井巷工程与矿井运输与提升设备课程设计.docx

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井巷工程与矿井运输与提升设备课程设计

井巷工程与矿井运输与提升设备课程设计

第一章课程设计目的和任务

1、课程设计目的

金属矿地下开采专业学生，无论是在勘探设计单位承担矿山设计任务，还是在科研院所从事专业科研开发事业，或者在生产企业进行专业技术与行政管理工作，除了对采矿方法掌握之外，对井下工程的施工与设计的掌握以及矿井提升设备的选型计算也是必不可少的一步，对于采矿专业的学生，正确掌握地下工程的施工与设计，以及对运输提升的选型，是很关键的。

通过本节教学，是学生通过已掌握的采矿知识，完成规定的设计任务，达到巩固所学知识，学会使用《采矿工程设计手册》和其他参考资料，掌握地下矿山巷道施工与设备的选型设计的基本技能。

二、井巷工程课程设计任务

本次设计的任务主要是巷道断面的设计，巷道断面的施工（其中包括爆破器材、炮眼的布置，通风防尘及风机的选择）装岩与运输。

主要内容包括：

平巷部分，系统介绍平巷断面设计施工工艺及安全操作规程；天井部分，介绍国内矿山天井各种施工方案及发展前景；竖井部分，介绍竖井设计，施工工艺和竖井延伸方案；斜井部分，介绍断面布置，施工工艺及安全操作规程；硐室部分，介绍硐室施工工艺等。

第二章巷道部分

1、根据现有矿山设计资料，对矿山主要运输设备进行选型、尤其是电机车规格：

①由于此矿山为铅锌矿没有瓦斯等危险气体所以选择选用地下架线电机车。

②矿山设计产量为80万吨的中型的冶金矿山，拱高F=B／4的三心拱断面，轨距运输，所以查表选择应采用ZK10－61250架线式电机车牵引YCC（1.2）型曲轨侧卸式矿车运输。

2、确定巷道断面尺寸：

1、断面形状的选择以及选择依据

因为第一水平的运输大巷服务年限较长，穿过中等稳固的岩石，故其巷道承受的地压较大，因此选用拱高F=B4的三心拱断面，常用三心拱高为=B3由于此矿围岩一般较稳定，拱高可取小些ƒ.=B4.

2、巷道断面的规格确定（巷道宽、巷道高），及计算过程。

（一）确定巷道断面净宽度B。

查表1－2知：

ZK10－61250电机车宽1060mm，两轨中心距1400mm，YCC（1.2）宽1050mm，两轨中心距1350mm，两者比较取最大值，故运输设备宽度b=800mm，所以两电机车之间距离m=s-b=1400-1060=340mm。

故净宽度：

B=b1+2b+m+b2

=300+2106+340+800

=3560mm

将净宽度计算值按50mm进级，取B。

=3600mm.

b、选择道床参数

根据本巷通过的运输设备，查《采矿手册》选用24kg／m钢轨，采用钢筋混凝土轨枕。

轨面水平至底板之间距离h6=400mm，底板水平至道渣水平之间距离h5=250mm，所以道渣平至轨面水平距离h4=h6-h5=400-250=150mm.

c、确定巷道净高度H

（1）拱高及参数：

ƒ。

=1／3B。

=13×3600=1200mm

大圆弧半径R=0.692B。

=2491mm

小圆弧半径r=0.261B。

=940mm

（2）巷道净墙高h2：

1）按电机车架线要求确定。

设架线导电子宽度的12为400mm，即K=400mm，架线至轨面高度，取H=2000mm，

2）a=b1+b2=300+10602=830mm

由于r-a+kr-b1=940-830+400∕940-300=0.796>0.55

故导电子弓在小圆弧内：

h2=H+h4-

=2000+150-

=1763mm

3）按管道架设高度要求确定。

计算如下：

h2=1800+D∕2－

=1267mm

式中hˊ—管道占用的垂直距离，从图知hˊ等于压风管和水管直径之和，即：

hˊ=200+100=300mm；

D—管道法兰盘直径，即D为200+100=300mm；

bˊ—管道法兰盘与支架间的间隙，因管道直径为200mm，在250~160mm之间，取bˊ=0.

C—在人行道一侧的线路中心至墙的距离C=b2+b∕2=800+1060∕2=1330mm.

