3 巷道斷面設(shè)計

1、123 巷道斷面設(shè)計 l 重點與難點：重點與難點： 巷 道 斷 面 形 狀 ； 巷 道 斷 面 尺 寸 ； 巷 道 斷 面 內(nèi)水溝和管線布置；巷道斷面設(shè)計示例。 l 技能要求：技能要求： 識記：常用的巷道斷面形狀； 領(lǐng)會：巷道斷面尺寸確定及巷道斷面內(nèi)水溝和管線的布置原則； 綜合應(yīng)用：巷道斷面設(shè)計。山東科技大學資源與環(huán)境工程學院33.1 巷道斷面形狀巷道斷面形狀 (1) 選擇巷道斷面形狀一般考慮的因素 巷道斷面承載能力、圍巖性狀、地壓大小與方向； 斷面利用率； 巷道類別用途、位置及服務(wù)年限； 巷道支護方式及支架材料等。l 常用斷面形狀：有直墻半圓拱形、直墻圓弧拱、不規(guī)則梯形、不規(guī)則矩形等。此外，

2、三心拱、橢圓拱等均有使用。 (2) 巷道斷面使用原則 安全穩(wěn)定性好； 滿足使用技術(shù)要求； 斷面利用率高； 巷道施工速度快、造價低。 山東科技大學資源與環(huán)境工程學院4巷巷道道斷斷面面形形狀狀53.1 巷道斷面形狀巷道斷面形狀 (3) 巷道斷面選擇依據(jù)作用在巷道上的地壓地壓大小和方向大小和方向在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。巷道用途巷道用途和服務(wù)年限和服務(wù)年限也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。礦區(qū)的支架材料和支架材料和習慣使用的支護方式支護方式，也直接影響巷道斷面形狀的選擇；掘進方法和掘進設(shè)備掘進方法和掘進設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響。 需要風量大的礦井，選擇通風阻力小的斷面和支護

3、方式，有利于安全和具有經(jīng)濟效益。678一、一、巷道凈寬度巷道凈寬度B的確定的確定 二、二、巷道的凈高度巷道的凈高度H 三、三、巷道的凈斷面面積巷道的凈斷面面積S 四、四、巷道風速巷道風速v驗算驗算五、五、巷道設(shè)計和計算掘進斷面面積巷道設(shè)計和計算掘進斷面面積3.2 巷道斷面尺寸巷道斷面尺寸9一、凈寬度確定一、凈寬度確定l決定巷道凈斷面尺寸的因素：運輸；行人；通風；安全設(shè)施及設(shè)備的安裝、檢修和施工等。l巷道斷面設(shè)計方法與步驟： 首先根據(jù)運輸、通風、行人、安裝檢修、施工和煤礦安全規(guī)程、煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，確定巷道凈斷面的尺寸； 進行風速校驗； 根據(jù)支護參數(shù)和道床參數(shù)，計算出巷道的“設(shè)計斷面尺寸

4、”； 再按允許超挖值，計算出巷道的“掘進斷面尺寸”； 最后按比例繪制包括墻角和水溝在內(nèi)的巷道斷面圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。 山東科技大學資源與環(huán)境工程學院10 直墻拱形巷道的凈寬度直墻拱形巷道的凈寬度指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。矩形巷道的凈寬度矩形巷道的凈寬度巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。 梯形巷道，梯形巷道，1）當其內(nèi)通行礦車、電機車時，凈寬系指車輛頂面水平的巷道寬度；2）當其內(nèi)不通行運輸設(shè)備時，凈寬系指自底板起1.6m高水平的巷道寬度。 一、凈寬度確定一、凈寬度確定11 以直墻拱形巷道為例以直墻拱形巷道為例： Ba十十2A1十十c

5、十十tA1運輸設(shè)備的最大寬度(表2-1)，m；a非人行道側(cè)寬度 ；c人行道的寬度 ；t運輸設(shè)備最突出部分之間的間距。 （具體數(shù)值見煤礦安全規(guī)程）12煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程第二十二條第二十二條 運輸巷兩側(cè)（包括管、線、電纜）與運輸設(shè)備最突出部分之間的距離，應(yīng)符合下列要求：(表表2.1 42頁頁) （一）新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運輸巷的一側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機械化采煤礦井為1m）以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m；巷道另一側(cè)的寬度不得小于0.3m（綜合機械化采煤礦井為0.5m）。 （二）巷道內(nèi)安設(shè)輸送機時，輸送機與巷幫支護的距離不得小于0.5m；輸送

