爐峪口技術部9#煤層大斷面交岔點設計優(yōu)化探討

1、晉煤集團科技創(chuàng)新“五小”科技成果申報表申報單位：爐峪口煤礦技術部 申報時間：2014年07月20日一、項目基本情況項目名稱9#煤層大斷面交岔點設計優(yōu)化方法實施時間2012年05月完成時間2014年06月項目類別（）小革新 （ ）小設計 （）小改造 （ ）小發(fā)明 （ ） 小建議專業(yè)分類（） 煤炭開采 （ ）煤化工 （ ）其它項目聯(lián)系人申愛龍職務職稱助理工程師電話主要完成人員周金祥、張?zhí)鞏|、劉偉強、周小銅、申愛龍項目資金投入經濟效益（萬元）節(jié)省約8.0萬元是否申請專利否是否申請命名是我保證此項目的推薦書及申請書、申報材料內容完全真實、合法、有效。項目負責人簽字： （蓋章） 年 月 日完成區(qū)隊意見：

2、領導簽字： （蓋章） 年 月 日子分公司、礦處意見：領導簽字： （蓋章） 年 月 日板塊科技管理部門意見：領導簽字： （蓋章） 年 月 日技術委員會意見：領導簽字： （蓋章） 年 月 日二、項目立項背景立項背景：井下巷道交岔點是巷道施工中的一個重要項目，如果設計施工不合理，支護參數(shù)欠妥，會給以后的生產安全帶來極大的不利因素，研究表明，施工交岔點時，會造成圍巖應力的再次重新分布，兩條交岔巷道兩側的支承壓會相互疊加。正在開鑿第一巷道時的應力集中系數(shù)比開鑿前增大10%15%；交岔點第二巷道掘進后，應力集中系數(shù)比開鑿前增大40%50%。工程中常用的柱墻式交岔點（牛鼻子交岔點）因其承載能力好，服務年限長

3、等優(yōu)點得以在多數(shù)重要巷道施工時普遍采用，但其施工較為復雜，工程量較大，因此如何能夠在滿足使用要求的前提下盡量縮小工程開挖量，減少對圍巖的擾動；并且確保其支護可靠，便成了交岔點工程中最重要的兩個要求。爐峪口煤礦首采區(qū)9#煤層開拓工程于2012年初開工建設，其中作為主要材料運輸巷道的9#煤層軌道暗斜井上部平巷最先開工，施工難度也最大。根據(jù)設計，需要先施工制作一個標準柱墻式交岔點（1#交岔點），交岔點種類為單軌巷道單側分岔點，該交岔點在原+945水平東大巷364m處開口施工，開口處為石料砌碹支護，交岔點及分岔支巷設計均為錨網噴支護。按照原設計，交岔點總長17.5m，最大掘進寬度為8.4m，巖石工程開

4、挖量可達445m3，工程施工難度較大，經過礦技術人員研究分析，在滿足安全距離的前提下，本礦采用了一種以道岔分岔段與交岔點斜墻垂直距離為參照標準來確定斜墻起點的方法，既滿足了安全要求，又縮短了交岔點長度、減少了開挖工程量，從而節(jié)省了施工成本。三、項目的關鍵要點項目所屬科學技術領域、主要內容、特點及推廣應用情況：本項目屬采礦工程領域設備平巷交岔點設計與施工，是掘進巷道開口前的前期工程，交岔點施工的好壞直接決定后期掘進工程能否順利進行。在傳統(tǒng)的交岔點設計中，通常是將基本軌起點作為斜墻的起始位置，而在以往的砌碹巷道施工時，為簡化設計，便于碹胎通用，交岔點斜墻斜率也通常選用固定斜率（0.2、0.25、0

5、.3等），這樣往往會造成交岔點長度增大，所取得的交岔點安全距離要大大超出實際需求，并造成人力、物力、財力的一定浪費。本工程由于采用錨噴支護，工藝簡單，巷道成型容易，施工成本較低，不再使用固定斜率，選取了一種以道岔分岔段與交岔點斜墻垂直距離為參照標準來確定斜墻起點的方法，該方法的核心是直接從交岔點支巷分岔軌道的平移線與主巷巷幫相交點開始進行斷面擴大直至斜墻終點，在不改變交岔點各部分基本要求的前提下，實際上延遲了交岔點的施工起點，從而減少了施工工程量。從完工后運轉情況來看，基本達到了原定的設計要求，具有極好的參考及推廣價值。四、發(fā)明點或創(chuàng)新點詳細科學技術內容：一、交岔點斜墻斜率設計在交岔點設計中，

6、通常是將基本軌起點作為斜墻的起始位置，事實上在某些情況下所取得的交岔點安全距離大大超出實際需求，并導致無效工程量變大，在本例中選取了一種以道岔分岔段與交岔點斜墻垂直距離為參照標準來確定斜墻起點的方法。將道岔分岔段到斜墻的垂直間距設為c，c值的確定必須保證道岔前后及曲線段到斜墻有足夠的安全間隙以保證行人運輸?shù)囊螅⒁罁?jù)巷道轉彎時的巷道加寬值、該側人行道寬度、所運行礦車的寬度等依據(jù)進行適當選取。將道岔分岔段b向外垂直平移一段距離c，該線記為QA線，該平行線與原交岔點主巷的一幫有一個交點Q，即可作為交岔點斜墻的起點。根據(jù)平面幾何關系，可求得該類型交岔點各主要參數(shù)公式如下：； （1）； （2）；

7、（3）； （4）； （5）； （6）；（7）； （8） （9） ； （10）式中： 轍岔角（°）；彎道半徑；、交岔點主巷1、支巷2、支巷3的凈寬；、交岔點主巷1、支巷2、支巷3軌道中心線至柱墩一側邊墻距離；支巷對主巷的轉角；圖1 斜墻斜率變更后交岔點各主要參數(shù)尺寸標記平面圖二、交岔點平面參數(shù)優(yōu)化在本工程中，該交岔點各部分巷道斷面均為直墻半圓拱形，其中交岔點主巷斷面規(guī)格為：凈寬B1B23.6m，凈高3.3m，內有兩趟軌道，軌道中心距為1.25m，主巷在交岔點前后的斷面規(guī)格一致；交岔點分岔支巷凈寬B34.3m，凈高3.95m；軌道中心線至柱墩一側邊墻的距離：主巷為b1b21.1m，分岔支

8、巷為b33.05m；交岔點主、支巷均設計有水溝，支巷對主巷轉角30°；交岔點處軌道彎道轉彎半徑為R12m，所用軌道軌型均為30kg/m、軌距600mm的標準礦用窄軌，交岔點軌道分岔處選用標準ZDK630/4/12單開道岔（右開），該道岔各項參數(shù)如下：表1 ZDK630/4/12單開道岔各項參數(shù)一覽表道岔型號道岔名稱轍叉角主要尺寸（mm）質量（kg）允許行駛機車車輛允許行駛速度（m/s）abLZDK630/4/12單開道岔14°0210”36603640730015623t礦車14t機車3.53.5根據(jù)斷面驗算，取道岔分岔端與交叉點斜墻垂直距離c1600mm比較合適，再根據(jù)上

9、述公式及原始條件，可得計算結果如下：J4281mm；H12625mm；NT3824mm；NM2150mm；TM8114mm；Y1463mm；L111846mm；L213996mm；L15996mm；故而求得交岔點斜墻斜率為i0.357。根據(jù)以上原始數(shù)據(jù)，以交岔點支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點為交叉點斜墻起點，將各巷道寬度、軌道位置及道岔、曲線軌道規(guī)格作為設計依據(jù)，可通過以上計算結果或精確作圖得出該交岔點設計平面圖如下：單位（mm）圖2 爐峪口9#煤層軌道暗斜井1號交岔點設計平面圖從此設計圖可知，該交岔點設計總長度（從基本軌起點Q到柱墩M點再延長2m）約為16.0mm（圖中QM段），最大凈斷