4）按行人要求确定。

计算结果为h2=1800-

=1378mm

从以上三种情况，取其中最大并按10mm的进行级作为计算值，则净高度h2=1770mm.

d.巷道净宽度H。

计算结果为：

H。

=ƒ。

+h2=1200+1770=2970mm

e.计算巷道净断面面积S。

和净周长P

由表1－10知

S。

=（h2+0.263B。

）B。

=（1.770+0.263×3.600）×3.600=9.78m²

P=2.33B。

+2h=2.33×3.700+2×1.770=12.161m

式中Bˊ=B。

+2倍锚杆外露长度=3.600+2×0.05=3.700m

f.确定巷道断面尺寸

巷道设计掘进宽度（无充填时）B1为

B1=B。

+2（T+50）=4000mm

巷道设计掘进高度H1为：

H1=H。

+T+50=3170mm

巷道掘进断面积Sn=S。

+Sd+St+S甚=9.78+1.0204+0.808+3.600×0.25=12.51m²

3、水沟断面确定

本巷道正常通过量应选用水沟坡度与巷道相同，即3﹪，查表选用倒梯形砌碹水沟可容水深450mm，上宽400mm，下宽350mm水沟混凝土用量为0.12m³。

3、巷道支护方式

1、巷道支护方式选择

围岩中等稳固，稳定等级为Ⅲ级，服务年限长，巷道跨度较大，经查表应使用锚支护，优点是经济合理，施工简单，机械化程度高，施工速度快，喷射混凝土能充分发挥围岩自承能力，并和围岩机构同工承载体，质量可靠施工安全，适应性强，用途广泛。

2、支护参数确定.

根据地压理论，选d=20mm，l=1.6m螺纹钢筋作沙浆锚杆，喷射混凝土厚度T=150mm，锚杆外露长度为50mm。

4、布置巷道管线

管子按规定悬吊在人行道一侧上方，而电力电缆在非人形到一侧，通信电缆挂在墙上。

五、计算巷道掘进工程量及材料消耗量

（1）每米拱顶巷道所需喷射混凝土材料量。

计算结果为：

V1=1×[（1.33B。

+1.57Tˊ）Tˊ—（1.33B。

+1.57×0.05）×0.05]=0.78M³

（2）每米巷道两墙所需喷射混凝土材料量。

计算结果为：

V2=2×（h2+h5）T×=0.61M³

（3）每米巷道所需锚杆根数N与填砂浆V3。

设锚杆轴向距离为1.0m，径向间距为1.0m，则：

N=12根

V3=π∕（D²-d²）×lˊ×N×1=0.024m³

式中D―锚杆孔直径，取45mm；

d―锚杆直径，取20mm；

lˊ―锚杆孔深度，取1550mm.

