井巷與井筒設(shè)計

1、1、 巷道斷面設(shè)計 1.1巷道斷面形狀的選擇 巷道斷面形狀的選擇，主要應(yīng)考慮巷道所處的位置（即作用在巷道上的地壓的大小和方向、圍巖性質(zhì)）、用途及其服務(wù)年限、選用的支架材料和支護(hù)方式、掘進(jìn)方法和采用的掘進(jìn)設(shè)備等因素。也可以參考鄰近礦井同類巷道的斷面形狀及其維護(hù)情況等。根據(jù)本課程設(shè)計所給的數(shù)據(jù)和要求，本次設(shè)計選用半圓拱形雙軌運(yùn)輸。理由：該巷道穿過中等穩(wěn)定的巖層，且該巷道的服務(wù)年限為25年，采用半圓拱形巷道更有利于巷道的支護(hù)，并且該種斷面對現(xiàn)在的鉆眼爆破法掘進(jìn)施工也更為適合。 1.2道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)的選擇是指鋼軌型號選取，以及軌枕規(guī)格和道砟高度的確定。1)鋼軌型號 鋼軌的型號是以每米長度的質(zhì)量

2、來表示的。煤礦常用的型號是11kg/m,18kg/m,24kg/m,30kg/m和33kg/m。鋼軌型號根據(jù)巷道類型、運(yùn)輸方式及設(shè)備、礦車容積和軌距來選用，見表1-2-1。巷道鋼軌型號選擇表巷道類型運(yùn)輸方式及設(shè)備礦車容積軌距/mm鋼軌型號/（kg/m）井底車場及主要運(yùn)輸大巷8t,10t電機(jī)車或12t,14t機(jī)車牽引列車5t底卸式900303t底卸式600<8t機(jī)車1t底卸式60018無極繩，5t機(jī)車1t底卸式60015采區(qū)運(yùn)輸巷道上、下山鋼絲繩運(yùn)輸1t底卸式600/900 151t底卸式600運(yùn)輸中巷、回風(fēng)巷5t機(jī)車或鋼絲繩運(yùn)輸1t底卸式600/900151t底卸式60011/15 由電

3、機(jī)車類型8t蓄電池和1.5t標(biāo)準(zhǔn)礦車 可知選擇鋼軌的型號為30kg/m。 2)軌枕規(guī)格軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。目前礦井多使用鋼筋泥凝土軌枕和木軌枕，個別地點(diǎn)也有用鋼軌枕的?；炷淋壵碇饕糜诰总噲?、運(yùn)輸大巷、上(下)山和中巷；木軌枕主要用于道岔等處；鋼軌枕主要用于固定道床。由于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕具有較好的抗裂性和耐久性，同時具省構(gòu)件剛度大、節(jié)約木料、造價低等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)大力推廣使用。常用的軌枕規(guī)格見表1-2-2。 常用的軌枕規(guī)格 mm 軌枕類型軌距鋼軌型號/（kg/m）全長全高上寬下寬木軌枕60011120010012015/18120120150241401301609

4、0015/18160012012015024/30140130160鋼筋混凝土軌枕60012001301201401301601809001700145170200預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕60015/181200115100140由鋼軌的型號30kg/m，采用木軌枕。可知選取的軌枕型號為：鋼筋混凝土軌枕 規(guī)矩為900mm全長 1600mm ， 全高 140mm , 上寬 130mm , 下寬 160mm。3)道碴、道床高度 道碴道床由鋼軌及其連接件、軌枕、道碴等組成，道碴道床的優(yōu)點(diǎn)是施工簡單，容易更換，工程造價較低，有一定的彈性和良好的排水性，并有利于軌道調(diào)平。但在生產(chǎn)過程中，煤、巖粉灑落在道床上

5、之后，使其彈性降低，排水受到阻礙，可能影響機(jī)車正常運(yùn)行。但只要加強(qiáng)維修，這種道床完全能夠滿足機(jī)車運(yùn)行要求。在井底車場、主要運(yùn)輸大巷和有電機(jī)車通行的巷道一般都應(yīng)使用道碴道床。 道床應(yīng)選用堅硬且不易風(fēng)化的碎石或卵石，其粒度以20-30mm為宜。并不準(zhǔn)摻有碎末等雜物，使其具有適當(dāng)空隙率，以利排水和有良好的彈性。道砟的高度也應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)，其厚度不得小于100mm，至少應(yīng)把軌枕1/2-2/3的高度埋入道砟內(nèi)。道床寬度可按軌枕長再加200mm考慮。道砟、道床有關(guān)參數(shù)見表1-2-3。 道砟、道床參數(shù)選擇表 mm巷道類型鋼軌型號kg/m道床總高度hc道砟高度hb道砟面至軌道面垂高h(yuǎn)s井底車場主要運(yùn)