6、機機頭和機尾處與巷幫支護的距離應(yīng)滿足設(shè)備檢查和維修的需要，并不得小于0.7m。 （三）巷道內(nèi)移動變電站或平板車上綜采設(shè)備的最突出部分，與巷幫支護的距離不得小于0.3m。 （四）在人車停車地點的巷道上下人側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬1m以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m。13煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程第二十三條：第二十三條： 在雙軌運輸巷中，2列列車最突出部分之間的距離，對開時不得小于0.2m，采區(qū)裝載點不得小于0.7m，礦車摘掛鉤地點不得小于1m。 車輛最突出部分與巷道兩側(cè)距離，必須符合本規(guī)程第二十二條的要求。14一、凈寬度確定一、凈寬度確定15在確定曲線段巷道凈寬度時

7、，按公式計算巷道的凈寬，要考慮礦車在彎道上運行，由于車體的中心線和線路的中心線不相吻合，發(fā)生礦車外邊角外伸和礦車內(nèi)側(cè)車幫內(nèi)移現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)和外側(cè)內(nèi)側(cè)和外側(cè)均要加寬均要加寬0.2m。曲線段巷道加寬范圍：除曲線段外，用礦車運輸時與曲線段兩端相聯(lián)的各長2m的直線段也要加寬；用電機車運輸時曲線兩端直線段加寬長度為3.0m。16雙軌巷道中線距加寬 雙軌巷道對開列車車輛之間應(yīng)有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按表1-2選?。槐肀?-3 45頁頁17巷道凈寬的總體規(guī)定l1）拱形斷面：l(1)主要運輸巷道：綜采：3.0m；其它：2.2m。l(2)其它巷道： 2.0ml2)矩形斷面： 2.0ml3)梯形巷道：

8、 1.8m（頂部）l梯形巷道凈寬：標準頂梁尺寸+立柱斜角凈寬。l4)自道渣面起1.6m范圍內(nèi)，人行道寬度 0.8m。l5）只進不舍，0.1m進級。18無軌巷道l主要根據(jù)通風、行人選取。l1）主要運輸巷道：l(1) 人行道：1.2m；另外一側(cè)：0.5m。l(2)列車對開： 0.5ml2)其它巷道：人行道：0.8-1.0m；另外一側(cè)：0.3-0.5m。l3)轉(zhuǎn)彎和交叉處，根據(jù)列車轉(zhuǎn)彎半徑、運輸間距確定。19 二、巷道的凈高度二、巷道的凈高度 1）矩形、梯形巷道矩形、梯形巷道： 自渣面或底板到頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度。表表2.42）拱形巷道凈高拱形巷道凈高： 自渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露

9、出長度終端的高度。 主要是確定凈拱高凈拱高和自底板起的墻高自底板起的墻高。 H=h0+h3-hb H拱形巷道凈高； h0拱形巷道拱高； h3拱形巷道墻高； hb巷道內(nèi)道碴高度。20煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程第二十一條第二十一條 巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風和安全行人、運輸、通風和安全設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求： （一）主要運輸巷和主要風巷的凈高凈高，自軌面軌面起不得低于2m。架線電機車運輸巷的凈高必須符合本規(guī)程第三百五十六條和第三百五十七條的有關(guān)要求。 （二）采區(qū)（包括盤區(qū)，以下各條同）內(nèi)的上山、下山上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層

10、內(nèi)的不得低于1.8m。采煤工作面運輸巷、回風巷及采區(qū)內(nèi)的溜煤眼等的凈斷面或凈高，由煤礦企業(yè)統(tǒng)一規(guī)定。 巷道凈斷面的設(shè)計，必須按支護最大允許變形后支護最大允許變形后的斷面計算。212）拱形巷道凈高）拱形巷道凈高（1） 拱高拱高h0 常與巷道凈寬的比來表示（高跨比）： 半圓拱：h=R=B/2； 圓弧拱： h=B/3、0.4B。（2） 墻高墻高h3 自巷道底板至拱基線的距離。22(2) 拱形巷道壁高拱形巷道壁高設(shè)計要求：設(shè)計要求：(1) 架線電機車架線電機車導(dǎo)電弓子頂端兩切線交點處與巷道拱壁間最小安全間隙n；(2) 管道的裝設(shè)m；(3) 人行高度要求j；(4) 1.6m高度人行道寬度C；(5) 設(shè)備

