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井巷工程与施工课程设计

 

课程设计报告

 

课程名称:

井巷工程与施工课程设计

姓名:

学号:

班级:

煤矿开采技术

 

一.设计目的

二.设计任务

三.设计运输大巷直线段的断面

1.选择巷道断面形状

2.计算巷道断面尺寸

3.确定巷道的支护形式和支护参数;

4.布置巷道内的水沟和管线

5.计算巷道掘进工程量及材料消耗量

6.绘制巷道断面施工图(1:

50)、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表

四.编制巷道施工组织设计

1.编制爆破说明书及爆破图表

2.选择凿岩设备

3.选择装岩、运输设备

4.确定调车装岩作业线

5.确定岩石平巷施工方法(掘支平行作业、单行作业);

6.编制巷道施工循环图表

一.设计目的

为了使我们对《井巷设计与施工》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,我们将对这门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,我们以团队协作的方式来解决设计中相关的问题。

提高学生独立思考、认真处事、相互交流、合理解决设计中出现的问题的能力,使我们对《井巷设计与施工》这门课程有了一个全面的认识,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。

二.设计任务

某矿双轨运输大巷,服务年限10年以上。

采用ZK7-6/250架线式电机车牵引MG1.7-6A固定车厢式矿车运输,导电弓宽度之半为400mm;该大巷穿过岩层的岩石坚固性系数f=4~6,通过该巷的涌水量150m3/h,风量为40m3/s,该矿为低瓦斯矿井。

巷道内需设两条动力电缆、三条通讯电缆和一条照明电缆,一条3英寸压风管,一条2英寸撒水管,选用18Kg/m钢轨,钢筋混凝土轨枕道渣道床。

人行道宽度取700mm,巷道另一侧宽度取500mm。

三.设计运输大巷直线段的断面

一、选择巷道断面形状

该运输大巷,服务年限10年以上,采用600mm轨距双轨运输大巷,并且穿过岩石为一般稳定围岩。

故决定选择直墙半圆拱断面。

二.确定巷道断面尺寸 

1)确定巷道净宽度B

查表1-1知,ZK7-6/250架线式电机车宽1060mm,高1550mm;MG1.7-6A固定车厢式矿车宽1050mm,高1200mm。

故选A1=1060mm,根据《煤矿安全规程》并参照标准设计,选取t=200mm,人行巷道巷宽度c=700mm;非人行巷一侧宽a=500mm.

B=a+2A1+c+t=500+2×1060+700+200=3520

2)确定巷道净高度H

拱形巷道的拱高:

h0=B/2=3520/2=1760mm

巷道内道渣高度:

按表1-6取hb=180mm

拱形巷道的墙高h3

①按架线电机车导线弓子要求确定h3

由表1-2,常用拱行巷道墙高公式得 

h3≥h4+hc-

       

式中:

h4——从轨高面起电机车架线高度,按《煤矿安全规程》规定取h4=2200mm;

hc——从底板至轨面高度,查表1-6选用18kg/m钢轨,

hc=320mm,道砟高度hb=180mm;

n——导电弓子距拱壁安全距离,取n=300mm;

k——导电弓子宽度之半,取k=400mm;

b1——轨道中线与巷道中心线间距

b1=B/2-A1/2-a=3520/2-1060/2-500=730mm

 故h3≥2200+320-

≥1595mm

②.按管道的装设高度确定h3

按导电弓子的要求,由表1-2得:

h3≥h5+h7+hb-

式中

h5--砟面至管子底高度,按《煤矿安全规程》规定,选h5=1800mm;

h7——管子悬吊件总高度,取h7=900mm;

m——导电弓子管子的间距,取m=300mm;

D——管道接头处最大直径,管子为3英寸,D=76.2mm;

b2——轨道中心线与巷道中心线间距

b2=B/2-A1/2-c=1760-530-700=530mm;

故h3≥

≥1659mm;

=1659mm

③按电机车由表1-2得

h3≥h5+h7+hb-

式中:

A1——电机车最大宽度  取A1=1760mm

m——电机车距管子间安全距离  

取:

m1=300mm  

故h3≥1811mm

综上计算,并考虑一定的富余量,故确定h3=1811mm.则巷道净高:

H=h0+h3-hb=1760+1811-180=3391mm

4)巷道净断面积S和净周长P的确定

由公式1-3得:

S=B(0.39B+h2)

式中h2——道砟面以上巷道壁高

h2=h3-hb=1811-180=1631mm

故半圆拱净断面:

S=3520×(0.39×3520+1631)=10.58m2

净周长:

P=2.57B+2h2=2.57×3520+2×1631=12.3m

5)风速校核巷道净断面积

查表1-3以及公式(1-50)得:

允许最高风速:

 Vm=8m/s   

设计规范允许最高风速:

 Vm=6m/s

通过该巷道风量:

 Q=32m/s     

代入公式(1-5)得:

 V=Q/S=40/10.58=3.78m/s

则V

设计的巷道断面积,风速没超过规定,可以使用。

三、巷道支护形式和支护参数的确定

1、支护参数的选择

该巷道穿过的岩层,为f=4-6,为中硬岩层中等稳定岩层。

因服务年限较长,且为半圆拱形巷道属巷道,选用锚喷支护较为合理。

并用组合拱理论设计支护参数如下:

查表1-9:

选用快硬水泥锚杆,锚杆长L=1.6m,锚杆直径φ14mm,间排距0.8×0.8m,喷层厚度为:

T1=100mm,锚杆外露长度T2=50mm,故支护厚度:

T1=T2=100mm

2、选择道床参数

根据该巷道通过的运输设备,已选用18kg/m钢轨,其道床参数:

hc=320mm hb=180mm

砟面至轨面高度:

 ha=hc-hb=320-180=140mm 

查表1-5采用钢筋混凝土轨枕上宽160mm.下宽180m

3、确定巷道掘进断面尺寸

由表1-8计算公式得:

巷道设计掘进宽度:

B1=B+2T=3520+2×100=3720mm

巷道计算掘进宽度:

B2=B1+2δ=3720+2×75=3870mm

巷道设计掘进高度:

H1=H+hb+T=3391+180+100=3671mm

巷道计算掘进高度:

H2=H1+δ=3671+75=3746mm

巷道设计掘进断面积:

S1=B1(0.39B1+h3)=3720(0.39×3720+1811)=12.2㎡

巷道计算掘进断面积:

S2=B2(0.39B2+h3)=3870(0.39×3870+1811)=12.9㎡。

四.布置巷道内水沟和管线

为了排除井下涌水及其它污水,创造文明生产的环境,巷道的底板需设置水沟。

一般水沟布置在人行道一侧,并加设盖板。

若非人行道侧有较大空间时,水沟也可设在费人行道侧,可不加设盖板,水沟一般布置在巷道中间。

水沟盖板顶面与道渣面齐平,水沟底板掘进标高应比巷道壁的基础标高高出50~100mm。

为了使水沟中水流通畅,水沟纵向坡度一般与巷道坡度相同,即为3‰~5‰。

为了不使巷道内积水,巷道横向水沟一侧应有2‰的坡度,并且在水沟侧面壁上每隔一定距离开设有直径为50mm的泄水孔。

水沟断面形状常用矩形、半倒梯形或倒梯形。

水沟断面尺寸应根据水沟的流量、坡度、支护材料及其粗糙系数、断面形状等因素来确定。

为了简化设计,可以直接选用设计部门提供的各种断面形状水沟的技术特征表。

根据表1-7拱形巷道水沟规格及材料消耗量表。

已知通过该巷道的涌水量为150m3/h,现采用水沟坡度为4‰,查表1-7得:

水沟深400mm,水沟宽400mm,水沟净断面积0.16m2;水沟掘进断面积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。

根据生产需要,巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电缆、照明和通讯电缆等管道和电缆。

管缆的布置要考虑安全和架设于检修的方便。

已知该巷道内需设两条动力电缆、三条通讯电缆和一条照明电缆,一条3英寸压风管,一条2英寸撒水管。

1)管道布置的一般要求

(1)管道应布置在人行道一侧,管道架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式,这里使用托架法,风管在上,水管在下。

(2)管道与管道呈交叉或平行布置时,应保证管道之间有足够更换的距离,管道架设在平巷顶部时,应不妨碍其他设备的维修和更换。

2)电缆布置的一般要求

(1)人行道一侧最好不敷设动力电缆,故应把两条动力电缆敷设在非人行道一侧。

(2)动力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧,如必须设在同一侧时,则应各自悬挂,且将动力电缆设置在通讯、照明电缆下面。

故把三条通讯、一条照明敷设于人行道一侧。

(3)电缆与风水管道平行敷设时,电缆要悬挂在管道的下方,隔开300mm的距离。

(4)电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不致撞击电缆。

电缆坠落时,严禁落在轨道或运输设备上。

(5)敷设电缆时,两悬挂点的间距不应大于3m,两根相邻电缆间距不得小于50mm,电缆到巷道顶板的距离一般不小于300mm,当有数根电缆时,一般不下于200mm。

根据管缆的设置要求,将两条动力电缆设置在非人行道一侧,将三条通讯电缆和一条照明电缆设置在人行道一侧,通讯电缆距离道渣1.9m,电缆两个悬挂点的间距不应大于3.0m。