6、輸巷道24360200160320180140采區(qū)運(yùn)輸巷道上、下山15或18220可不鋪道碴，軌枕沿底板浮放，也可在浮放軌枕兩側(cè)充填掘進(jìn)矸石運(yùn)輸中巷、回風(fēng)順槽15或18220 本設(shè)計根據(jù)該巷道通過的運(yùn)輸設(shè)備，已選用30kg/m鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為360mm和200mm，道碴面至軌面高度hs=hc-hb=360-200=160mm，采用鋼筋混凝凝土軌枕。1.3管線布置位置 根據(jù)生產(chǎn)需要，巷道內(nèi)需要敷設(shè)諸如壓風(fēng)管、排水管、供水管、動力電纜、照明和通信電纜等管道和電纜。管攬的布置要考慮安全和架設(shè)檢修的方便，一般應(yīng)符合下列要求： （1）管道通常設(shè)置在人行道一側(cè)，也可設(shè)在非人行道測。管道架設(shè)

7、可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上方，管道下部距道碴或水溝蓋板的垂高不應(yīng)小于1.8m，若架設(shè)在水溝上，應(yīng)以不妨礙清理水溝為原則。（2) 在架線式電機(jī)車運(yùn)輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上(用管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。管道與運(yùn)輸設(shè)備之間必須留有不小于0.2m的安全距離。（3) 通信電纜和電力電纜不宜在同一側(cè)。如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時，通常電纜應(yīng)設(shè)在動力電纜上方0.1m以上的距離處，以防電磁場作用干擾通訊信號。（4) 高壓電纜和低壓電纜在巷道同側(cè)敷設(shè)時，相互之間距離應(yīng)不大于0.1m以上；同時高壓電纜之間，低壓電纜之間的距離不得小于50mm，以便摘掛方便。（5) 電纜

8、與管道在同一側(cè)敷設(shè)時，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上距離。（6) 電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時不會撞擊電纜，或者電纜發(fā)生墜落時，不會落在軌道上或運(yùn)輸設(shè)備上。所以，電纜懸掛高度一般為1.5-1.9m；電纜兩個懸掛點(diǎn)的間距不應(yīng)大于3m；電纜與運(yùn)輸設(shè)備之間距離不應(yīng)小于0.25m。管子懸吊在人行道一側(cè)，電力電纜掛在非人行道一側(cè)，通訊電纜在管子上方，見附近圖。1.4巷道凈斷面尺寸 煤礦安全規(guī)程規(guī)定：巷道凈斷面必須滿足行人、運(yùn)輸、通風(fēng)和安全設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工的需要。因此，巷道斷面尺寸主要取決于巷道的用途，存放或通過它的機(jī)械、器材或運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格，人行道寬度和各種安全間隙，以及通過巷

9、道的風(fēng)量等 （一）巷道凈寬度的確定 巷道的凈寬度，是指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平距離。對于梯形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時，凈寬度系指車輛頂面水平的巷道寬度；當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時，凈寬度系指從底板起1.6m水平的巷道寬度。 運(yùn)輸巷道凈寬度，由運(yùn)輸設(shè)備本身外輪廓最大寬度和煤礦安全規(guī)程所規(guī)定的人行道寬度及有關(guān)安全間隙相加而得。巷道安全間隙不應(yīng)小于表1-4-1中的規(guī)定。 表格 1-4- 1巷道安全間隙表項(xiàng)目規(guī)定數(shù)值/mm人行側(cè)從道砟面起1.6m高范圍內(nèi)設(shè)備與拱、壁間綜采礦井1000其他礦井800非人行側(cè)設(shè)備與拱、壁間綜采礦井500其他礦井300移動變電站或平板車上綜采設(shè)備最突出部分

10、與拱、壁間300與輸送機(jī)間700人車停車地點(diǎn)人行側(cè)從道碴面起1.6m高度范圍內(nèi)設(shè)備與拱、壁間1000安設(shè)輸送機(jī)巷道輸送機(jī)與拱、壁間500兩列對開列車最突出部分間200采區(qū)裝載點(diǎn)兩列車最突出部分間700電機(jī)車架空線與巷道頂或棚梁間200導(dǎo)電弓據(jù)拱、壁間300礦車摘掛鉤地點(diǎn)兩列車最突出部分間1000導(dǎo)電弓子據(jù)管道最突出部分間300運(yùn)輸設(shè)備與管道最突出部分間300設(shè)備上面最突出部分據(jù)巷道頂或棚梁間、壁間300用架空乘人裝置運(yùn)送人員時，蹬座中心至巷道一側(cè)的距離700本課程設(shè)計所選用的巷道斷面為半圓拱型雙軌運(yùn)輸大巷。 巷道凈寬度的確定 B=a+2A1+c+t 式中 B巷道凈寬度，直至墻內(nèi)側(cè)的水平距離，m

11、 a非人行側(cè)的寬度，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，a0.3m;當(dāng)巷道內(nèi)安設(shè)輸送機(jī)時，輸送機(jī)距支護(hù)或碹墻最突出部分之間的距離，a0.5m。 A1運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度，m。 c人行側(cè)的寬度，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，c0.8m,在人車停車地點(diǎn)c1.0m,在巷道高度1.6m至1.8m之間不得架設(shè)管、線和電纜。 t雙軌運(yùn)輸巷中，兩輛對開列車最突出部分之間的距離，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：t0.2m,在采取裝載點(diǎn)t0.7m，在礦車摘掛鉤地點(diǎn)t1.0m。 本設(shè)計采用8噸蓄電池電機(jī)車牽引1.5噸標(biāo)準(zhǔn)礦車運(yùn)輸，可查煤礦運(yùn)輸手冊可知XK8-9/132A蓄電池電機(jī)車寬A11354mm、高h(yuǎn)1550mm，MG1.

12、7-9B礦車寬1150mm、高1150mm。 根據(jù)煤礦安全規(guī)程，取巷道人行道寬c840mm、非人行道一側(cè)寬a400mm。 由查表可知該巷雙軌中線距b1600mm，則兩電機(jī)車之間距離為1600-(13542十13542)mm246mm>200mm故巷道凈寬度： Ba1十b十c1（400十13542)十1600mm十(13542十840)mm 1077+1600+1517=4194mm 故巷道寬度取4300mm。（2） 巷道凈高度的確定 矩形、梯形巷道的凈高度系指自道碴面或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度；拱形巷道的凈高度是指自道碴面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長度終端的高度。 煤礦安

13、全規(guī)程規(guī)定，主要運(yùn)輸巷道和主要風(fēng)道的凈高，自軌面起不得低于1.9m。架線電機(jī)車運(yùn)輸巷道的凈高，必須符合有關(guān)規(guī)定：電機(jī)車架空線的懸掛高度，自軌面算起在行人的巷道內(nèi)、車場內(nèi)以及人行道同運(yùn)輸巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道內(nèi)不得小于1.8m；在井底車場內(nèi)，井底到乘車場其高度不得小于2.2m。電機(jī)車架空線和巷道頂或棚梁之間的距離不得小于0.2m。采區(qū)（盤曲）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于1.8m。 確定拱形巷道的凈高度，主要是確定其凈拱高和自底板起的壁（墻）高 Hh0+h3-hb 式中，H拱形巷道的凈高度，m； h0拱形巷道的拱高，m； h3拱形巷道的壁高，m； hb巷道內(nèi)道碴高度，按表

14、1-2-3選取，m。（1）拱高h(yuǎn)0的確定 拱的高度常以巷道凈寬的比來表示(稱為高跨比)。 半圓拱的拱高h(yuǎn)0、拱的半徑只均為巷道凈寬的12，即h0RB2； 半圓拱形巷道拱高h(yuǎn)0=B/2=4300/2=2150mm。半圓拱半徑R= h0=2150mm。（2）巷道壁高h(yuǎn)3的確定拱形巷道的壁高h(yuǎn)3是指自巷道底板至拱基線的垂直距離。為了滿足行人安全、運(yùn)輸通暢以及安裝和檢修設(shè)備、管纜的需要，拱形巷道的壁高h(yuǎn)3，設(shè)計按架空線電機(jī)車導(dǎo)電弓子頂端兩切線的交點(diǎn)處與巷道拱壁間最小安全間隙的要求、管道的裝設(shè)高度要求、人行高度要求、1.6m高度人行寬度要求和設(shè)備上緣至拱壁最小安全間隙要求等5種情況，并取其最大值。對于架

