井巷工程课程设计.docx

1、井巷工程课程设计井巷工程课程设计某矿井巷道断面设计与施工设 计 者：赵勇序 号：21108205班 级：采矿10-6指导老师：*中国矿业大学应用技术学院2011 年12 月前言煤炭工业是国民经济中的基础工业，它为许多重要工业部门提供原料和能源。我国能源结构以煤为主的格局在今后较长的一段时间内不可能改变，国民经济的发展将对煤炭产业的增长提出更高的要求。而煤炭工业生产的发展，又取决于煤炭工业基本建设及开拓延伸工作能否及时的、持续不断的提供煤炭的场地。所以为了更好的将所学到的知识运用到实践当中，学习井巷课程设计是井巷工程课程的重要环节之一。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

2、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，我们以团队协作的方式来解决设计中相关的问题。其任务是设计巷道断面施工图和巷道施工技术措施。通过设计来巩固学生所学的专业理论知识，使学生掌握巷道断面施工图和巷道施工措施的设计内容和编制方法，是学生得到一次分析和解决工程技术问题能力的基本训练，并且进一步提高学生的运算和绘图能力，培养学生独立阅读资料、掌握技术信息和编写技术文件的能力。由于编者水平有限，不足之处在所难免。希望读者能给与批评或指正，在此先道一声谢谢！请直接与本书的责任编辑联系。 编者 2012年1

3、月1日第一章. 巷道断面设计1.1 选择巷道断面形状1.2 确定巷道净断面尺寸1.3确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸1.4布置水沟和管线1.5计算巷道进工程量及材料消耗1.6绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表第二章. 钻眼爆破工作2.1 选择钻眼机具2.2 选择爆破器材2.3 编制巷道掘进爆破图表2.4 钻眼爆破的安全事项第三章. 巷道掘进的通风工作3.1 确定通风方式3.2 选择局扇和风筒3.3 通风设备的布置3.4 通风管理工作第四章. 岩石装运工作4.1 岩石装运工作的重要性4.2 装岩机型号和数量的确定4.3 确定巷道掘进调车和运输方式4.4 装岩

4、机与调车设备在巷道中的布置第五章. 支护工作5.1 临时支护5.2 巷道永久支护5.3 永久支护技术措施及质量要求第六章. 巷道掘进的辅助工作6.1 工作面压风和水的供应6.2 工作面排水6.3 工作面供电6.4 工作面测量工作6.5 其它辅助工作第七章. 编制巷道施工循环图表7.1 确定循环作业方式7.2 确定一循环各工序的工作量7.3 确定一循环各工序所需的时间7.4 编制循环图表第八章. 施工劳动组织第九章. 技术经济指标第十章. 绘制巷道施工布置图10.1巷道施工平面图10.2巷道施工纵剖面图10.3巷道临时施工断面图10.4巷道永久支护断面图设计条件兖州矿业集团济宁三号井为1998年

5、投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。地面标高+38m，生产水平为520m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为200m3/h，风量为75m3/s；采用ZK109/550直流架线电机车牵引1t矿车运输。内设压风管1084.0一路和供水管763.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.71.2m，泥岩为1.51.9 m。试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进工程量和材料消耗

6、量，绘制巷道断面施工图。第一章.巷道断面设计巷道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分，贯穿矿井服务年限，属于施工图设计的范畴。设计的巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井下工程概预算的依据。巷道断面设计的原则是：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。巷道断面设计的内容与步骤是：首先，根据巷道的服务年限、用途和围岩性质，选择巷道断面形状和支护方式；其次，根据巷道中多通过的设备尺寸、支护参数与道床参数、通风量和行人要求等确定巷道净断面尺寸（并进行风速验算），计算巷道的设计掘进断面的尺寸，并按允许的超挖值，求算出巷道的计算掘进断面尺寸；然后，布置水

7、沟和管缆；最后绘制出巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表。1.1、选择巷道断面形状表1-1断面形状适用条件半圆拱形目前开拓，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

8、，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2554 页） 年产量5Mt矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在80年以上，采用900mm轨距双轨道运输的大巷，其净断面宽在3m以上，有穿过砂岩、泥岩为主的中硬岩层，故选用螺纹钢树脂锚杆与锚喷混凝土支护，圆弧拱形端面。1.2确定巷道净断面尺寸（一）确定巷道净宽度B 查表3-2知ZK10-9/550

9、电机车宽A1=1360慢慢，高h=1550;1t矿车宽880mm，高1150mm。 根据煤矿安全规程，取巷道人行道宽c=840mm，非人行道一侧宽a=440mm。又查表3-3知本巷双轨中线距b=1600mm，两侧电机车之间距离为 1600-（1360/2+1360/2）=240mm200mm 故巷道净宽度:B=a1+b+c1=(400+1360/2)+1600+(1360/2+840)=4200mm（二）确定巷道拱高h0 圆弧形巷道拱高h0=B/3=1400mm 圆弧形巷道半径：由勾股定理（R-B/3）2+(B/2)2=R2得 R=13B/24=2275mm(三)确定巷道高h31、按架线电机车

10、导电弓子要求确定h3 由井巷工程表3-8中圆弧拱形巷道壁高公式得 h3h4+hc+-式中 h4轨道起电机车架线高度，按煤矿安全规程取h4=2000mm hc道床总高度。查表井巷工程表3-10选择30kg/m钢轨，在查表3-5的hc=410mm，道砟高度hb=220mm n导电弓子距壁安全距离，取n=300mm K导电弓子宽度之半，K=718/2=359,取K=360mmb1轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2-a2=2100-(400+1360/2)=1020mm 所以h32000+410+-=2410+875-1413=1872mm 2、按管道装设要求确定h3 H3h5+h7+hb+- 式中

11、 h5道砟面至管子底高度，按煤矿安全规程取h5=1800 h7管子悬吊件总高度，取h7=900mm m导电弓子距管子间距，取m=300mm D压气管法兰盘直径，D=335mm B2轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-c1=2100-(1360/2+840)=580mm 所以 h31800+900+220+-=2920+875-1788=2007mm 3、按人行道高度要求确定h3 H31800+hb+- 式中，j为距巷道壁的距离。距墙壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。j=100mm，一般取200mm 所以 h31800+220+-=2020+875-1252=1643mm 综上计算，并考

12、虑一定的余量、确定本巷道壁高为h3=2100mm，则巷道高度为H=h3-hb+h0=2100-220+1400=3280mm（四）确定巷道净断面积S和净周长P 由井巷工程查表3-7得净断面积 S=B*（0.24B+h2） 式中 h2道砟面以上巷道壁高，h2=h3-hb=2100-220=1880mm 所以 S=4200*（0.24*4200+1880）=12129600mm2=12.1m2净周长P=2.27*4200+2*1880=2.27*4200+2*1880=13294mm=13.3m (五)由风速校核巷道净断面积 由井巷工程查表3-9，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=75m3

13、/s,代入公式 v=6.20m/s8m/s 设计的大巷净断面面积，风速没有超过规定，可以使用。1.3确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸（一）选择支护参数采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳定岩层、服务年限大于80年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度700mm，设计锚杆预紧力40kN，锚固力80kN。锚杆长度2.0m，成方形布置，其间排距0.80m0.80m，托板为8mm厚150mm150mm的方形钢板。喷射混凝土层厚T_1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚。故支护厚度T=T1=100mm。锚杆支护的作用

14、原理：1、悬吊理论 2、组合梁理论 3、组合拱理论 4、最大水平应理论喷射混凝土的机理：1、加固与防治风化作用 2、改善围岩应力状态作用 3、柔性支护结构作用 4、与围岩共同作用锚喷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68的中等稳定的岩层，因此我们选择的是锚喷支护。（一）锚喷支护的优点：锚喷支护突破传统的支护形式和支护理论，吧再是消极的承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性，限制岩石的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体自身的支承作用。把围

15、岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素，这是锚喷支护和一切旧支护形式最根本最本质的差别，也是锚喷支护大大优于其他支护形式的根本所在。我国矿山大量使用锚喷支护的实践证明，锚喷支护不但可以用于比较稳定的岩层中，而且可以用于破碎带、断层多、有底鼓受强烈采动地压影响的巷道和大跨度的硐室。锚喷支护与其他支护形式相比，在技术上和经济上具有以下优越性： 由于锚喷支护是高压喷射成的混凝土层，致密、强度高，能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力，并与岩层构成共同承载整体。这样，支护厚度可减薄一半以上，掘进断面可减少1020。工艺简单，操作方便，混凝土、砂浆直接喷到岩面，省去立模、拆模邓繁琐工序，节省了木材和钢材。

16、机械化程度高，减轻工人的笨重体力劳动。在平巷和立井施工中，料石砌碹，每个工人一个班搬运料石多则一万多井，而锚喷支护，除喷射手劳动强度较大外，其余工序都是机械操作。随着平巷喷射混凝土简易机械手的推广，以及立井喷射机械手的使用，为实现锚喷支护全部机械化施工打下良好的基础。施工速度快、效率高，可以实现远距离输料，占用巷道空间少，为快速掘进，掘喷平行作业创造有利条件，平巷中锚喷支护功功效一般为0.20.35米/工，每米成巷35个工，掘进速度为100120米/月。最高700米/月以上，而料石碹每米成巷1015个工，一般掘进速度为6070米/月。最高240米/月。锚喷支护可以紧跟工作面，取消临时支护，基本

17、上解决支护落后掘进的矛盾。支护后的巷道失修率低，维护方便，并且可以处理冒顶，有利于安全生产。节约坑木，减少巷道维修量。锚喷支护的巷道局部破坏时 ，只在破坏处进行补喷即可，而坏棚坏碹返修时间需要全部拆除，重新砌碹和架棚。（二）选择道床参数根据巷道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨其道床参数与分别为410mm和220mm，道砟面至轨道面高度为ha=hc-hb=410-220=190mm，采用钢筋混凝土轨枕。（查表3-5与3-10与3-11）道床参数的选择是指钢轨型号,轨枕规格和道咋高度三者的确定。下面可根据图表说明道床参数。常用道床参数表1-2巷道类型钢轨型号/kg道床总高度道咋高度道咋面至枕

18、轨面垂高井底车场及主要运输巷道采区运输巷道上，下山可不铺道砟，轨枕沿底板浮放，也可在浮放轨枕两侧充填掘进矸石运输巷，回风巷钢轨型号是以每米长度的重量来表示的。煤矿常用的型号是15，22, 30和38。钢轨型号是根据巷道类型，运输方式及设备，矿车容积与轨枕来选用。巷道轨枕选择表1-3使用地点运输设备轨枕规格斜井箕斗人车运送液压支架设备车，.0t,1.5t平硐大巷井巷车场8t及以上机车3t及以上矿车2.4Mt/a及以上矿井送液压支架设备车301.0t ,1.5t22采区巷道2.4Mt/a及以上矿井送液压支架设备车30,221.0t ,1.5t22,15 对轨道敷设的要求是：钢轨的型号应与行驶车辆的

19、类型相适应，轨道敷设应平直，且具有一定的强度和弹性；在弯道处，轨道连接应光滑，接运输巷道内同一线路必须采用同一型号的钢轨；道岔的型号不得低于线路的钢轨型号；在倾角大于15的巷道中，轨道的辅设应采取防滑措施。轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。矿井多使用钢筋混凝土轨枕或木轨枕，个别地点也有用轨枕的。混凝土轨枕主要用于井底车场，运输大巷，上（下）山和中巷；木轨枕主要用于道岔等处，钢轨枕主要用于固定道床。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性，构建刚度大，节约木料，造价低等优点，所以应大力推广使用。常用的轨枕规格见表1-3。常用轨枕规格 表1-3 单位：mm轨枕类型轨距轨型/kg 全

20、长全高上宽下宽木轨枕600152212001200120140120130150160900152211601600120140120130150160钢筋混凝土轨枕60015或22110012001201501101301401709003015001600150200140160180250预应力钢筋混凝土轨枕60015或221200115100140道咋道床有钢轨及连接件，轨枕，道咋等组成。道咋道床的优点是施工简单，容易更换，工程造价较低，有一定的弹性和良好的排水性，并有利于轨道调平。但在生产过程中，煤，岩粉洒落在道床上之后，使其弹性降低，排水受到阻碍，可能影响机车正常运行。只要加强维修

21、，这种道床完全能够满足机车运行要求。道砟应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石，粒度以2030MM为宜，并不得参有碎末等杂物，使其具有适当空隙度，以利排水和有良好的弹性。道砟的高度以应与选用的钢轨型号相适应。在主要运输巷道，其厚度不小于100mm，并至少不轨枕1/22/3的 高度埋入道砟内，二者关系如图3-8所示。道床宽度可按轨枕长队再加200mm考虑。相邻两轨枕中心线距一般为0.70.8m,在钢轨接头，道岔和弯道处应适当减小。道床参数见表为了减少维护工作量和提高列车运行速度，大型矿井，特别是采用底卸式矿车运输时，井底车场和主要运输大巷应积极推广整体道床。固定道床一般是用混泥土整体浇注，将枕轨和道床

22、固定在一起，这种道床具有维修工程量小，运营费用低，车辆运行平稳，运输速度高，服务年限长等优点。因此，这种道床主要用于大型矿井的斜井井筒，井底车场和个别运输大巷的轨道铺设中。但这种道床初期投资高，施工复杂，道床的弹性也较差。无轨运输巷道底板的岩石强度要求。否则需铺混泥土，其强度等级不低于C20. 根据航道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨，其道床参数hc,hb分别为410mm和220mm，道砟面至轨道面至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190mm,采用钢筋混凝土轨枕。 （三）确定巷道掘进断面尺寸 由井巷工程表3-7计算公式得： 巷道设计掘进宽度 B1=B+2T=4200+200=4