11、上緣至拱壁間最小安全間隙C 。 計算壁高h3，然后取大值?！爸贿M不舍，0.1m進級”23(2) 拱形巷道壁高拱形巷道壁高h3 半圓拱形巷道的壁高h3(見圖2-3)。(1) 按“架線電機車導(dǎo)電弓子高度”要求計算： 式中，h4電機車導(dǎo)電弓子高度；2.0m（行人），1.9m（不行人），井底車場 2.2m。（356條） hc道床總高度；R 半圓拱半徑； n 導(dǎo)電弓子外緣與拱壁之間的安全間隙(一般取300)； K導(dǎo)電弓子寬度之半； b1軌道中心線與巷道中心線間隙。 21243bKnRhhhc24(2) 拱形巷道壁高拱形巷道壁高h3（4） 按“1.6m高度人行寬度”要求l 雙軌巷道：l單軌巷道：式中，C-

12、運輸設(shè)備上緣和拱璧間距(一般大于等于700mm)；（5） 按“設(shè)備上緣距拱璧的最小安全間隙”要求計算：雙軌：單軌：非人行側(cè)：2112321600bACRhhb22123)2(1600bACRhhb211232bACRhhhc22123)2(bACRhhhc221232bAaRhhhc25nh3hbh5h2h7Dh0HTH1aA1tA1Cb1b2KmBa1bc1B1B2hahchh4m1架線電機車管道安裝行人人行寬度設(shè)備上緣26單軌巷道壁高單軌巷道壁高27281）矩形巷道凈斷面積：SBH B巷道凈寬；H巷道凈高。 2）梯形巷道凈斷面積：S(B1+B2)H/2； B1、B2巷道頂梁、底板處凈寬；H

13、巷道凈高。3）半圓拱巷道：SB(0.39B+h2) h2渣面起巷道壁的高度。4）圓弧拱巷道：SB(0.24B+h2)三、巷道的凈斷面面積29 矩形巷道30梯形巷道31半圓拱形巷道32圓弧拱形巷道33四、巷道風速驗算四、巷道風速驗算 生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風用，因此還要進行最優(yōu)的風速驗算：V通過巷道的風速，Q通過巷道的風量，Vmax巷道允許通風的最高風速，ms。 maxVSQV34四、巷道風速驗算四、巷道風速驗算 l煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：礦井主要進風巷的風速一般不大于6m/s；輸送機巷道采區(qū)風巷一般不大于4m/s。煤礦安全規(guī)程 35五、巷道設(shè)計和計算掘進斷面積五、巷道設(shè)計和計算掘進斷面積 1支

14、護參數(shù)的選擇 2道床參數(shù)的選擇3巷道設(shè)計掘進斷面積 4巷道計算掘進斷面積 36（一）支護參數(shù)的選擇（一）支護參數(shù)的選擇支護是影響煤礦技術(shù)經(jīng)濟指標和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。支護形式支護形式 過去：棚式支架和磚石、混凝土砌碹是支護的主要形式。 近來，金屬支架和錨噴支護。支架參數(shù)支架參數(shù) 是各種支架的規(guī)格尺寸，錨噴支護的錨桿類型、長度直徑、間距、排距、噴層厚度及標號等。 如坑木的直徑、金屬和鋼筋混凝土構(gòu)件的斷面高度以及背板厚度、噴層的厚度或錨桿外露的長度。37（二）道床參數(shù)的選擇（二）道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)： 鋼軌型號鋼軌型號、軌枕規(guī)格軌枕規(guī)格和道碴厚度道碴厚度。鋼軌型號是根據(jù)巷道類型、運輸方式及礦

15、車容積和軌距來選取。 每米長度的質(zhì)量來表示。15、22、30、38kg/m 軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。 道床：一般采用堅硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，顆粒度以2030mm為宜。 38（二）道床參數(shù)的選擇（二）道床參數(shù)的選擇39鋼軌型號表表2.9 58頁頁40軌枕規(guī)格表表2.10 58頁頁41常用道床參數(shù)常用道床參數(shù)表表2.11 59頁頁42（三）巷道設(shè)計掘進斷面積 巷道凈尺寸加上支架、道床參數(shù)巷道凈尺寸加上支架、道床參數(shù)使可得到巷道的設(shè)計掘進尺寸，從而求得巷道設(shè)計掘進斷面積。半圓拱巷道：半圓拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘進寬度；h3墻高

