井巷工程课程设计.docx

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井巷工程课程设计

井巷工程

课程设计说明书

设计题目:

巷道断面设计

助学院校:

河南理工大学

自考助学专业:

采矿工程

姓名:

杨柯

自考助学学号:

040213200129

成绩:

指导教师签名:

河南理工大学成人高等教育

2O年月日

目录

1巷道断面设计的原则与步骤-3-

2巷道断面形状-3-

3巷道断面尺寸-5-

3.1巷道净宽度B-5-

3.2巷道拱高h0-5-

3.3巷道壁高h3-5-

3.4巷道净断面面积S和净周长P-6-

3.5用风速校核巷道净断面面积-6-

3.6支护参数-7-

3.7道床参数-8-

3.8巷道掘进断面面积-8-

4巷道内水沟和管线-9-

4.1水沟布置-9-

4.2管线布置-9-

5巷道掘进工程量和材料消耗量-10-

6巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量和材料消耗量表-11-

7课程设计的收获和建议-12-

7.1课程设计的收获-12-

7.2课程设计的建议-13-

8参考资料-13-

某煤矿，年设计能力为120万t，低瓦斯矿井，井下最大涌水量为350m3/h。

位。

第一水平运输大巷的流水量为180m3/h，采用ZK10—6/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f=4～6，需通过的风量为30m3/s。

巷道内敷设一道直径为200mm的压风管和一趟直径l00mm的水管。

试设计运输大巷直线段的断面。

1巷道断面设计的原则与步骤

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。

2巷道断面形状

年产120万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在30年以上，采用600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。

我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其构成的轮廓线可分为折线形和曲线形两大类。

前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等（见图）。

巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作用在巷道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。

一般情况下，作用在巷道上的地压大小和方向在选择巷道断面形状时起主要作用。

当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面；当顶压较大、侧压较小时，则应选用直墙拱形断面（半圆拱、圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大同时底鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形或圆形等封闭式断面。

巷道的用途和服务年限也是考虑选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。

服务年限长达几十年的开拓巷道，采用砖石、混凝土和锚喷支护的各种拱形断面较为有利；服务年限左右的准备巷道以往多采用梯形断面，现在采用错喷支护拱形断面日趋增多；服务年限短的回采巷道，因受动压影响须采用具有可缩金属支架的梯形断面。

矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响巷道断面形状的选择。

木支架和钢筋混凝土棚子，多适用于梯形和矩形断面；砖石、混凝土和喷射混凝土支护方式，更适用于拱形等曲线断面；而金属支架和锚杆可用于任何形状的断面。

掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。

目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。

近年来，由于锚喷支护广泛应用，为了简化设计和有利于施工，巷道断面多采用半圆拱和圆弧拱，三心拱逐渐被淘汰。

在使用全断面掘进机组掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是更为合适的。

在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。

上述选择巷道断面形状应考虑的诸因素，彼此是密切联系而又相互制约的。

条件要求不同，影响因素的主次位置就会发生变化。

所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用较为合理的巷道断面形状。

3巷道断面尺寸

3.1巷道净宽度B

查表3-1知ZK10—6/250电机车宽A1=1060㎜，高h=1550㎜；1.5吨矿车宽1050㎜，高1150㎜。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=840㎜，非人行道一侧宽a=400㎜。

又查表知本巷双轨中心线b=1300㎜，两电机车之间的距离为：

1300-（1060/2+1060/2）=240㎜

故巷道净宽度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+2×1060+240+840=3600㎜。

3.2巷道拱高h0

半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800㎜，半圆拱半径R=h0=3600/2=1800㎜

3.3巷道壁高h3

1.按架线电机车导电弓子要求确定h3

由3-8中半圆拱巷道拱高公式得

式中：

h4为轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000㎜；hc

为道床总高度。

查表3-5选24㎏/m钢轨，再查表3-7得hc=360㎜，道碴高度hb=200㎜；n为导电弓子距拱壁的安全距离，取n=300㎜；K为导电弓子宽度之一半，K=718/2=359，取K=360㎜；b1为轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2-a1=3600/2-930=870㎜。

故：

㎜。

2.按管道装设要求确定h3

式中，h5为渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800㎜；h7为管子悬吊件总高度，取h7=900㎜；m为导电弓子距管子间距，取m=300㎜；D为压气管法兰盘直径，D=335㎜；b2为轨道中心线与巷道中线间距b2=B/2-C1=3600/2-1370=430㎜。

