巷道斷面設(shè)計(jì).資料課件

1、第四章 巷道斷面設(shè)計(jì)本章提要 巷道是井下生產(chǎn)的動(dòng)脈，巷道斷面設(shè)計(jì)合理與否，直接影響煤礦生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)效益。 巷道斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟是：首先選擇巷道斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算；其次，根據(jù)支護(hù)參數(shù)與道床參數(shù)，計(jì)算出巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許的超挖值，求算出巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；然后，布置水溝與管纜；最后，繪制巷道斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 1. 斷面形狀 設(shè)計(jì)原則 2. 斷面尺寸確定，梯形、拱形 3. 水溝、管線布置、斷面尺寸確定實(shí)例內(nèi)容與步驟1. 形狀、凈斷面尺寸、風(fēng)速驗(yàn)算；2. 設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸、計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；3. 布置水溝、管纜

2、；4. 繪制施工圖、特征表、工程量及材料表。 巷道用途：行人、運(yùn)輸、通風(fēng)、設(shè)備安裝、安全、施工、檢修本章重點(diǎn)是拱形斷面尺寸設(shè)計(jì)、高度確定、以及各參數(shù)的含義。一. 常用的斷面形狀折線形：矩形、梯形和 不規(guī)則形曲線形：半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形、圓形、馬蹄形 及橢圓形第一節(jié) 巷道的斷面形狀二. 斷面形狀的選擇 圍巖應(yīng)力條件及圍巖性質(zhì) 斷面形狀與巷道圍巖應(yīng)力大小、分布有關(guān)，由于屬于脆性材料，周邊只出現(xiàn)壓應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)穩(wěn)定性最好，因此曲線形比折線形斷面要好，圍巖松動(dòng)破碎、強(qiáng)度較低多用曲線形；圍巖強(qiáng)度較高時(shí)，拉應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)抗拉強(qiáng)度也采用折線形；圓形巷道如果壓力均勻分布出現(xiàn)等壓情況，最為穩(wěn)定。 用途

3、及服務(wù)年限 穩(wěn)定性考慮：圓、拱、馬蹄、梯、矩形；斷面利用率：梯、矩形、拱、馬蹄、圓形；施工難度：梯、矩形、拱、馬蹄、圓形；服務(wù)年限長(zhǎng)，需要考慮長(zhǎng)期穩(wěn)定性和盡量少的維修量，拱形；深井、松軟破碎巖巷考慮圓形或馬蹄形；采準(zhǔn)巷道：梯、矩形。 支護(hù)材料和支護(hù)方式 掘進(jìn)的方式和設(shè)備巖石巷道，錨噴支護(hù)，拱形斷面煤層巷道，錨桿、錨索支護(hù)或金屬支架，梯形斷面第一節(jié) 巷道的斷面形狀第一節(jié) 巷道的斷面形狀第二節(jié) 巷道斷面尺寸的確定梯形巷道凈斷面尺寸1. 凈寬度的確定（內(nèi)壁或錨桿外端之間的水平距離，通車(chē)時(shí)車(chē)輛頂面水平的巷道寬度，不通車(chē)時(shí)底板起1.6m水平的巷道寬度） B a + 2A1 + c + n主要運(yùn)輸巷B 2

4、.4m采區(qū)巷道B 2.0m a 0.3m，安設(shè)輸送機(jī)時(shí)a 0.5m；非行人側(cè)的寬度 A1表41，運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度； c 0.8m（道碴面起1.6m高度） 在人車(chē)?？奎c(diǎn)c 1.0m；行人側(cè)寬度 n 0.2m，采區(qū)裝載點(diǎn)0.7m，摘掛鉤點(diǎn)1.0m；雙軌列車(chē)之間的距離。煤礦安全規(guī)程第二十二條 新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運(yùn)輸巷的一側(cè)，巷道另一側(cè)的寬度不得小于0.3m（綜合機(jī)械化采煤礦井為0.5m）。巷道內(nèi)安設(shè)輸送機(jī)時(shí)，輸送機(jī)與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.5m；輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處與巷幫支護(hù)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。巷道內(nèi)移動(dòng)變電站或平板車(chē)上綜采設(shè)備的最突出部分，與巷幫支護(hù)的距離不