16、；圓弧拱巷道圓弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3； B巷道凈寬；T墻厚；梯形巷道：梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4頂梁、底梁設(shè)計掘進寬度；H1設(shè)計掘進高度。43（四）巷道計算掘進斷面積 考慮到巷道在施工內(nèi)出現(xiàn)超挖觀象，因此，設(shè)計掘進斷面尺寸應(yīng)加上允許超挖值(矩形、梯形棚子)，作為計算掘進斷面尺寸。 并以此計算出巷道的掘進工程量和支爐材料消耗量。443.2 巷道斷面尺寸巷道斷面尺寸五、巷道斷面尺寸計算公式五、巷道斷面尺寸計算公式l梯形巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗計算公式，如表2.4所示。（47頁）l半圓拱巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗計算公式

17、，如表2.6所示。 （52頁）l .圓弧巷道斷面尺寸和工程量、材料消耗量計算公式，如表2.7所示。 （54頁） 453.3 巷道斷面內(nèi)水溝和管線布置巷道斷面內(nèi)水溝和管線布置3.3.1排水溝布置設(shè)計排水溝布置設(shè)計 (1) 排水溝斷面系根據(jù)礦井生產(chǎn)時通過該巷道的排水量設(shè)計。 (2) 排水溝一般布置在人行道一側(cè)，并盡量少穿越運輸線路。 (3) 平巷排水溝的坡度一般取35(或與巷道坡度相同)。 3.3.2巷道管線布置巷道管線布置(設(shè)計設(shè)計) (1) 巷道內(nèi)管線布置的原則 “保證安全、便于檢修”。 (2) 電力電纜與管道應(yīng)布置在巷道的不同側(cè)。 (3) 電話和信號電纜應(yīng)布置在電力電纜的另一側(cè)。 山東科技大

18、學資源與環(huán)境工程學院4647 3.4 巷道斷面設(shè)計示例巷道斷面設(shè)計示例 已知條件：已知條件：某煤礦，年設(shè)計能力為90萬t，低瓦斯礦井，中央分列式通風，井下最大涌水量為320m3/h。通過該礦第一水平東翼運輸大巷的流水量為160m3/h，采用ZK10-6/250架線式電機車牽引1.5噸礦車運輸.該大巷穿過中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅固性系數(shù)f =46，需通過的風量為48m3/s。巷道內(nèi)敷設(shè)一道直徑為200mm的壓風管和一趟直徑為l00mm的水管。 試設(shè)計運輸大巷直線段的斷面。試設(shè)計運輸大巷直線段的斷面。48 3.4 巷道斷面設(shè)計示例巷道斷面設(shè)計示例 一、選擇巷道斷面形狀一、選擇巷道斷面形狀l年產(chǎn)90萬

19、t礦井的第一水平運輸大巷，一水平服務(wù)年限在20年以上，采用 600mm軌距雙軌運輸?shù)拇笙?，其凈寬?m以上，又穿過中等穩(wěn)定的巖層。l故選用螺紋鋼樹脂錨稈與噴射混凝土支護，半圓拱形斷面。l錨桿支護參數(shù)表（頁）。49 二、確定巷道斷面尺寸二、確定巷道斷面尺寸 確定巷道凈寬度確定巷道凈寬度B 查表2-2（45頁）知ZK10-6/250電機車寬A1=1060，高h=1550；1.5噸礦車寬1050，高1150。 根據(jù)煤礦安全規(guī)程，取巷道人行道寬C=840，非人行道一側(cè)寬a=400。又查表2-3知本巷雙軌中心線b=1300，兩電機車之間的距離為：1300-（1060/2+1060/2）=240 故巷道凈

20、寬度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+21060+240+840=3600。 確定巷道拱高確定巷道拱高h0 半圓拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800； 半圓拱半徑R=h0=3600/2=1800。 3.4 巷道斷面設(shè)計示例50 3.4 巷道斷面設(shè)計示例21243)()(bKnRhhhc1552)270360()3001800(4102000223h 二、確定巷道斷面尺寸二、確定巷道斷面尺寸 確定巷道凈寬度B =3600。 確定巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800 確定巷道壁高確定巷道壁高h31）按架線電機車導(dǎo)電弓子要求確定h3由表2.5中半圓拱巷道壁高公式得51

