《井巷设计与施工》课程设计DOC.docx
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《井巷设计与施工》课程设计DOC
《井巷设计与施工》
课程设计
姓名:
学号:
专业:
指导老师:
2012年12月21日
设计条件
某矿年设计能力为500万吨,低瓦斯矿井,采用中央分列式通风,其最大涌水量为300m3/h。
通过该矿第一水平南翼运输大巷的涌水量为260m3/h,采用ZK20--9/550架线式电机车牵引5t底卸式矿车运输。
大巷穿过的岩层为中等稳定,岩石的坚固性系数f=4~6,埋深800m,长1450m,大巷需通过的风量为38m3/s。
巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管、一趟直径为100mm的水管及通讯、动力、信号电缆各一趟。
该巷道的施工进度要求:
240米/月。
一、巷道断面施工图设计
(一)巷道断面形状
大巷穿过的岩层为中等稳定,岩石的坚固性系数f=4~6,埋深800m。
该巷道要求服务年限长,通风阻力小。
因此选用圆弧拱形巷道断面,而为了简化设计和方便施工,选用半圆拱行巷道断面。
(二)道床参数
1、巷道钢轨型号
采用ZK20--9/550架线式电机车牵引,5t底卸式矿车运输,要求钢轨轨距为900mm,因此钢轨型号应选用30kg/m。
(根据课本P9表1-4)
2、轨枕规格
采用钢筋混凝土轨枕,轨距900mm,轨枕全长1200mm,全高145mm,上宽170mm,下宽200mm。
(根据课本P9表1-5)
3、道碴高度
由于选用钢轨型号为30kg/m,因此取道床总高度为360mm,道碴高度取200mm,道碴面致轨道面垂高取160mm。
(根据课本P10表1-6)
(三)管线布置位置
压风管和水管设置在人行道一侧,压风管在下,水管在上,压风管下部距水沟盖板高度为1.8m。
通讯和信号电缆也设置在人行道一侧,电缆悬挂在管道上方,电缆下部与水管上部距离为0.4m,且取电缆两个悬挂点间的距离为3m。
动力电缆布置在人行道另一侧,距离道碴面2.0m。
(四)巷道净断面尺寸
1、巷道净宽度
巷道直线段净宽度B由三部分组成,分别是非人行道一侧宽度a、人行道的宽度c、运输设备的最大宽度A和两列对开列车最突出部分之间的距离t。
由于巷道内需安设电机车,因此非人行道侧的宽度a可取0.6m。
《煤矿安全规程》规定,从巷道道碴面1.6m的高度内,人行道的宽度c不小于0.8m,因此可取巷道人行道宽度c为0.8m。
根据课本P4表1-1可知,电机车的最大宽度A为1.6m。
《煤矿安全规程》规定,两列对开列车最突出部分之间的距离t不小于0.2m,此外,在采区装载点t不小于0.7m,在矿车摘挂钩地点t不小于1.0m。
根据公式B=a+2A+c+t,计算得巷道直线段净宽度为4.8m。
考虑到矿车在弯道上运行时,由于车体中心线和线路中心线不相吻合,会发生车辆外角外伸和内侧车帮内移现象。
所以计算出直线段净宽度后,还需将上述安全间隙适当加大。
根据井下实测和理论计算,内侧和外侧均加宽0.2m。
与曲线段两端相连的直线段也需加宽,由于采用电机车运输,因此取4m。
双轨曲线段巷道两条轨道中心线间距,比直线段两条轨道中心线间距加宽0.3m,即0.5m。
同时,两轨道中心线间距加宽起点从两端直线段开始,其长度取5m。
2、巷道净高度
拱形巷道的净高度H系指自道碴面至拱顶内沿或锚杆露出长度的垂直高度,即H=h0+h3-hb。
式中:
h0:
拱形巷道拱高
h3:
拱形巷道的墙高
hb:
巷道内道碴高度
由于采用半圆拱巷道断面,因此拱高h0为巷道净宽度的一半,即2.4m。
根据课本P10表1-6,取道碴高度hb0.2m,道床总高度hc取0.36m,道碴面至轨道面垂高ha为0.16m。
拱形巷道的墙高h3的确定:
(根据课文P6表1-2)
(1)按架线电机车导电弓子要求计算:
h3≥h4+hc-[(R-n)2-(K+b1)2]½
h4:
从轨面起电机车架线高度,取2.0m;
hc:
道床总高度,为360mm;
R:
拱形巷道半径,为2.4m;
n:
电机车导电弓子顶端两切线的交点处与巷道拱壁间最小安全间隙,取300mm;
K:
导电弓宽度的一半,取K=360mm;
b1:
轨道中心线与巷道中心线间距,为½(t+A),即0.9m;
计算得拱形巷道的墙高h3≥0.68m。
(2)按管道的装设高度要求计算(双轨电机车):
h3≥h5+h7+hb-[R2-(A/2+m1+D/2+b1)2]½
h5:
从道碴面起至管道悬吊高度,为200mm;
h7:
管道悬吊件总高,取900m;
m1:
电机车距管道间安全间距,取300mm;
D:
管道接头处最大直径200mm;
计算得拱形巷道的墙高h3≥1.94m
拱形巷道的墙高由上述计算方法中最大值决定,即1.94m,取h3=2.0m。
3、巷道净断面积
半圆拱巷道净断面积S=B(0.39B+h3-hb),经计算得净断面积为17.7m2。
(五)巷道的风速验算
根据《煤巷安全规程》,查课本P8表1-3可知,电机车巷道允许风速为,最高8m/s,最低1m/s。
但是,为使矿井增产留有余地和经济风速的要求,一般不选用表1-3中所列的最高风速。
同时,《煤炭工业设计规程》规定,矿井主要进风巷的风速一般不应大于6m/s。
风速计算公式:
v=Q/S
Q:
根据设计要求通过该巷道的风量,为38m3/s;
S:
巷道的净断面积,为16.0m2;
计算得风速为2.375m/s,符合安全规程规定。
(六)支护参数
岩石平巷服务年限较长,因此可采用锚喷支护,它具有施工速度快、机械化程度高和成本低等优点。
根据围岩松动圈理论,松动圈为400mm~1000mm的为较稳定围岩,松动圈为1000mm~1500mm的为一般稳定围岩。
因围岩稳定系数f为4~6,因此可取围岩松动圈厚度为1000mm。
锚杆长度可按组合拱理论计算,公式如下:
式中l——锚杆的有效长度,m;
b——组合共厚度,即1000mm;
α——锚杆在松散体中的控制角,取45°;
a——锚杆的间排距,取a=800mm,
计算得,锚杆有效长度为1.8m。
本巷道采用锚喷支护,巷道净宽B为4.8m,穿过中等稳定围岩,服务年限长,因此,选用锚固可靠、锚固力大的螺纹钢树脂锚杆,每根锚杆安装2个药卷,锚杆长2000mm,杆体为Φ18mm螺纹钢,取混凝土喷射厚度T1为100mm,锚杆锚深l为1800mm,矩形布置,锚杆间排距均为800mm,加托板固定,锚杆外露岩面长度T2为100mm,锚喷厚度T为100mm。
(七)水沟参数
水沟布置在人行道一侧,并加设盖板。
水沟盖板顶面与道碴面平齐,水沟底板掘进标高比巷道壁基础标高高出70mm。
水沟纵向坡度与巷道坡度相同,即4‰其中巷道横向水沟一侧坡度为2‰,并在水沟侧面壁上每隔一定距离开设Φ50mm泄水孔。
水沟断面为矩形断面,采用现浇混凝土进行支护。
岩石平巷最大涌水量为300m3/h,根据课本P11表1-7可知,水沟净尺寸如下:
宽500mm,深450mm,净断面面积为0.225m2,掘进断面面积为0.272m2。
每米材料消耗量如下:
盖板钢筋为2.036kg/m,盖板混凝土0.0323m3/m,水沟混凝土为0.152m3/m。
(八)巷道掘进断面尺寸
根据课本P12表1-8常用拱形巷道断面计算公式(锚喷支护)。
巷道设计掘进高H1=H+hb+T=1.6+0.2+T=1.9m;
巷道计算掘进高H2=H1+δ,δ为计算掘进断面允许加宽值,取75mm,所以巷道计算掘进高H2=1.975m;
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4.8+0.2=5.0m;