5、得小于0.3m。從巷道道渣面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機(jī)械化采煤礦井為1.0m）以上的人行道；2. 凈高度的確定 凈高度：道碴面起至頂板內(nèi)沿或錨桿終端的垂直高度。 煤炭安全規(guī)程第二十一條 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，并符合下列要求：（一）主要運(yùn)輸巷和主要風(fēng)巷的凈高，自軌面起不得低于2m。架線電機(jī)車(chē)運(yùn)輸巷的凈高必須符合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(pán)區(qū)，以下各條同）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層內(nèi)的不得低于1.8m。第三百五十六條 自軌面算起，電機(jī)車(chē)架空線的懸掛高度應(yīng)符合下列要求：（一）在

6、行人的巷道內(nèi)、車(chē)場(chǎng)內(nèi)以及人行道與運(yùn)輸巷道交叉的地方不小于2.0m；在不行人的巷道內(nèi)不小于1.9m。（二）在井底車(chē)場(chǎng)內(nèi)，從井底到乘車(chē)場(chǎng)不小于2.2m。（三）在地面或工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，不與其他道路交叉的地方不小于2.2m。第三百五十七條 電機(jī)車(chē)架空線與巷道頂或棚梁之間的距離不得小于0.2m。3. 巷道凈斷面面積 S（B1 + B2）H/2 煤炭工業(yè)礦建設(shè)計(jì)規(guī)范第3.3.4條 采區(qū)巷道斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)回采和掘進(jìn)工作面的裝備、運(yùn)輸、通風(fēng)、行人、管線安裝及采后斷面壓縮率復(fù)用要求等確定。 綜合機(jī)械化工作面膠帶輸送機(jī)順槽巷道凈斷面不宜小于12m2，回風(fēng)順槽凈斷面不宜小于10m2，輸送機(jī)上、下山的凈斷面不宜小于12

7、m2，運(yùn)料、通風(fēng)和行人上、下山的凈斷面，不宜小于10m2。4. 風(fēng)速驗(yàn)算煤礦安全規(guī)程規(guī)定 巷道通過(guò)風(fēng)量根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)求得定值，必要性：風(fēng)速大揚(yáng)起煤塵、身心健康、工作效率、煤塵爆炸。煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范 巷道風(fēng)速若選用國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)煤礦安全規(guī)程規(guī)定的最高風(fēng)速，不適應(yīng)巷道變形、破壞以后的風(fēng)速調(diào)整，同時(shí)巷道的通風(fēng)能力沒(méi)有余量，礦井在生產(chǎn)期間調(diào)整產(chǎn)量及改變巷道布置會(huì)很困難。主要進(jìn)風(fēng)巷： 5. 巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積凈斷面面積支護(hù)面積道床面積 支護(hù)參數(shù)的選擇：支護(hù)方式 與 支護(hù)參數(shù) 第六章內(nèi)容。 煤炭工業(yè)礦建設(shè)計(jì)規(guī)范第3.3.8條 主要運(yùn)輸大巷、總回風(fēng)巷及采區(qū)巷道支護(hù)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)巷道埋深、圍巖巖性、巷道用途

8、及服務(wù)年限、巷道受采動(dòng)影響的程度、通風(fēng)安全要求等因素確定。 巖石巷道宜采用光爆錨噴支護(hù)。煤層巷道和半煤巖巷道可采用金屬支架、錨桿等支護(hù)。 道床參數(shù)的選擇（是指鋼軌型號(hào)、軌枕型號(hào)、道碴高度） 鋼軌（表4-5）：型號(hào)（15、18、22、24、30、38 kg/m ） 軌枕（表4-6）：開(kāi)拓巷道（預(yù)應(yīng)力）鋼筋混凝土軌枕 采準(zhǔn)巷道和回采巷道木軌枕 道床（表4-7）：厚度（不小于100mm，把軌枕1/22/3的高度埋入）、寬度（軌枕200mm）第三百五十二條 新建或改擴(kuò)建的礦井中，對(duì)運(yùn)行7t及其以上機(jī)車(chē)或3t及其以上礦車(chē)的軌道，應(yīng)采用不低于30kg/m的鋼軌。巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積 表48半圓拱，49圓弧