㎜。

3.按人行高度要求确定h3

式中，j为距巷道壁的距离。

距壁j处的巷道有效高度不小于1800㎜，j≥100㎜，一般取j=200㎜。

故：

㎜。

综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1800㎜。

则巷道高度H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400㎜。

3.4巷道净断面面积S和净周长P

净断面面积

S=B（0.39B+h2）

式中：

h2为道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb=1800-200=1600㎜。

故S=3600×（0.39×3600+1600）=1081400㎜2=10.8㎡

净周长P=2.57B+2h2=2.57×3600+2×1600=12500㎜=12.5m

3.5用风速校核巷道净断面面积

查表得Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=30m3/s，计算得：

V=Q/S=30/10.8=2.8<8m/s。

设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。

3.6支护参数

本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩、服务时间大于l0年等条件，得锚喷支护参数；锚杆长1.8m，间距a=0.78～0.8m，排距a‘=0.8m，锚杆直径d=18㎜，喷射混凝土层厚T1=l00mm，而锚杆露出长度T2=50mm。

故支护厚度T=T1=100㎜。

锚杆支护的作用原理：

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，二者又可单独使用，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6~8的中等稳定的岩层，因此我们选择的是锚喷支护。

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，不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、断层带、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：

1.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10％~20％。

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。

2.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。

3.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。

4.锚喷支护可以紧跟工作面，取消临时支护，基本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。

5.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。

3.7道床参数

根据本巷道通过的运输设备，选用24kg/m的钢轨，其道床参数hc、hb分别为360㎜和200㎜，道渣至轨面高度ha=hc-hb=360-200=160㎜。

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,轨枕规格和道砟高度三者的确定。

对轨道敷设的要求是：

钢轨的型号应与行驶车辆的类型相适应，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。

3.8巷道掘进断面面积

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2×100=3800㎜。

巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=3600+2×75=3950㎜。

巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700㎜。

巷道计算掘进高度H2=H1+δ=3700+75=3775㎜。

巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800×（0.39×3800+1800）=12471600㎜2，取S1=12.5㎡。

巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950×（0.39×3950+1800）=13194075㎜2，取S2=13.2㎡。

4巷道内水沟和管线

4.1水沟布置

已知通过本巷道的水量为180m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表得：

水沟深400㎜、水沟宽400㎜，水沟净断面面积0.16㎡；水沟掘进断面面积0.203㎡，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。

管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方。

一般要求如下：

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。

4.2管线布置

4.2.1管道的布置

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。

4.2.2电缆布置

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1.5~1.9m，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。

5巷道掘进工程量和材料消耗量

每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2×1=13.2×1=13.2m3；

每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2×（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m3；

每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=[1.57（B2-T1）T1+2h3T1]×1=[1.57（3.95-0.10）0.10+21.80×0.10]×1=0.96m3；

每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3；

每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）V=V2+V4=0.96+0.02=0.98m3；

每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）

式中，P1’为计算锚杆消耗周长,，P1’=1.57B2=1.57×3.95=6.2m；M、M’为锚杆间距、排距M=M’=0.8m。

故

=3.875，取为4,故

=11.3根.

折合重量为

=41.74kg.其中,l为锚杆深度,l=1.8m,0.05为露出长度;d为锚杆直径,d=18㎜;ρ为锚杆材料密度,ρ=7850kg/m3.

每排锚杆数为N’×0.8=11.3×0.8=9根;

每米巷道锚杆注孔砂浆消耗

其中Sk和Sm是锚杆孔和锚杆的断面面积。

则

m3；

每米巷道粉刷面积Sn=1.57B3+2h2，其中B3为计算净宽

B3=B2-2T=3.95-2×0.10=3.75m。

故Sn=1.57×3.75+2×1.60=9.1㎡。

6巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量和材料消耗量表

根据以上计算结果，按1：

50比例绘制出巷道断面图，见图1，并附上工程量及材料消耗量表，如表1及表2。

表1运输大巷特征表

表2运输大巷每米工程量及材料消耗量表

图1运输大巷断面施工图

7课程设计的收获与建议

7.1课程设计的收获

课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。

通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

实验过程中，也是对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。

感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师 ，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。

7.2课程设计的建议

本次设计趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。

老师提出的革新非常的好，但是提议可以申请将课程浓缩，在一定时间内只做这个，只有高度的集中才能作出好的东西。

时间的紧缺成为一个很大的问题。

也希望老师可以为我们指导一下以后的发展方向。

如果可以让每个人都有去现场参观以及参与其他的各个流程，有专门的指导就更好了。

8参考资料

[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.北京：

  煤炭工业出版社，2006 

[2]东兆星 吴士良 ,井巷工程.徐州.中国矿业大学出版社.2005.2 

[3]钱鸣高、刘听成.矿山压力及其控制〔修订本〕.煤炭工业出版社，1991 

[4]马新民，矿山机械.徐州：

中国矿业大学出版社，2005.2