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=5.0+0.15=5.15m;
巷道设计掘进断面积S1=B1(0.39B1+h3)=19.75m2;
巷道计算掘进断面积S2=B2(0.39B2+h3)=20.65m2;
(九)巷道断面特征表
围岩类别
断面/m2
设计掘进尺寸/mm
喷射
厚度T
/mm
锚杆
净周长/m
净
设计
掘进
宽B1
高H1
形式
外露长度T2
/mm
排列方式
间排距/mm
锚深/mm
直径/mm
Ⅲ
17.7
19.75
5.0
1.9
100
螺纹钢
树脂锚杆
100
矩形
800
1700
18
15.94
(十)每米巷道工程量及材料消耗量
(1)拱和墙掘进体积V1=S1×1=20.65m3;
(2)墙脚掘进体积V2=0.2(T+δ)×l=0.2×(0.1+0.075)=0.04m3;
(3)巷道喷射材料消耗量V0=[1.57(B2-T1)T1+2h3·T1]×l=1.20m3;
(4)墙脚喷射材料消耗V0’=0.2T1=0.02m3;
(5)每米喷射材料消耗V3=V0+V0’=1.22m3;
(6)锚杆数量N=(P1-0.5M)/M2,其中P1为计算锚杆消耗周长,P1公式为P1=1.57B2+2h3=12.09m,计算得N=18.27根;
(7)钢筋重量N*[l*π(d/2)2*ρ]=65.70kg
式中l——锚杆长度,l=1.8m
d——锚杆直径,d=18mm
ρ——锚杆材料密度,ρ=7850kg/m3
(8)树脂药卷消耗量N´=2*N=36.54支;
(9)粉刷面积Sn=1.57(B2-2T)+2h2=13.8m2;
围岩
类型
计算掘进
工程量/m3
锚杆
数量
/根
托板数量
/个
材料消耗/mm
粉刷面积
/㎡
巷道
墙脚
喷射材料/m3
锚杆
钢筋/kg
树脂药卷/支
Ⅲ
20.65
0.04
18.27
18.27
1.22
65.70
36.54
13.8
二、巷道施工技术措施
(一)钻眼爆破工作
1、选择钻眼机具
采用平巷掘进凿岩法,为达到月进度240m,可采用气腿式凿岩机,钻眼时可在同一工作面布置多台气腿式凿岩机同时钻眼,钻眼与装岩平行作业,机动性强,辅助工时短,便于组织快速施工。
根据课本《井巷设计与施工技术》P298可选用型号为YT-26的气腿式凿岩机,其主要性能如下:
项目
单位
YT-26气腿式凿岩机
阀型
——
控制阀
机重
kg
26
气缸直径
mm
75
活塞行程
mm
70
冲击功
J
>70
扭矩
N/m
>15
冲击频率
次/min
2050
耗风量
m³/min
<3.5
长度
mm
690
凿岩速度
mm/min
290~410
气腿长度
mm
1700
气腿质量
kg
15
整机质量
kg
41.1
对于平巷掘进凿岩,可以选用一字型钎头,它具有冲击力集中、凿入深度大、凿速较高、制造和修磨工艺简单等优点。
此外,它价格便宜,配套的锥形钎、凿岩机便宜,便于携带。
可采用型号为直径为38mm的E(YK20)一字型钎头。
凿岩机台数可根据巷道宽度来确定,每0.7m宽配备一台。
巷道计算掘进宽度为5.15m,所以可配备7台气腿式凿岩机同时作业。
2、爆破器材
2.1炸药的选择
选用2号抗水岩石铵梯炸药,配合使用8号Ⅴ段毫秒电雷管。
组分和性能
单位
2号抗水岩石铵梯炸药
硝酸铵
%
85±1.5
梯恩梯
%
11±0.5
木粉
%
3.2±0.5
沥青
%
0.4±0.1
石蜡
%
0.4±0.1
WN2O
%
≤0.3
密度
g/cm3
0.95~1.10
猛度
mm
≥12
做功能力
mL
≥298
殉爆距离
cm
≥5
爆速
m/s
≥3200
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