15、線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏?，一般按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)高度要求計算即能滿足設(shè)計要求；其他如礦車運(yùn)輸，僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無運(yùn)輸設(shè)備的巷道，一般只按行人高度要求計算即可滿足設(shè)計要求；但在人行道內(nèi)，管道和電纜架設(shè)高度不得低于1.8m。上述計算出的墻高h(yuǎn)3值，必須按只進(jìn)不舍的原則，一0.1m進(jìn)級。 <1>按電機(jī)車距管道距離的要求確定h3 h3 h5+h7+hb- 式中A1-電機(jī)車最大寬度，A1=1354； m1-電機(jī)車距管道安全距離， m1=300mm； h5-碴面至管子底高度，按煤礦安規(guī)全程取h51800mm； h7管子懸吊件總高度，取h7900mm； hb-底板至道碴面的高度，取 hb=2

16、00mm； D壓風(fēng)管直徑，D200mm； b2-軌道中線與巷道中線間距，b2=B/2-c1=4300/2-1517=633mm；故h3 1800mm+900mm+200-=1597。 <2>按人行高度要求確定h3 h3 1800+hb-式中，j巷道有效凈高不小于1800mm處到墻的水平距離，一般取j200mm。故 h3 1800mm+200mm -=1094mm。<3> 按1.6m高度人行寬度要求計算h3 h3 1600+hb-式中，c´-當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備上緣進(jìn)入巷道拱部范圍內(nèi)時，設(shè)備上緣到拱壁間的距離，一般c´800mm； 故 h3 1600+200-=

17、1387mm;<4> 按設(shè)備上緣至拱壁最小安全間隙要求計算 人行側(cè)要求計算 h3 h+hc- 式中，h-從軌面起車輛的高度，取h=1354mm； hc-道床總高度，取 hc=360mm；故 h3 1354+360-=1541mm； 非人行側(cè)要求計算 h3 h+hc- 式中，a´-當(dāng)運(yùn)輸設(shè)備上緣進(jìn)入巷道拱部范圍內(nèi)，設(shè)備上緣到拱壁間的距離，一般a´200mm； 故 h3 1354+360-=184mm；綜上計算，考慮到巷道變形，因此在此處加上0.3m以防變形量， 確定該巷道壁高為h31600mm。則巷道高度Hh3- hb+ h0=1600mm-200mm+2150m

18、m=3550mm。（三）巷道的凈斷面面積 半圓拱巷道凈斷面積 SB(0.39B十h2) 式中 h2道碴面以上巷道壁高，h2h3-hb1600mm-200mm1400mm。 故 S4300 (O.39×4300十1400)mm213231100mm213.2m2凈周長 P2.57B十2 h22.57×4300mm十2×1400mm13851mm=13.9m1.5驗(yàn)算風(fēng)速 巷道通過的風(fēng)量是根據(jù)對整個礦井生產(chǎn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)求解得到的。當(dāng)通過該巷道的風(fēng)量確定后，斷面越小，風(fēng)速越大。風(fēng)速過大，不僅會揚(yáng)起煤塵，影響工人身體健康和工作效率，而且易引起煤塵爆炸事故。為此，煤礦安全規(guī)程規(guī)

19、定廣各種不同用途的巷道所允許的最高風(fēng)速。同時，為使礦井增產(chǎn)留有余地和經(jīng)濟(jì)風(fēng)速的要求，一般不選用表中所列的最高風(fēng)速。設(shè)計時，應(yīng)在不違反煤礦安全規(guī)程的情況下，按照煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6ms，為礦井增產(chǎn)留有余地。 按下式進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算：v=vmax 式中 v 通過該巷道的風(fēng)速，ms； Q 根據(jù)設(shè)計要求通過該巷道的風(fēng)量，m³s； S 巷道的凈斷面面積，m2； vmax 該巷道允許通過的最大風(fēng)速，ms。一般對低瓦斯礦井，按前述方法所設(shè)計出的巷道凈斷面尺寸均能滿足通風(fēng)要求。但是，對高瓦斯礦井往往不能滿足。這時，巷道的凈斷面尺寸就需要根據(jù)允許的巷道最高風(fēng)速和煤炭工業(yè)設(shè)