（4）绘制巷道断面施工图及材料消耗量表

根据以上计算结果，按1︰50比例绘制出巷道断面施工图，并列出巷道特征表，工程量及巷道支护材料消耗量表。

运输大巷特征

断面∕m²

设计掘进尺寸∕mm

净断面尺寸∕mm

支护厚度∕mm

净周长∕mm

宽

高

拱高

宽

净全高

厚墙

拱高

拱和墙

9.78

12.5

4000

3170

1200

3600

2970

150

150

12.16

工程量及巷道支护材料消耗量

计算掘进工程量∕m³

混凝土材料消耗量∕m³

其他材料∕根

巷道

喷拱

喷墙

填孔

水沟

锚杆

12.51

0.78

0.61

0.024

0.12

12

六、巷道掘进施工的设计：

（一）爆破参数的确定

大断面井巷（﹥6㎡）可采用38～35mm的药卷，炮孔直径一般比药卷直径大5～10㎜，采用压气装药时，可充分利用炮孔直径。

在一般巷道掘进中多为1.5～2.5m。

原始爆破条件

名称

单位

数量

名称

单位

数量

巷道掘进断面

8.73

炮眼数目

个

45

岩石坚固系数f

4～6

雷管数目

个

44

炮眼深度

m

2.2

总装药量（2号岩石硝铵炸药）

㎏

27.5

炮眼布置及装药参数

眼号

炮眼名称

眼数

／个

炮眼深度

／m

装药量

起爆顺序

连线方式

装药结构

单孔

小计

卷／眼

质量／㎏

卷每

质量／㎏

1

空眼

1

2.3

串

联

连

续

反

向

装

药

2～5

掏槽眼

4

2.3

7

1.05

28

4.2

Ⅰ

6～11

一圈辅助

6

2.2

5

0.75

30

4.5

Ⅱ

12～22

二圈辅助

11

2.2

5

0.75

55

8.25

Ⅲ

31、32、44

帮眼

4

2.2

2

0.30

8

1.2

Ⅳ

33～43

顶部眼

11

2.2

2

0.30

22

3.30

Ⅳ

23～39

底眼

8

2.2

5

0.75

40

6.0

Ⅴ

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

㎏／

13.8

每循环工作面进尺

M

2.0

每循环炮眼总长度

m

99．5

每循环爆破实体岩石

17.5

每立方岩石雷管消耗量

个／㎡

2.5

炸药消耗量

㎏／

1.6

每米巷道雷管消耗量

个／m

22.0

（二）选择钻眼爆破的器材

凿岩设备选用气腿式凿岩机或凿岩台车与导轨式凿岩机配套使用。

1由于气腿式凿岩机便于组织多台凿岩机凿岩，易于实现凿岩与装岩平行作业，

机动性强，辅助工时短，利于组织快速施工，现场广为使用。

②凿岩台车具有凿岩速度快、效率高、操作安全、机械化程度高、劳动强度底、凿岩质量高的优点。

③爆破采用雷管与炸药的配合使用。

（三）炮眼布置

炮眼布置一般分为：

A输锚眼，B铺助眼，C周边眼，除合理选择掏槽方式和爆破参数外还需合理布置炮眼，个炮眼布置位置如下；

（四）选择装药结构与起爆方法

（1）条形装药结构，条形装药是指长径比大于6的药包通常为柱状或条

起爆方式图

（2）起爆方法，采用延期雷管顺序起爆即先炮眼其次铺助眼最后周边眼。

（五）拟定爆破说明书和爆破参数图

（1）爆破说明图如下内容；

（2）爆破参数图如下；

（六）定向与钻眼工作

为了定向抛掷和堆填药包布置最早采取定位中心注即在爆区分排布置药包，各排药包从定向抛掷堆填的中心轴线某一距高点为中心距离为半径布药。

钻眼工作要小利用率要高，根据岩性选择合适的钻眼设备和钻眼深度。

（七）钻眼爆破安全及注意事项

（1）钻眼安全及注意事项：

为防止风水管过多而造成混乱应采用定人，定机，定位，定眼数定时间的凿岩工岗位责任制。

（2）爆破时应注意施工中的不安全因素或患对照监测报告和爆破后安全调查最敏感最重要的保护对象是否安全对爆破环境检查更立足于爆前爆后状态的对比，对爆后安全检查的重点部位在爆前就应调查，其次要建立档案。

（八）通风防尘及风机的选择

进风井巷及采掘工作面的风源含量不得大于0.5mg／m³回风不得造成公害，有效风量应在60％以上避免废风串联不用的采区及时封闭，从矿山具体情况拟定通风系统。

在扇风机产品目录中的个体特性曲线上选择合适的主扇判断所选主扇是否合适要看两个时期的工作点是否都在扇风机个体特性曲线上合理工作范围内在根据电动机轴功率及主扇要求的转速，从产品中选取电动机类型及容量。

（九）巷道支护

为了保持巷道的稳定性使巷道在服务年限内保证有效的使用空间根据实际经验认为锚杆间长度至少是岩体节理宽度的3倍侧墙上的锚杆从上到下其长度可递减为了形成一定厚度的压缩带锚杆的长度到力为其间距的2倍实际矿山使用的锚杆长度之间之比为1.5也能长期稳定可靠的工作在岩层中打锚杆眼可用6FB型锚杆大眼机安装托板是应将岩面找平增加系载力螺帽凝紧后将混凝土砂浆喷射在其表面防风化。

（十）施工方法

采用一次成巷作业；一次成巷作业分三种作业方式：

（1）掘进与永久支护平行作业，

（2）掘进与永久支护顺序作业，（3）掘进与永久支护交替作业。

水平大巷掘喷平行作业循环图

七、装岩与法输

（一）选择装岩设备

双轨凿岩台车（PYT－2型）和（6J－型）轻型凿岩机凿岩体－1型（或ZCZ－26型）金属矿山较多使用时一种机械性作业形式采用三班作业每班4人。

（二）选择运输方式

采用梭式矿车来运输，梭轴前后车体构成一个穿长大容积箱体，并通过前后横穿放在两个值向架上，它的底部有一台刮板输送机装岩机向梭车的前端装岩每当岩堆达到车厢高度时开动刮板输送机向车厢后部移动一段距离返次进行直至装满整个车厢然后开动电机车拉直卸载点开动刮板将矿卸出。