21、 2）按管道裝設(shè)要求確定）按管道裝設(shè)要求確定h3 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 222753)2/(bDmKRhhhhb1633)4302/335300360(18002209001800223h3）按人行高度要求確定）按人行高度要求確定h3223)(1800jRRhhb1195)2001800(18002201800223h綜上計算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為h3=1820。則巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400。52 確定巷道凈斷面面積確定巷道凈斷面面積S和凈周長和凈周長P 由表2.6得凈斷面面積 S=B（0.39B+h2） 式中： h2為道碴面以上巷道壁

22、高，h2= h3-hb=1820-220=1600。 故， S=3600（0.393600+1600）= 10.8m2； 凈周長 P=2.57B+2h2=2.573600+21600 = 12.5m。 3.4 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)) 53 用風速校核巷道凈斷面面積用風速校核巷道凈斷面面積查表2.8，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風量Q=48m3/s，計算得： 3.4 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)) 844. 48 .1048SQV設(shè)計的大巷斷面面積、風速沒超過規(guī)定，可以使用。54 選擇支護參數(shù)選擇支護參數(shù)（180頁，表6.6） 本巷道采用錨噴支護，根據(jù)巷道凈寬3.6m、穿過中等穩(wěn)定巖層即屬類圍巖、

23、服務(wù)時間大于l0年等條件，得：錨噴支護參數(shù)；錨噴支護參數(shù)； 錨桿長2.0m，間距a=0.8m，排距a=0.8m，錨桿直徑18； 噴射混凝土層厚T1=l00mm，而錨桿露出長度T2=50mm故支護厚度T=T1=100。 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))55 選擇道床參數(shù)選擇道床參數(shù) 根據(jù)本巷道通過的運輸設(shè)備，選用30kg/m的鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為410和220，道渣至軌面高度ha=hc-hb=410-220=190。 采用鋼筋混凝土軌枕。 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))56確定巷道掘進斷面面積確定巷道掘進斷面面積巷道設(shè)計掘進寬度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道計算

24、掘進寬度B2= B1+2=3800+275=3950。巷道設(shè)計掘進高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720。巷道計算掘進高度H2=H1+=3720+75=3795。巷道設(shè)計掘進斷面面積S1=B1 （0.39B1+h3）=3800（0.393800+1820）=125476002，取S1=12.55。巷道計算掘進斷面面積S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1820）=132739752，取S2=13.27。3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))57三、布置巷道內(nèi)水溝和管線三、布置巷道內(nèi)水溝和管線（一）水溝（一）水溝 已知通過本巷道的水量為160m3/h，采用

25、水溝坡度為0.3%，查表2.12（62頁）得： 水溝深400、水溝寬400，水溝凈斷面面積0.16；水溝掘進斷面面積0.203，每米水溝蓋板用鋼筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水溝用混凝土0.133m3。 （二）管纜（二）管纜 管子懸吊在人行道一側(cè)，電力電纜掛在非人行道一側(cè)，通信電纜掛在管子上方，如圖2-10（69頁）所示。 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))58四、計算巷道掘進工程量和材料消耗量四、計算巷道掘進工程量和材料消耗量每米巷道拱與墻計算掘進體積： V1=S21=13.271=13.27m3；每米巷道墻腳計算掘進體積： V3=0.2(T+)1=0.2(0.1+0.075)1=

26、0.04m3；每米巷道拱與墻噴射材料消耗：V2=1.57(B2-T1)T1+2h3T11 =1.57(3.95-0.10)0.10+21.820.101=0.968m3；每米巷道墻腳噴射材料消耗：V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3；每米巷道噴射材料消耗（不包括損耗）： V= V2+ V4=0.968+0.02=0.988 m3； 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))59 3.4 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù))四、計算巷道掘進工程量和材料消耗量四、計算巷道掘進工程量和材料消耗量每米巷道錨桿消耗MMPN1)2/(2MMMPN5 . 0175.148 . 08 . 08 . 05 . 084. 95 . 01MMMPN折合質(zhì)量kgdl90.5878504