23、400mm=4.4m 巷道计算掘进宽度 B2=B1+2=4400+2*75=4550mm=4.55m 巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3280+220+100=3600mm=3.6m 巷道计算掘进高度 H2=H1+=3600+75=3675mm=36.75m 巷道设计掘进断面积S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+Bh3=0.24*42002+1.27*4200*100+1.57*100+4200*2100=13602700mm2 取S1=13.6m2 巷道计算掘进断面积 S2=0.24B+1.27BT+1.57T2+0.24T+0.1B+0.01+B2h3=0.24*4200

24、2+1.27*4200*10+1.57*1002+0.24*100+0.1*4200+0.01+4550*2100=14338144mm2 取S2=14.4m21.4布置水沟和管线（一）水沟布置已知通过巷道的水量为200m3/h，现采用水沟坡度为5，由井巷工程查表3-12得：水沟深度400mm，水沟净断面积为0.16m2,水沟掘进断面积为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。一般要求下：1、水平巷道及倾角小于16度的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧。当非人行侧有适当空间时，亦可布置水沟，但应尽量避免水沟穿越轨道和输送机。2、在倾角

25、大于16度的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行台阶可在巷道同侧平行或重叠布置；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。3、专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道床的巷道，水沟也可布置在巷道中间。4、巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上（下）山下部车场的上方、胶带机接头硐室的下方或出水点初。（二） 管线布置 管道的布置要考虑安全、架设与检修的方便，一般应符合如下要求：1、管道应布置在人行道一侧，管道的架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，并要考虑检修的方便；若架设在人行道上方管道上方，管道下方距道砟或水沟盖板的垂直高度不应小于1800mm，若

26、架设在水沟上，应以不妨碍水沟清理为原则。锚喷支护的主要运输巷道，可将管路锚吊在行人侧的顶部。2、当管道与管道呈交叉或平行布置时，应保证管道之间有足够的更换距离。管道架设在平巷顶部是时，应不妨碍其他设备的维修与更换。3、管道与运输设备之间必须留有不小于200mm的安全距离。 电缆布置一般有如下要求：1、电力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通讯电缆设在动力电缆上方0.1m以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。2、电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。3、电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠

27、落时，不会落在轨道上或运输设备上，所以电缆悬挂高度一般为1.51.9m，电缆到巷道顶板的距离不小于300mm；电缆两个悬挂点的间距不大于3.0m；电缆与运输设备之间距离不小于0.25m，电缆与风筒相互之间应保持0.3m以上距离。4、高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离大于0.1m以上。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。5、有煤尘瓦斯突出煤层中的回风巷，禁止设置动力电缆。1.5计算巷道进工程量及材料消耗由井巷工程查表3-7计算公式得： 每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1=S2*1=14.4m2 每米巷道墙脚计算掘进体积 V3=0.2*(T+)=0.2*(0

28、.10+0.75)*1=0.04m3 每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=(1.27B+1.57T+0.24)*T1+2h3=(1.27*4200+1.57*100+0.24)*100+2*2100*100=0.592m3 每米巷道墙角喷射材料消耗 V4=0.2T1*1=0.2*0.10*1=0.02m3 每米巷道喷射材料消耗（不包括损失） V=V2+V4=0.592+0.02=0.612m3 每米巷道锚杆消耗 N=(P1-0.5a)/MM 式中 P1计算锚杆消耗周长，P1=1.27B+3.14T+0.24+2h3 M、M锚杆间距、排距，M=M=0.8m 所以 N=（9.85-0.5*0.8）/（

29、0.8*6）=14.77根 折合重量为： N*l(d/2)2=14.77*2.0*(0.018/2)2*7850=59.0kg 式中 l锚杆长度，l=2.0m d锚杆直径，d=18mm 锚杆材料密度，=7850kg/m3由于每根锚杆安装2个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗M=2*N=2*14.77=29.54根 每排锚杆数为 N*0.8=14.77*2=12根 每排树脂药卷数 M*0.8=29.54*0.8=24根 每米巷道粉刷面积 Sn=1.27B3+2h+0.24 式中 B3计算净宽，B3=B2-2T=4500-200=4350=4.35m所以 Sn=1.27*4.530+2*1.880+0.24=9.6m21.6绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表 根据以上计算结果，按1:50比例绘制出巷道断面图，并附加上工程量及材料消耗量表运输大巷特征表1-4围岩类别断面面积/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型式排列方式间、排距锚杆长直径12.113.64.43.6100螺纹钢树脂锚杆方形80020001813.3运输大巷每米工程量及材料消耗表1-5围岩类型计算掘进工程量/ m3锚杆数量