9、拱，表4-10梯形梯形斷面 S1(B3 + B4)H1/26. 巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積（梯形） 超挖值 = 75mm S2(B5 + B6)H2/2二. 拱形巷道的斷面尺寸的確定1. 巷道凈寬度的確定（拱基線）B a + 2A1 + c + t 2.4m2. 巷道凈高度的確定 h = h0 + h3 hb h0拱高：半圓拱 h0B/2； 圓弧拱 h0B/3 h3墻高，只進(jìn)不舍， 并按0.1m進(jìn)級(jí) 墻高h(yuǎn)3應(yīng)滿足巷道內(nèi)電機(jī)車(chē)架線、 管道鋪設(shè)、 行人高度和寬度運(yùn)輸設(shè)備上緣距拱壁的安全間隙要求。按架線電機(jī)車(chē)導(dǎo)電弓子要求確定導(dǎo)電弓子外緣與拱璧間距n200mm（300mm）施工與驗(yàn)收規(guī)范第6.6.6條 架

10、線電機(jī)車(chē)的導(dǎo)線吊掛高度，應(yīng)符合下列數(shù)值：導(dǎo)線距巷道頂或棚梁之間不得小于200mm，距金屬管線之間不得小于300mm。按管道的安設(shè)要求確定導(dǎo)電弓子外緣與管子間距m300mm（300mm），管路到道碴面行人高度h5 1800mm。k按行人高度要求確定距壁j處有效高度1800mm，j100mm（200mm） 對(duì)于架線電機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)南锏?，一般按其中架線電機(jī)車(chē)導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)高度要求計(jì)算即能滿足設(shè)計(jì)要求；其他如礦車(chē)運(yùn)輸、僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無(wú)運(yùn)輸設(shè)備的巷道，一般只按行人高度要求計(jì)算即可滿足設(shè)計(jì)要求，但在人行道范圍內(nèi)1.8m以下，不得架設(shè)管、線和電纜。 3. 凈斷面面積 表48（半圓拱 ） P73， 49（圓弧

11、拱） P74 半圓拱： S = B（0.39B + h2）（ h2不包括道碴面的高度 ） 圓弧拱： S = B（0.24B + h2）4. 風(fēng)速驗(yàn)算：5. 巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積 半圓拱： S1 = B1(0.39B1 + h3) （B1設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度，包括支護(hù)寬度） 圓弧拱： S1 = 0.24B2 + 1.27BT + 1.57 T2 + B1h3 6. 巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積 超挖值 = 75mm 半圓拱： S2 = B2（0.39B2 + h3）（B2計(jì)算掘進(jìn)寬度，包括超挖寬度） 圓弧拱： S2 = 0.24B2 + 1.27BT + 1.57 T2 + 0.24T+0.1B+0.01+B1h

12、3 第三節(jié) 水溝及管線的布置 一. 水溝 位置：行人側(cè) 坡度： 縱向：35 形狀：倒梯形、矩形表4-11 支護(hù)： 設(shè)計(jì)規(guī)范第9.5.12條 大巷水溝應(yīng)布置在人行道同側(cè)。水溝宜采用混凝土澆灌，并設(shè)置預(yù)制鋼筋混凝土蓋板。當(dāng)水中含煤泥較多、沿溝清理不便時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置小型沉淀池。二. 管線的布置 壓風(fēng)管、排水和供水管、動(dòng)力和照明通信電纜。 管（人行道一側(cè)，距道碴、水溝蓋板1800mm，0.2m運(yùn)輸設(shè)備安全距離）、線不同側(cè)（否則在其0.3m以下，位于礦車(chē)翻軌弧線外側(cè) ）； 電話和信號(hào)電纜與電力電纜不同側(cè)，否則在上方大于0.1m； 電纜懸掛1.51.9m，兩掛點(diǎn)小于3.0m，電纜與風(fēng)筒0.3m，與運(yùn)

13、輸設(shè)備安全距離0.25m；第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計(jì)示例 某煤礦，年產(chǎn)設(shè)計(jì)能力為90萬(wàn)t，礦井屬低瓦斯礦井，中央分列式通風(fēng)，井下最大涌水量為 320m3/h。通過(guò)該礦第一水平東翼運(yùn)輸大巷的流水量為 160m3/h，采用 ZK106/250架線式電機(jī)車(chē)牽引1.5t礦車(chē)運(yùn)輸。該大巷穿過(guò)中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅(jiān)固性系數(shù) f = 46，大巷需通過(guò)的風(fēng)量為28m3/s。巷道內(nèi)敷設(shè)一趟直徑為200mm的壓風(fēng)管和一趟直徑為100mm的水管。試設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷直線段的斷面。 一、選擇巷道斷面形狀 年產(chǎn) 90萬(wàn)t 礦井的第一水平運(yùn)輸大巷，一般服務(wù)年限在20年以上，采用600mm軌距雙軌運(yùn)輸?shù)拇笙?，其凈寬?m以上，又穿過(guò)中

