井巷工程-巷道斷面設計

1、井巷工程-巷道斷面設計第一頁，共55頁。22022/10/11第三章巷道斷面設計第一節(jié) 巷道斷面形狀 第二節(jié) 巷道斷面尺寸 第三 節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝設計和管線布置 第四節(jié) 巷道斷面設計示例 習 題第二頁，共55頁。32022/10/11第三章巷道斷面設計 一、巷道斷面設計原則 巷道斷面設計主要是選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。 設計的原則是：在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下，力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟效果。 二、巷道斷面設計的內(nèi)容和步驟 選擇巷道斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進行風速驗算； 根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計算出巷道的設計掘進斷面尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計算掘進斷面尺寸

2、； 布置水溝和管纜； 繪制巷道斷面施工圖，工程量表、材料消耗量一覽表。第三頁，共55頁。42022/10/11第一節(jié) 巷道斷面形狀 一、巷道斷面形狀 二、影響巷道斷面選擇的因素第四頁，共55頁。52022/10/11 一、巷道斷面形狀 按構(gòu)成的輪廓線分兩種： 折線型：矩形、梯形、不規(guī)則形； 曲線型：直墻拱形(如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形)以及封閉拱形、橢圓形、圓形等。見圖 3-1 巷道斷面形狀。第五頁，共55頁。62022/10/11一、巷道斷面形狀第六頁，共55頁。72022/10/11二、影響巷道斷面選擇的因素作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。巷道用途和服務年限

3、也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。礦區(qū)的支架材料和習慣使用的支護方式，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方式，有利于安全和具有經(jīng)濟效益。第七頁，共55頁。82022/10/11第八頁，共55頁。92022/10/11第九頁，共55頁。102022/10/11第二節(jié) 巷道斷面尺寸 一、巷道凈寬度的確定 二、巷道的凈高度 三、巷道的凈斷面面積 四、巷道風速驗算 五、巷道設計和計算掘進斷面面積第十頁，共55頁。112022/10/11 直墻拱形巷道的凈寬度系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平

4、間距。 矩形巷道的凈寬度，系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。 梯形巷道，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；當其內(nèi)不通行運輸設備時，凈寬系指自底板起1.6m高水平的巷道寬度。 第十一頁，共55頁。122022/10/11 以直墻拱形巷道為例： Ba十2A1十c十t A1運輸設備的最大寬度(表1-1)，m；a非人行道側(cè)寬度 c人行道的寬度 ；t運輸設備最突出部分之間的間距 （具體數(shù)值見煤礦安全規(guī)程）第十二頁，共55頁。132022/10/11第二十一條 巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風和安全設施及設備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求：（一）主要運輸巷

5、和主要風巷的凈高，自軌面起不得低于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要求。（二）采區(qū)（包括盤區(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。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。巷道凈斷面的設計，必須按支護最大允許變形后的斷面計算。第二十二條 運輸巷兩側(cè)（包括管、線、電纜）與運輸設備最突出部分之間的距離，應符合下列要求：（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.

6、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）。巷道內(nèi)安設輸送機時，輸送機與巷幫支護的距離不得小于0.5m；輸送機機頭和機尾處與巷幫支護的距離應滿足設備檢查和維修的需要，并不得小于0.7m。巷道內(nèi)移動變電站或平板車上綜采設備的最突出部分，與巷幫支護的距離不得小于0.3m。（三）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。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

7、規(guī)程第二十二條的要求。第十三頁，共55頁。142022/10/11一、巷道凈寬度的確定(續(xù))第十四頁，共55頁。152022/10/11 為了滿足掘進機械化裝載和鋪設臨時雙軌調(diào)車，以及運輸綜采支架的需要。巷道最小寬度：主要大巷為2.2m；采區(qū)巷道為2 m。在確定曲線段巷道凈寬度時，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)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。第十五頁，共55頁。162

8、022/10/11雙軌巷道中心線加寬 雙軌巷道對開列車車輛之間應有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按表12選取；第十六頁，共55頁。172022/10/11 二、巷道的凈高度 1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。2拱形巷道凈高：自渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長度終端的高度。 主要是確定凈拱高和自底板起的墻高。 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。第十七頁，共55頁。182022/10/11拱高h0常與巷道凈寬的比來表示（高跨比）：半圓拱：h=R=B/2，墻高h3自巷道底板至拱基線的距離：架線