将压风管和撒水管架设在水沟上面,以不妨碍清理水沟为原则。

五.计算巷道掘进工程量及材料消耗量

由表1-8计算公式得:

每米巷道计算掘进体积:

V2=S2×1=12.9×1=12.9m3

锚喷巷道每米墙角掘进体积

V3=0.2(T+δ)×1=0.2×(0.1+0.075)×1=0.04m3

每米巷道喷射材料消耗:

=[1.57(B2-T1)T1+2h3T1=[1.57×(3.87-0.1)×0.1+2×1.811×0.1]×1=0.96m3

每米巷道墙角喷射材料消耗

V0ˊ=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3

于是有:

每米巷道喷射材料消耗

V=Vˊ+V0ˊ=0.96+0.02=0.98m3

每米巷道锚杆消耗量Nˊ

Nˊ=[2(P1ˊ/2M)+1]/M

上式中:

P1—计算锚杆消耗周长

P1=1.57B2+2h3=1.57×3.87+2×1.811=9.7m

P1ˊ=1.57B2=1.57×3.87=6.08m

M——锚杆间距   M=0.8m

M′——锚杆排距  M′=0.8m

M=Mˊ=0.8m,故P1ˊ/2M=6.08/2×0.8=3.8取4

所以有:

Nˊ=[2×(6.08/2×0.8)+1]/0.8=10.8根

折合重量为:

W=Nˊ[(L+0.05)

(d/2)p]

=10.8[(1.6+0.05)×3.14×(0.014/2)2×7850=21.52kg

L—锚杆深度 L=1.6m  0.05为锚杆露出长度

d——锚杆直径        d=0.014m

p——锚杆材料密度    p=7850kg/m3

每排锚杆数量:

 

 n=Nˊ×0.8=10.8×0.8≈9根

每米巷道锚杆注孔砂浆消耗V4

V4=N.L.Sa

式中:

Sa------锚杆孔面积,按炮眼钻头直径为43mm计算

Sa=

(0.043/2)=0.0014m2

故:

V4=10.8×1.6×0.0014=0.024m3

每米巷道粉刷面积Sn:

Sn=1.57(B2+2T)+2h3

Sn=1.57×(3.87-2×0.1)+2×1.631=9.0239m=9.03

六、巷道断面施工图(1:

50)、巷道特征表、每米巷道掘进工程量及材料消耗量表的绘制

1,根据前面计算数据绘制巷道断面施工图(1:

50)

 

 

巷道断面施工图(上图)

2、每米巷道掘进工程量及材料消耗量表:

围岩

松动

圈/m

计算掘进

工程量/m3

/根

材料消耗

/m

喷射混凝土/m3

锚杆

/Kg

快硬水泥卷/个

1.0~1.4

12.2

0.04

11

0.0276

56.8

72

9.03

 

3、该巷道特征特征表:

围岩类别

断面/m3

设计掘进尺寸/mm

喷射厚度/mm

锚杆/mm

长/m

p

净断面

设计掘进

B

H

形式

外露长度

排列方式

L

d

10.58

12.2

3720

3671

100

快硬

100

正方形

800

1600

Φ14

12.3

 

四、编制巷道施工组织设计

1选择凿岩机具

选择凿岩设备;

目前岩巷掘进可以选择的凿岩机种类较多。

凿岩机选择的主要因素是根据工程要求的施工速度。

目前煤矿普遍采用的仍为气动凿岩机,气腿式凿岩机具有可多台凿岩机同时钻眼,钻眼与庄严平行作业,结构简单,适应性强,应用广泛,制造容易,成本低,维修使用方便,机动性强,辅助工时短,便于组织快速施工等优点。

故该巷道选择气腿式凿岩机。

气腿式凿岩机的特点及使用条件

 

类型

基本特点

主要型号

适用条件

气腿式

重量属轻型,主机安设在气腿上,靠气腿推动钻进。

可钻水平或倾斜炮眼,使用灵活,适应性强。

YT23、YT24、YT25、YT26、YT27、YT28、YTP26

孔径:

34~42mm

孔深:

<5m

岩性:

软、中、硬

2爆破器材的选择

我国目前使用的矿用炸药有硝铵类炸药和含水炸药,硝铵类炸药价格低廉,为煤矿普遍采用。

这里选用2号煤矿硝铵炸药,直径为35mm,质量为200g的药卷,长度为20cm。

起爆材料一般采用8号雷管,其中秒延期雷管、半秒延期雷管以及毫秒延期雷管都能满足巷道爆破的起爆要求,在这里选择秒延期雷管。

3确定爆破参数

1)炮眼深度

我国煤矿巷道掘进中,通常是以月进尺任务和凿岩、装岩设备的能力来确定每一循环的炮眼深度。

采用气腿式凿岩机时炮眼深度以1.8~2.5为宜。

这里选择炮眼深度为2.2米

2)炮眼直径

现场多采根据药卷直径确定炮眼直径,目前国内岩巷掘进均采用直径32mm、35mm两种药卷,选用钎头的直径为40~43mm,以炮眼直径比药卷直径大8mm为宜。

,炮眼直径选择43mm。

3)炮眼数目

炮眼数目可以根据单位炸药消耗量,按下式估算后,再按经验方法确定炮眼数目

N=qSmη/ap

式中N—炮眼数目

q—单位炸药消耗量,kg/m3

S—巷道掘进断面积,m2

M—每个药卷长度

η—炮眼利用率

a—装药满度系数,即装药长度与炮眼长度之比,一般取0.5~0.7;

p—每个药卷的重量,kg

N=1.68X11.9X0.2X0.9/(0.5X0.2)=35.98

取36个

4)单位炸药消耗量

根据《爆破工程》巷道掘进的单位炸药消耗量定额表查的取值为1.68kg/

5)工作面炮眼布置

1.掏槽眼

参照参考文献【1】,查表5—1,共布置4个掏槽眼,深度为2.2m。

掏槽眼布置在巷道中部稍下部

2.辅助眼有16个,对称布置,尽量均匀。

眼距取600mm。

3.周边眼按轮廓线布置。

顶帮眼:

距顶帮200mm;

底帮眼:

距底板200mm;

周边眼眼距取600mm,总共要布置16个周边眼。

每循环的装药量

式中:

Q—每循环的总装药量,kg;

k—单位炸药消耗消耗量,为1.68

V—每循环爆破的原岩体积,为23.8

S—巷道掘进断面积,为11.9

l—工作面炮孔平均深度,为2m;

η—炮孔利用率,本设计中为0.90。

所以,Q=1.68×2×11.9×0.90=36kg

装药系数

取值为:

掏槽眼0.7;辅助眼0.5;周边眼

0.5。

平均装药系数为0.57

6)联线方式

岩巷掘进一般采用发爆器起爆,所以多采用串联方式,它的联接简单,不易遗漏,便于操作和检查,

编制爆破说明书及爆破图表

爆破说明书及爆破图表是指导和检验钻眼爆破工作的文件,是掘进工作技术管理的重要一环。

要达到这一要求,首先必须切合实际地编制爆破图表,并且严格按图表的规定施工,在施工过程中不断修正、完善。

为此要强调编制图表和执行图表的岗位责任制,要按效率、材料消耗、爆破效果等全面检查。

这样才能不断提高钻眼爆破技术,使爆破图表更符合实际。

爆破图表包括爆破条件、爆破参数表、炮眼布置图和爆破预期效果四个内容,可用爆破条件与技术经济指标表、炮眼布置图和爆破参数表表示

炮眼布置图

 

爆破条件与技术经济指标表

指标名称

单位

数量

指标名称

单位

数量

净断面积

m2

9.67

炮眼深度

m

2.2

掘进断面积

m2

11.9

炮眼数目

37

岩石性质

中硬岩

循环炮眼总长度

m

81.40

岩石普氏系数f

4~6

炮眼利用率

%

90

工作面瓦斯情况

低瓦斯

循环进尺

m

2

工作面涌水情况

m3/h

150

循环实体岩石量

m3

23.8

凿岩机型号

气腿式YT26

炸药单位消耗量

Kg/m3

1.68

炸药名称

2号煤矿硝铵炸药

雷管单位消耗量

发/m3

1.55

雷管名称

8号秒延期雷管

每米进尺炸药消耗量

Kg

19.80

循环炸药用量

Kg

39.6

每米进尺雷管消耗量

18.50

循环雷管用量

37

表2装药顺序及起爆顺序

眼号

炮眼

名称

眼数

/个

/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

2.5

 

串联

连续

反向

装药

2~5

掏槽眼

4

2.4

7

1.05

28

4.2

6~11

一圈

辅助眼

6

2.3

5

0.75

30

4.5

12~22

二圈

辅助眼

11

2.3

5

0.75

55

8.25

31,32,44,45

帮眼

4

2.2

2

0.30

8

1.2

33~43

顶部眼

11

2.2

2

0.30

22

3.3

23~29

底眼

8

2.2

5

0.75

40

6.00

确定岩石平巷施工方法

作业方式的选择与规定

1作业方式可根据巷道穿过岩层的地质条件,巷道断面大小、可采用的永久支护材料和结构、施工装备、劳动组织及工人技术水平等情况选择

2遵守《矿上井巷工程施工及验收规范》的规定

1)凡需支护的巷道,掘进工作面与永久支护间的距离,应根据围岩情况和使用机械作业条件确定,但不应大于40m

2)水沟与永久支护应同时完成

3)平巷的永久轨道与掘进工作面的距离,不宜大于200m,但铺设道渣的时间可依据现场的条件决定

4)倾斜巷道永久巷道轨道应在交付使用前一次铺设

掘支平行作业是,永久支护在掘进工作面之后一定距离处于掘进同时进行。

由于支护不单独占用时间,可提高成巷速度约30~40%;施工机械设备能得到充分利用,可降低施工成本。

但同时需要的人力、物力较多,组织工作比较复杂,一般适用于围岩比较稳定及掘进断面大于8m2的巷道,以免掘、砌工作相互干扰,影响成巷速度。

结合本巷道实际情况确定出施工方法为掘支平行作业。

二.选择装岩、运输设备

选择带调车盘耙斗装载机装岩

PT-60B型带调车盘耙斗装载机的主要技术参数如下:

耙斗容积0.6m3,生产率70~110m3/h,绞车牵引力20.5~28.5KN;绞车电动机功率30KW,轨距600mm,外形尺寸(长X宽X高)主机7090X1850X2350,调车盘5250X2245mm,重量8300kg;适用于断面为9~16m2的双轨巷道。

选择列车装岩为运输设备

三.确定调车转眼作业线

平巷施工机械化作业线的配套原则:

1)应根据施工单位的设备情况、

选择多台气腿式凿岩机钻眼—带调车盘耙斗转载机装岩与调车—矿车及电机车运输,这条作业线的调车盘紧跟装载机,可以使装载机的间歇时间和工作面的调车时间大为减少,从而为实现快速掘进创造了条件。

该作业线配套设备均为常规设备,结构简单,机械性能可靠,机电维修技术水平要求不高;应用范围广,初期投资少,机动灵活,能组织钻眼、装岩平行作业,提高了掘进工时利用率,耙斗装载机配备气动调车盘,缩短了调车时间,提高了装载机的生产效率,加快了巷道的施工速度。

因此这条作业线在我国岩巷掘进中是一种主要的配套形式。

四、编制巷道施工循环图表

循环图表是施工组织设计的一部分。

编制循环图表应根据设计图纸和地质条件以及施工速度,选择合理的循环参数,安排施工工序;根据作业方式、施工速度,最大限度地实行平行交叉作业,确保各工序的互相衔接和配合,充分利用工时;要以施工定额为依据,提高实际工效,确保有先进的技术经济指标。

循环因素的任务是用图表的形式,在时间上、空间上规定人员、设备的工作岗位和工作量,并明确各工序的协作和衔接关系等。

1掘进循环时间的确定

掘进循环的总时间T可按下式计算:

T=T1+T2+ФT3+T4+T5

式中T—循环总时间,min;

T1—交接班时间,min;

T2—装岩工作时,min;

T3—钻眼工作时间,min;

Ф—钻眼与装岩不平行作业系数,min;

T4—装药、连线时间,min;

T5—放炮通风时间,min;

交接班时间:

T

=10min

装岩时间T2可按下式计算

=11.9X2X0.9/100

=13min

式中S—掘进断面积,m2

L—炮眼平均深度,m

η—炮眼利用率;

P—实测装岩机生产率,m3/h(实体)

n—同时工作的装岩机台数,为1

单独钻眼时间,可按下式计算:

ФT3=(t1+t2)Ф=

=36X2X0.5/(2X0.5)

=36min

式中t1—钻巷道上部炮眼所需时间,

t2—钻巷道下部炮眼所需时间

N—炮眼数目,个

L—炮眼平均深度,m

m—同时工作钻机台数,

v—每台凿岩机的钻速,m/min,为0.5m/min

Ф—钻眼与装岩不平行作业系数,应根据实测确定,当组织顺序作业时为1,当组织平行时,Ф值一般为0.5左右。

装药连线时间:

T

=

=36X4/6

=24min

式中t—一个炮眼装药时间,为4min;A—同时装药的工人组数,为6;其余符号同前。

爆破通风时间:

T

=15min

除此之外,为了防止难以预见的工序延长,提高循环图表完成的概率,应考虑增加10%的备用时间,故循环总时间可按下式计算

T=1.1

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