14、等穩(wěn)定的巖層，故選用鋼筋砂漿錨桿和噴射混凝土支護(hù)，巷道斷面為半圓拱形。二確定巷道斷面尺寸 確定巷道凈寬度B 查表4-1知ZK106/250電機(jī)車(chē)寬A1=1060mm、高h(yuǎn)=1550mm；1.5t礦車(chē)寬1050mm、高1150mm。 根據(jù)煤礦安全規(guī)程，取巷道人行道寬C = 840mm、非人行道一側(cè)寬a=400mm。又查表4-2知本巷雙軌中線距b=1300mm，則兩電機(jī)車(chē)之間距離為 1300（1060/2 + 1060/2）= 240mm 故巷道凈寬度: B = a1 + b + c1 =（400 + 1060/2）+ 1300 +（1060/2 + 840）= 930 + 1300 + 1370

15、 = 3600mm 確定巷道拱高h(yuǎn)0 半圓拱形巷道拱高h(yuǎn)0 =3600/2=1800mm。半圓拱半徑R=1800mm 確定巷道墻高h(yuǎn)3 1按架線電機(jī)車(chē)導(dǎo)電弓子要求確定h3 由表3-8中半圓拱形巷道拱高公式得式中 h4軌面起電機(jī)車(chē)架線高度，按煤礦安全規(guī)程取h4 = 2000mm； hc道床總高度。查表4-5選24kg/m鋼軌，再查表4-7得hc= 360mm，道碴高度hb= 200mm； n導(dǎo)電弓子距拱壁安全間距，取n = 300mm； K導(dǎo)電弓子寬度之半，K = 718/2 = 359，取K = 360mm； b1軌道中線與巷道中線間距，b1 = B/2a1 = 3600/2930 = 870

16、mm。 故 mm2. 按管道裝設(shè)要求確定h3式中 h5渣面至管子底高度，按煤礦安全規(guī)程取h5 = 1800mm； h7管子懸吊件總高度，取取h7 = 900mm； m導(dǎo)電弓子距管子間距，取m = 300mm； D壓氣管法蘭盤(pán)直徑，D = 335mm； b2軌道中線與巷道中線間距，b2 = B/2C1 = 3600/21370 = 430mm。 故 mm 3按人行高度要求確定h3式中 j 距壁j處的巷道有效高度不小于1800mm。j100mm，一般取j=100mm。 故 mm。 綜上計(jì)算，并考慮一定的余量、確定本巷道壁高為h3 =1800mm。則巷道凈高度H = h3hb + h0=180020

17、0 + 1800 = 3400mm。 確定巷道凈斷面積S和凈周長(zhǎng)P 由表4-8得凈斷面積 式中h2道碴面以上巷道壁高，h2 = h3hb= 1800200 = 1600mm故 =10814400 mm2 = 10.8 m2凈周長(zhǎng) P = 2.57B + 2h2 = 2.573600 + 21600 = 12500mm = 12.5m 用風(fēng)速校核巷道凈斷面積 用式（4-6）校核： 查表4-4，知vmax= 8m/s；煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范 vmax= 6m/s，取vmax= 6m/s。已知通過(guò)大巷風(fēng)量Q =28m3/s，代入式（3-9）得 m/s 設(shè)計(jì)的大巷斷面積，風(fēng)速?zèng)]超過(guò)規(guī)定，可以使用。 選擇支護(hù)

18、參數(shù) 本巷道采用錨噴支護(hù)，根據(jù)巷道凈寬3.6m、穿過(guò)中等穩(wěn)定巖層即屬類圍巖、服務(wù)年限大于10年等條件，錨噴支護(hù)參數(shù)：錨桿長(zhǎng)l.8m，間距a = 0.780.8m，排距a=0.8m，錨桿直徑d = 18mm，噴射混凝土層厚T1 = 100mm。 故支護(hù)厚度T = T1 = 100mm。 選擇道床參數(shù) 根據(jù)本巷道通過(guò)的運(yùn)輸設(shè)備，已選用24kg/m鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為360和200mm，道渣面至軌面高度ha= hchb= 360200 = 160mm。選用鋼筋混凝土軌枕。 確定巷道掘進(jìn)斷面尺寸 由表4-8計(jì)算公式得： 巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B1= B + 2T = 3600 + 2100 =