第三章井筒

一、井筒净断面尺寸确定

A净断面尺寸确定主要步骤

（1）选择提升容器的类型，规格数量：

（2）选择井内其他设施

（3）计算井筒的直径

（4）按通风要求计算井筒断面尺寸

B净断面尺寸确定实例

a罐道梁中心线的间距

L1=L+E1+E2

L2=L+E1+E3

式中－1.2号罐道中心线距离mm

L2－1.3号罐道深中心线距离mm

C.－两侧罐道间间距mm

E1,E2,E3－1.2.3号罐道梁与罐道连接部分尺寸有初选的罐道罐道梁类型及其连接部分尺寸决定

b梯子间尺寸

梯子间尺寸M,H,T由以下方法确定

M=600+600+S+a2

式中600－一个梯子孔的宽度mm

S－梯子孔边至2号罐梁的板壁厚度一般梯子之间S=77mm、

a2－2号罐梁宽度的1／2

H=2×（700=100）=1600mm

式中700－梯子孔长度mm

100－梯子梁宽度mm

左侧布置梯子间，右侧布置管缆间，一般取J=300－400mm

因此N=H—J=1200_1200mm

D．图解法求竖井返似直径

b=R—

M=

b－安全间隙mm

M－梯子间尺寸mm

f－罐笼纵轴中心线至罐笼端部分距离，f=1／2—Δχ；

二、风速校核

V=Q∕S0≤VY

式中V－通过井筒的风速m／s

Q－通过井筒的风量m³／s

S0—井筒的有效断面积㎡.s=0.85，s为井筒净断面

VY—规定井巷允许通过的最大风速

三、井壁厚度确定

井壁厚度参考数据

井筒净直径／m

井壁支护厚度／mm

混凝土

混凝土砖

料石

3.0－4.5

250

300

300

4.5－5.0

300

350

300

5.5—6.0

350

400

350

6.5—7.0

400

450

400

7.5—8.0

500

550

500

注：

1本表使用于f=4—6

2混凝土砖料石砌碹时壁后充填为100mm；

3混凝土标号采用150号

四、绘制井筒施工图并编制加精通工程量及材料消耗量表如下；

井筒工程量及材料消耗量表

工程名称

断面／㎡

长度

掘进体数

材料消耗

混凝土／m³

钢材／t

净

掘进

／m

／m³

井壁结构

井筒装备

合计

冻结成

108

6264.5

2689

97.2

66

163.2

壁座

33.2

58.1

2.0

159.3

93

1.35

1.14

2.49

基岩层

233.5

10321

2569

139．6

139.6

壁座

33.2

44.2

2.0

132.3

66

1.16

1.14

2.30

合计

345.5

16877.

5417

99.71

207.88

307.59

五、竖井施工方案

竖井施工分为掘进砌壁哈安装三大工序；①长段掘砌单行作业②短段掘砌单行作业哈短段掘砌混合作业③长段掘砌平行作业.

六、凿岩爆破工作

刚井筒穿过松软的表土层哈软岩层（f﹤3）时，可用人工或机械直接挖掘岩土，而对于硬岩层（包括坚硬土层）一般采用凿岩抱起方法。

爆破原始条件

1

井筒掘进直径∕m

5—8

2

井筒掘进面积∕m³

27.34

3

岩石种类

石英岩

4

岩石坚固性系数

8—10

5

炸药种类

高威力硝铵炸药

6

药包规格

32mm×200mm×150g

7

雷管种类

毫秒电雷管

爆破参数表

炮眼序号

圈径／m

圈距／m

眼数／个

眼距／m

炮眼角度

眼深／m

眼径／mm

装药量／kg

每孔每圈

充填长度

起爆顺序

连线方式

1—4

0.75

0.375

4

0.6

90

3.0

42

1.8

7.2

0.6

Ⅰ

5—12

1.8

0.53

8

0.7

85

2.8

42

1.8

14.4

0.6

Ⅱ

13—26

3.0

0.60

14

0.67

90

2.8

42

1.5

21.0

0.8

Ⅲ

分两组并联

27—46

4.4

0.70

20

0.68

90

2.8

42

1.5

30.0

0.8

Ⅳ

47—76

5.7

0.65

29

0.60

92

2.8

42

1.35

40.5

1.0

Ⅴ

合计

75

113.1

七、装岩排水支护

1装岩采用NZQ—0.11型抓岩机或HK型液压式抓岩机

2吊桶排水注浆堵水钻孔泄水井内载水和机械排水。

3根据围岩性质、井段高度及涌水量的不同先采用临时支护.当井筒向下掘进一段深度后,便应进行永久支护,起支撑地压、固定井筒装备、封堵涌水以及防止岩石风化破.

八、劳动组织及循环图

影响竖井快速施工的重要因素.一是技术性的,如采用新技术、新设备、新工艺、新方法等；二是进行科学的施工组织,有管理如编制合理的循环图表确保正规循环作业以及严密的劳动组织.

井筒及岩段正规循环作业图表

九、感想与总结

通过本次实习，让我们每个同学在学好专业知识的同时，更对井下工程的施工与设计以及矿井提升设备的选型计算、运输设备的选型计算做到了更进一步的掌握。

在全面、系统地巩固了专业知识的基础之上，更激发了我们学好专业知识的爱好和兴趣。

十、参考文献

（1）《井巷设计与施工》冶金工业出版社

（2）《采矿学》冶金工业出版社

（3）《金属矿地下开采》冶金工业出版社

（4）《采矿手册》冶金工业出版社

附井筒图如下: