且移动灵活，装卸宽度大，清底干净，操作简单、省力。
Toro100DH铲运机参数：
型号
斗容/m3
额定载重/t
长/m
宽/m
高/m
Toro100DH
1
3
5.5
1.8
1.42
2.5巷道支护
2.5.1概况
大巷穿过中等稳固岩层，无破碎带，无涌水层，岩石裂隙中等发育，岩石坚固性系数f=5。
2.5.2支护形式
本巷道岩层属于中等稳固岩层，岩石坚固性系数=5。
故采用喷锚支护。
喷锚支护的特点：
（1）灵活性。
锚喷支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护部件进行适当组合的支护形式，它们既可以单独使用，也可以组合使用。
其组合形式和支护参数可以根据围岩的稳定状态，施工方法和进度，隧道形状和尺寸等加以选择和调整。
它们既可以用于局部加固；也易于实施整体加固；既可一次完成，也可以分次完成。
充分体现了“先柔后刚，按需提供”的原则。
（2）及时性。
锚喷支护能在施作后迅速发挥其对围岩的支护作用。
这不仅表现在时间上，即喷射混凝土和锚杆都具有早强性能，需要它时，它就能起作用，而且表现在空间上，即喷射混凝土和锚杆可以最大限度地紧跟开挖而施工，甚至可以利用锚杆进行超前支护。
（3）密贴性。
喷射混凝土能与坑道周边的围岩全面、紧密地粘结，因而可以抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂。
（4）深入性。
锚杆能深入围岩体内部一定深度，对围岩起约束作用。
（5）柔性。
锚喷支护属于柔性支护，它可以较便利地凋节围岩变形，允许围岩作有限的变形，即允许在围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩的自承能力。
（6）封闭性。
喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，这种封闭不仅阻止了洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少了膨胀性岩体的潮解软化和膨胀，而且能够及时有效地阻止围岩变形，使围岩较早地进入变形收敛状态。
2.5.2锚杆的选取
根据《现代采矿手册》中的相关规定据算锚杆的参数：
（1）锚杆长度的确定：
l=N（1.1+B/10）
式中：
l—锚杆长度，m
N—岩层稳定性影响系数，稳定性较好N=0.9,稳定性中等N=1.0,稳定性差N=1.1。
这里由于该巷道岩层稳定性中等，所以N=1.0
B—采场跨度，这里适用于采场跨度小于12m，所以B=10
带入以上数据计算出锚杆长度为：
l=N（1.1+B/10）=1×（1.1+10/10）=2.1m
（2）锚杆直径:
d=l/110
式中：
d—锚杆直径，mm
l—锚杆长度，mm
带入数据计算得锚杆直径：
d=l/110=2100/110=19mm
2.5.3混凝土材料的配比
1.主要材料：
（1）素水泥浆（PO42.5水泥，水灰比0.5~0.55）。
（2）C20混凝土喷浆（原材料：
P.C32.5水泥、碎石<小石子>、中粗砂，配比需经实验室确定）。
（3）φ6.5钢筋、C14钢筋、直径25精轧螺纹钢、22b工字钢、锚具、连接器等。
2.辅助材料：
φ40PVC套管、引流管、焊条等周转材料：
φ48钢管、扣件。
3.周转材料：
φ48钢管、扣件
2.5.4支护工序
1.施工机械设备
序号
机具名称
单位
数量
1
空压机
台
1
2
喷射机
台
1
3
高压输料管
m
4
砂浆搅拌机
台
1
5
凿岩钻车
台
1
6
切割机
台
1
7
调直机
台
1
8
电焊机
台
1
2.施工方法与工艺
（1）锚杆施工工艺流程：
锚杆施工设备为履带式锚杆钻机，采用套管护壁成孔工艺，工艺流程为：
土方开挖→修整边壁→测量、放线→钻机就位→钻孔（接钻杆、下套管）→钻至设计深度→插锚杆→注浆→裸露主筋除锈→安装钢腰梁及锚头→锁定→锚杆拆除。
（2）土方开挖:
锚杆施工前先进行土方开挖，当土方开挖至锚杆下20cm~40cm时停止开挖，进行锚孔钻孔工作。
（3）钻机就位:
根据已放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚杆孔开钻就位误差不得超过50 mm，钻孔倾角为15°,允许误差为3°,钻机安装要求水平、稳固，施钻过程中应随时检查。
（4）钻进成孔:
为确保锚杆孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。
为确保锚杆孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上。
钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。
钻孔完毕后，报施工员、监理共同确认后即可进行下道工序。
（5）锚杆制作要求:
锚杆钢筋用前应平直，除锈去油污。
锚杆下料应用砂轮锯或切断机切断，禁止采用电焊，切割后对钢筋顶部用砂轮进行修整。
锚杆锚固段每隔1.5米设定位支架，定位架采用φ8钢筋制成。
自由段锚杆应套A40PVC套管，并绑扎固定。
锚杆应由专人制作，接长采用专用连接器连接。
锚杆插入土体长度为15m，外露端头需与锚具连接锁定钢腰梁，外露长度宜为1m。
制作好的锚杆应编号放在工作平台架上，以免发生混乱，不能放在地上，不得粘泥土、油污等任何杂物。
（6）锚杆安装：
为便于灌浆，把注浆胶管与锚杆固定在一起，插入孔内，注浆胶管距孔底宜为100mm，安装锚杆时，采取必要的措施防止锚杆变曲，安装后即组织灌浆作业。
（6）注浆
注浆水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥，注浆固结体强度不得低于20MP。
注浆后应进行养护，当浆液强度达到设计强度的75%后再锁定锚杆。
锚杆注浆采用孔底反浆法，直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆或孔口注浆，如发生孔口浆面回落，应在30分钟内进行孔底压注补浆2~3次，确保孔口浆体充满。
（7）钢腰梁安装：
根据现场测量桩的偏差，加工异型工字钢支撑板，进行调整，使腰梁承压面在同一平面上，使腰梁受力均匀。
将工字钢组装焊接成箱型腰梁，用吊装机械进行安装
（8）锁定：
在钢腰梁安装完毕后，应立即用锚具将锚杆与钢腰梁锁定、紧固。
第3章.特殊段的处理
3.1工程概况
本巷道有一段长30米的断层破碎带，裂缝中不含泥土等杂质。
3.2支护方式的选取
由于该巷道段特殊段的地质条件中等复杂，只含有破碎带，不含淤泥层和涌水层，所以采用混凝土浇筑支护。
混凝土浇筑支护具有及时填充，封闭围岩，隔绝了围岩与空气的直接接触，防止围岩风化，使围岩的应力状态从二维应力状态变成三向应力状态，提高围岩的抗压强度。
浇筑的混凝土能渗入围岩的裂隙中，从而固结围岩，提高岩体的整体强度。
3.3混凝土浇筑施工工艺
3.3.1施工准备
1.现浇混凝土前，要把支护所需的设备、机具、材料等准备齐全，并按施工要求运至工作面。
2.砌壁前，首先要检查巷道（硐室）毛断面，对小于设计的地方应及时处理掉，以确保砌体厚度。
3.平巷（硐室）砌壁前，要把两帮的基础挖出来并找够深，基础砌筑时，必须清理完浮矸直至实底，并不得有流水或有害砌碹质量的积水。
4.现浇混凝土支护的主要材料包括：
水泥、黄砂、石子、碹骨、模板等。
3.3.2操作工艺
混凝土浇筑工艺流程：
找基础找线→立墙模→搅拌砼→砌墙→找线→稳碹骨→搭脚手架→立拱模→搅拌砼→砌拱→拆脚手架→拆碹骨→拆拱模→拆墙模→洒水养护。
3.3.3混凝土的输送及入模
混凝土输送有四种形式：
①混凝土输送泵；②压风输送砼罐；③矿车；④人工输送。
（1）混凝土入模要均匀，入模后要加强振捣，采用定人、定位、定量负责，以防出现蜂窝、麻面及小洞现象，振捣有两种方法：
①机械振捣；②人工振捣。
（2）混凝土入模应两边同时进行，其误差不得大于300mm，以防碹骨变形，影响巷道质量。
（3）混凝土接茬处，应用水将浮矸、杂物清洗掉，再用风镐打毛。
（4）在每次浇筑混凝土前，各班都必须用清水冲洗岩帮，且在浇筑混凝土时，保证砼中不得有杂物。
（5）对巷道（硐室）中的预埋件、预留孔，应认真找线，不得少放、漏放或错放。
（6）碹砌好，拆模后要每班进行洒水养护。
（7）砌墙时，中线两侧各比设计尺寸放大20-30mm，以保证巷道宽度；砌墙稳模时，一定要打好撑子，以防墙偏斜。
（8）碹骨应严格按照巷道中、腰线架设，碹骨起拱线不得低于设计规定，也不得高于设计规定的30mm，同一架碹骨的左右两边基起点应在同一水平上，其高低误差不应超过10mm，碹骨架设后必须呈一平面，且于巷道中线垂直。
（9）碹骨移骨时，应坚持四找线，即：
①骨爪操平线；②腰线的拱顶高线（比设计大20-30mm）；③骨与骨之间平整线；④骨面本身的垂直线。
（10）砌拱时，每块模板必须清理干净方可使用，放置模板时，模板之间必须平齐，如局部因碹骨制造误差不能使模板之间自然平整时，必须用木块垫平方可砌筑。
变形的碹骨及模板必须校正，否则不准使用。
第4章.循环图表的编制
4.1计算循环时间
该施工组织采用四六工作制度。
针对该制度安排循环时间
T=T1+T2+T3+T4+T5
式中：
T—一个循环所需要的时间,min
T1—交接班时间，
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