19、3800mm 巷道計(jì)算掘進(jìn)寬度B2= B1 + 2 = 3800 + 275 = 3950mm 巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度H1= H + hb + T = 3400 + 200 + 100 = 3700mm 巷道計(jì)算掘進(jìn)高度H2= H1 + = 3700 + 75 = 3775mm 巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面面積 S1= B1（0.39B1 + h3）= 3800（0.393800 + 1800）= 12471600mm2 取S1= 12.5 m2 巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積 S2= B2（0.39B2 + h3）= 3950（0.393950 + 1800）= 13194075mm2 取S2= 13.2 m2 三布置巷

20、道內(nèi)水溝和管線 已知通過(guò)本巷道的水量為160m3/h，現(xiàn)采用水溝坡度為3，查表4-11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。 管子懸吊在人行道一側(cè)，電力電纜掛在非人行道一側(cè)，通訊電纜掛在管子上方。 四計(jì)算巷道掘進(jìn)工程量及材料消耗量 由表4-8計(jì)算公式得： 每米巷道拱與墻計(jì)算掘進(jìn)體積V1= S21 =13.21=13.2m3 每米巷道墻腳計(jì)算掘進(jìn)體積V1= 0.2（T +）1 = 0.2（0.1 + 0.075）1 = 0.04m3每米巷道拱與墻噴射材料

21、消耗V2 = 1.57（B2T1）T1 + 2h3T11 = 1.57（3.950.10）0.10 + 21.800.101= 0.96m3 每米巷道墻腳噴射材料消耗V4 =0.2T11 = 0.20.101= 0.02m3 每米巷道噴射材料消耗（不包括損失） V = V2 + V4= 0.96 + 0.02 = 0.98m3 每米巷道錨桿消耗（僅拱部打錨桿）式中 計(jì)算錨桿消耗周長(zhǎng) =1.57B2= 1.573.95= 6.2m a、a錨桿間距、排距，a = a= 0.8m，故 ，取為4， 故 根 折合重量為： kg式中 l錨桿深度，l = 1.8m； d錨桿直徑，d = 18mm； 錨桿材料

22、密度，= 7850kg/m3。 每排錨桿數(shù)為：N0.8 = 11.30.89根 每米巷道錨桿孔注砂漿消耗式中 Sk、Sm分別為錨桿孔和錨桿的斷面積 則 m2 每米巷道粉刷面積：Sn = 1.57B3 + 2h2式中B3 = B22 T = 3.9520.10 = 3.75m 故 Sn = 1.573.75 + 21.60 = 9.1m2 五繪制巷道斷面施工圖、編制巷道特征表和每米巷道掘進(jìn)工程量及材料消耗量 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，按150比例繪制出巷道斷面圖（圖38），并附上工程量及材秒消耗量表312及表313。這些施工圖表發(fā)至施工單位、作為指導(dǎo)施工的設(shè)計(jì)依據(jù)。 巷道斷面設(shè)計(jì)作業(yè) 兗州礦業(yè)集團(tuán)濟(jì)寧三

23、號(hào)井為1998年投產(chǎn)的現(xiàn)代化大型礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5Mt/年，服務(wù)年限為81年。采用立井開(kāi)拓、單水平傾斜大巷條帶開(kāi)采。地面標(biāo)高+38m，生產(chǎn)水平為520m，屬低沼氣礦井。通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)，井下最大涌水量為450m3/h，通過(guò)第一水平東運(yùn)輸大巷的流水量為 ，風(fēng)量為 ；采用 直流架線電機(jī)車(chē) 牽引 礦車(chē)運(yùn)輸。內(nèi)設(shè)壓風(fēng)管1084.0一路和供水管763.0焊接鋼管一路，另設(shè)動(dòng)力、照明、通訊和信號(hào)電纜各一路。大巷穿過(guò)的巖層有砂巖、泥巖，主要以泥巖為主，實(shí)測(cè)圍巖松動(dòng)圈：砂巖為0.40.5m，泥巖為1.01.3 m。 試設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷直線段的斷面，并計(jì)算單位工程掘進(jìn)工程量和材料消耗量，繪制巷道斷面施工圖。單號(hào)：半圓拱，藥卷規(guī)格32mm10