20、計規(guī)范規(guī)定的最高風(fēng)速要求來進(jìn)行計算。查表可知vmax8ms，已知通過大巷風(fēng)量Q80m3s，代入可得故 v=6.1m/s<8m/s 所以滿足要求。1.6選擇支護(hù)參數(shù)通常應(yīng)根據(jù)巷道的類型和用途，巷道的服務(wù)年限，圍巖的物理和力學(xué)性質(zhì)以及支架材料的特性、來源等因素，綜合分析選擇合理的支護(hù)形式。支護(hù)方式應(yīng)力求承載能力強(qiáng)、就地取材、施工方便、經(jīng)濟(jì)耐用、維修量小。支護(hù)形式確定后，即可進(jìn)行支護(hù)參數(shù)的選擇。支護(hù)參數(shù)是指各種支架的規(guī)格尺寸，如礦用工字鋼和u型鋼的型號，錨噴支護(hù)的錨桿類型、長度、直徑、間距和排距，噴射強(qiáng)凝土的厚度與標(biāo)號等。 采用錨噴支護(hù)，根據(jù)巷道凈寬4.3m、穿過中等穩(wěn)定巖層即屬III類圍巖、

21、服務(wù)年限為25年等條件，確定選用錨固可靠、錨固力大的螺紋鋼樹脂錨桿，桿體為18mm螺紋鋼，每孔安裝兩個樹脂藥卷，錨固長度700mm，設(shè)計錨固力80kN。錨桿長度2000m，成方形布置，其間排距800mm，托板為8mm厚150mm×150mm的方形鋼板。噴射層T1l00mm,而錨桿露出長度t=75mm,故支護(hù)厚度TT1l00mm。1.7確定水溝參數(shù) 為了排出井下涌水和其他污水，設(shè)計巷道斷面時應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)時通過該巷道的排水量設(shè)計水溝。水溝通常布置在人行道一側(cè)，并盡量少穿越運(yùn)輸線路。只有在特殊情況下才將水溝布置在巷道中間或非人行道一側(cè)。平巷水溝坡度可取0.3%-0.5%，或與巷道的坡度相

22、同，但不應(yīng)小于3.5%，以利水流暢通。運(yùn)輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可把鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)。采區(qū)中間巷的水溝，可根據(jù)巷道底板性、服務(wù)年限長短、排水量大小和運(yùn)輸條件等因素考慮是否需要支護(hù)。回采巷道的服務(wù)年限短、排水量小，故其水溝不用支護(hù)。棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿應(yīng)不小于300mm。為了行人方便，主要運(yùn)輸大巷和傾角小于15°斜巷的水溝應(yīng)鋪放鋼筋混凝土預(yù)制蓋板，蓋板頂面應(yīng)與道碴面齊平。只有在無運(yùn)輸設(shè)備的巷道或傾角大于15°的斜巷以及采區(qū)中間巷和順槽才可不設(shè)蓋板。常用的水溝斷面形狀，有對稱倒梯形、半倒梯形和矩形幾種。各種水溝斷面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝的流量、坡

23、度、支護(hù)材料和斷面形狀等因素確定。 已知通過該巷道的水量為120m3/h，現(xiàn)采用水溝坡度為3%0，查表可得水溝深400mm，水溝寬400mm、水溝凈斷面積0.16m2；水溝掘進(jìn)斷面積0.203m2，每米水溝蓋板用鋼筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水溝用混凝土0.133m3。1.9確定巷道掘進(jìn)斷面尺寸 巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面尺寸加上允許的掘進(jìn)超挖誤差值(75mm)，即可求算出巷道計算掘進(jìn)斷面尺寸。因此，在計算布置錨桿的巷道周長、噴射混凝土周長和粉刷面積周長時，就應(yīng)用比原設(shè)計凈寬大2的計算凈寬作為計算的基礎(chǔ)，以便保證巷道施工時材料應(yīng)有的消耗量。巷道的凈尺寸加上支護(hù)和道床參數(shù)后，便可獲得巷道的設(shè)計掘進(jìn)尺寸，進(jìn)而求算出巷道的設(shè)計掘進(jìn)斷面積。半圓拱形巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積 S 巷道設(shè)計掘進(jìn)寬度 B=4300mm+2100mm=4500mm巷道計算掘進(jìn)寬度 B=4500+275mm=4650mm巷道設(shè)計掘進(jìn)高度 H=3550mm+200mm+100mm=3850mm巷道計算掘進(jìn)高度 H =3850mm+75mm=3925mm巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面面積 S=4500mmmm=15097500mm=15.1m2巷