9、電機車導電弓子頂端兩切線交點處與巷道拱壁間最小安全間隙；管道的裝設要求；人行高度要求；1.6m高度人行道寬度；設備上緣至拱壁間最小安全間隙。第十八頁，共55頁。192022/10/11第十九頁，共55頁。202022/10/11一般，架線電機車運輸?shù)南锏溃雌渲屑芫€電機車導電弓子和管道裝設要求計算即能滿足要求；其它如礦車運輸、僅鋪設輸送機或無運輸設備的巷道一般只按行人高度要求即能滿足要求，但在人行道范圍1.8m以下，不得架設管線和電纜。 以上計算的墻高h3值，必須按只進不舍的原則，以0.1m進級。 二、巷道的凈高度(續(xù)) 第二十頁，共55頁。212022/10/111矩形巷道凈斷面積：SBHB

10、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、巷道的凈斷面面積第二十一頁，共55頁。222022/10/11 矩形巷道第二十二頁，共55頁。232022/10/11梯形巷道第二十三頁，共55頁。242022/10/11半圓拱形巷道第二十四頁，共55頁。252022/10/11圓弧拱形巷道第二十五頁，共55頁。262022/10/11四、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

11、通過巷道的風量，Vmax巷道允許通風的最高風速，ms。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定如右表，煤礦工業(yè)設計規(guī)范規(guī)定：礦井主要進風巷的風速一般不大于6ms；輸送機巷道采區(qū)風巷一般不大于4ms。設計時，應在不違反煤礦安全規(guī)程的原則下，按規(guī)范要求確定巷道斷面，以留有余地。第二十六頁，共55頁。272022/10/11五、巷道設計和計算掘進斷面積 1支護參數(shù)的選擇 2道床參數(shù)的選擇3巷道設計掘進斷面積 4巷道計算掘進斷面積 第二十七頁，共55頁。282022/10/111支護參數(shù)的選擇支護是影響煤礦技術經(jīng)濟指標和安全生產(chǎn)的關鍵技術問題，長期以來，棚式支架和磚石、混凝土砌碹是支護的主要形式，近年來，金屬支架和錨噴支護

12、得到發(fā)展。支架參數(shù)的選取，就是確定坑木的直徑、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，所有這些只寸的選取方法，將在第五章中介紹 第二十八頁，共55頁。292022/10/112道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)是按選取的鋼軌型號、軌忱規(guī)格和道碴厚度確定的。鋼軌型號是根據(jù)巷道類型、運輸方式及礦車容積來選取。 軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應與選用的鋼軌型號相適應。 道床：一股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2040mm為宜。 第二十九頁，共55頁。302022/10/11鋼軌軌枕型號第三十頁，共55頁。312022/10/113巷道設計掘進斷面積 巷道凈尺寸加上支

13、架、道床參數(shù)使可得到巷道的設計掘進尺寸，從而求得巷道設計掘進斷面積。半圓拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘進寬度；h3墻高；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：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4頂梁、底梁設計掘進寬度；H1設計掘進高度。第三十一頁，共55頁。322022/10/114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，設計掘進斷面尺寸應加上允許超挖值(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經(jīng)。 第三十二頁，共55頁。332022/1

14、0/11第三 節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝設計和管線布置 一、水溝設計二、管線布置 第三十三頁，共55頁。342022/10/11一、水溝設計1位置：一般布置在人行道一側(cè)，少穿越運輸線路。2施工要求： 平巷水溝坡度真可取35，或與巷道的坡度相同，但一般不小于3，以利于水流通暢。 運輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可用鋼筋屈凝土預制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設，服務年限短，排水量小的巷道其水溝可不用支護。 棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿距不小于300mm，圖37 。 為了行人方便，主要運輸大巷和傾角小于15斜巷的水溝，應鋪放鋼筋混凝上預制蓋板，蓋扳頂面要與巷道渣面齊平。 常用的水溝斷面形狀有對稱倒梯形、半倒梯

15、形和矩形。各種水溝斷面尺寸應根據(jù)水溝流量，坡度，支護材料和斷面形狀等因素決定，常用的水溝斷面和尺寸見圖36、和表313。為了使巷道內(nèi)不積水，巷道橫向水溝的一側(cè)也應有2的坡度，并在 水溝的側(cè)面壁上每隔一定距離開設50的瀉水孔。 第三十四頁，共55頁。352022/10/11一、水溝設計(續(xù))第三十五頁，共55頁。362022/10/11二、管線布置 1管道通常應部置在人行道一側(cè)，也可布置在非人行道一側(cè)。管道架設可采用管墩架設、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設在人行道上 方，管道而其下部與道渣面或水溝蓋板面保持1.8m和1.8m以上的距離，若架設在水溝上，應以不妨礙清理水溝為原則。 2在架線式電機

16、車運輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用管墩架設），以免電流腐蝕管道。管道與運輸設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設在同一側(cè)。如受條件限制設在同一側(cè)時，通信電纜應設在動力電纜上方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)布置時，相互之間距離應大于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電纜與管道在同一側(cè)敷設時，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上的距離。6電纜懸掛高度應保證當?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輸設備上。第三十六頁，共55頁。372

17、022/10/11二、管線布置(續(xù))第三十七頁，共55頁。382022/10/11 第四節(jié) 巷道斷面設計示例 例題) 某煤礦，年設計能力為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。位。通過該礦第一水平東翼運輸大巷的流水量為160m3/h，采用ZK106/250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8m3/s。巷道內(nèi)敷設一道直徑為200mm的壓風管和一趟直徑為l00mm的水管。試設計運輸大巷直線段的斷面。 一、選擇巷道斷面形狀、 年產(chǎn)90萬噸礦井的第一水平運輸大巷，一股眼務年限在20年以上，采用 600mm

18、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，故選用鋼筋砂漿錨稈與噴射混凝土支護，半圓拱形斷面。 第三十八頁，共55頁。392022/10/11 二、確定巷道斷面尺寸 確定巷道凈寬度B 查表3-1知ZK106/250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3-2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故巷道凈寬度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+21060+240+840=3600。確定巷道拱高h

19、0半圓拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800，半圓拱半徑=h0=3600/2=1800確定巷道壁高h3按架線電機車導電弓子要求確定h3由3-8中半圓拱巷道拱高公式得 第四節(jié) 巷道斷面設計示例 (續(xù))第三十九頁，共55頁。402022/10/11 2.按管道裝設要求確定h3 第四節(jié) 巷道斷面設計示例(續(xù)) 3.按人行高度要求確定h3綜上計算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為h3=1800。則巷道高度H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400。第四十頁，共55頁。412022/10/11 確定巷道凈斷面面積S和凈周長P由表3-8得凈斷面面積S=B（0.39B+h2）式中：

20、h2為道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1800-200=1600。故S=3600（0.393600+1600）=10814002=10.8凈周長P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500=12.5m 用風速校核巷道凈斷面面積查表3-4，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風量Q=28m3/s，計算得： 第四節(jié) 巷道斷面設計示例(續(xù)) 設計的大巷斷面面積、風速沒超過規(guī)定，可以使用。m/s第四十一頁，共55頁。422022/10/11 選擇支護參數(shù)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、服務時間大于l0年等條件，得錨噴支護參數(shù)；錨桿長1.8

21、m，間距a=0.780.8m，排距a=0.8m，錨桿直徑d=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。選擇道床參數(shù)根據(jù)本巷道通過的運輸設備，選用24kg/m的鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為360和200，道渣至軌面高度ha=hc-hb=360-200=160。采用鋼筋混凝土軌枕。確定巷道掘進斷面面積巷道設計掘進寬度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道計算掘進寬度B2= B1+2=3600+275=3950。巷道設計掘進高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700。巷道計算掘進高度H2=H1+=3700+75=

22、3775。巷道設計掘進斷面面積S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1800）=124716002，取S1=12.5。巷道計算掘進斷面面積S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=131940752，取S2=13.2。 第四節(jié) 巷道斷面設計示例 (續(xù))第四十二頁，共55頁。432022/10/11三、布置巷道內(nèi)水溝和管線已知通過本巷道的水量為160m3/h，采用水溝坡度為0.3%，查表3-11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。 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3-8所示。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=13.21=13.2m3；每米巷道墻腳計算掘進體積V3=0.2（T+）1=0.2（0.1+0.0