10、面面積積約為38.3m2，最大凈寬度為8.1m（圖中TM段），斜墻長度（從巷道變斷面起至結束）共計11.8m（圖中QN段）。在以往的砌碹巷道施工時，為簡化設計，便于碹胎通用，交岔點斜墻斜率通常選用固定斜率（0.2、0.25、0.3等），這樣往往造成交岔點長度增大，以及人力、物力、財力的浪費2。本工程由于采用錨噴支護，工藝簡單，巷道成型容易，施工成本較低，不再使用固定斜率，可直接從支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點開始進行斷面擴大直至斜墻終點，共計11.8m，交岔點總長度為16.0m，而斷面寬度增大量為4.2m，按照本設計，斜墻TQ的斜率應為i0.357；此處如若采用斜墻固定斜率0.3，則交岔點

11、總長度為18.2m，,增加約2.2m，開挖工程量增加約57.3m3；如采用常用的已基本起軌點作為交岔點起點，交岔點長度為17.5m，增加約1.5m，開挖工程量增加約37.4m3。交岔點斜墻在施工時每往前掘進1m，需向分岔巷道側擴寬357mm，每一段均需施工成半圓拱形，以滿足巷道穩(wěn)定性及設計要求。三、交岔點墻高的確定交岔點中間斷面拱高的確定方法可由寬度的變化推導出，然而，由于各中間斷面的拱高將隨巷道寬度的遞增而升高。為了提高斷面利用率，減少掘、支工程量，在滿足安全、生產與技術需求的條件下，可將中間斷面的墻高相應遞減，使巷道全高的增加幅度不致過大，但應保證運輸設備、行人及管線裝設應有的安全間隙和距

12、離。設變斷面部分起點處的墻高為,降低后的最低處墻高為，則墻高降低的斜率 為3： （11）式中：交岔點變斷面起點處的巷道墻高；交岔點變斷面終點處的巷道墻高；交岔點擴大斷面的巷道長度；其中交岔點變斷面終點處的巷道墻高與分岔后兩巷的墻高的差值應控制在200500mm，如果過大，對碹體施工和安全都不理想；過小，則降低墻高的意義不大。本交岔點施工時主巷分岔前后墻高均為1.5m、分岔巷道墻高1.8m，此處取交岔點變斷面終點處墻高為1.3mm較為合適，既能夠滿足使用要求，又能保證過渡自然，型式規(guī)整，結構穩(wěn)定，其墻高降低的斜率計算為：0.014，施工時交岔點每向前掘進1m，墻高需降低14mm，采用此項調整可使

13、交岔點最大凈斷面積縮小為36.4m2，巷道總開挖工程量減少約11.7m3，墻高的變化情況如下圖所示：單位（mm）圖3 爐峪口煤礦9#煤層軌道暗斜井1號交岔點拱高降低示意圖通過以上設計及改進，尤其是對巷道寬度及高度增大率的控制，有效減少了該交岔點的設計長度及施工工程量。五、取得的效益或預期取得的效果在9#煤層暗斜井1號交岔點的設計施工過程中，通過斜墻斜率和拱高等參數(shù)的優(yōu)化和調整，在滿足安全及規(guī)范要求的情況下盡可能地減少了工程量，與原設計相比，共計縮短交岔點工程長度約2m，工程開挖量減少約50m3，同時也減少了相應的支護工程量，節(jié)省資金約8.0萬元（根據(jù)經驗，初步估計）。該工程根據(jù)本地段巖層情況，適時采用斷面利用率較高的錨網噴支護，最大限度地保證了交岔點大斷面施工的規(guī)整和其支護的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮機械施工設備的優(yōu)勢，提高了掘進施工的生產效率，縮短了施工工期，取得了較好的經濟技術效果。六、推廣應用情況或預期推廣情況此施工方法是在原有設計方法的基礎上，并結合現(xiàn)場實際條件進行改進，以能夠達到原有設計要求，滿足相關規(guī)定為前提，旨在減少工程量、降低施工難度的施工成本所做的一種改進，該方法在以后或其他的類似的施工工程中均有很好的