井巷工程-第一章-巷道斷面設計

井巷工程-第一章--巷道斷面設計巷道斷面設計2024/5/16巷道斷面設計主要內容

巷道斷面設計的原則、內容和步驟巷道斷面形狀選擇巷道斷面尺寸設計巷道斷面內水溝設計與管線布置重點內容巷道凈斷面尺寸的確定(凈寬度、凈高度）難點內容巷道凈斷面尺寸的確定(凈寬度、凈高度）2024/5/16

巷道斷面設計的原則

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。

2024/5/16巷道斷面設計的內容和步驟（1）選擇巷道斷面形狀；（2）確定巷道凈斷面尺寸；（3）風速校核；（4）根據(jù)支護參數(shù)、道床參數(shù)計算巷道的設計掘進斷面尺寸；（5）按允許的超挖值計算巷道的計算掘進斷面尺寸；（6）布置水溝和管線；（7）繪編“一圖二表”—巷道斷面施工圖、巷道特征表、每米巷道工程量及材料消耗量表。2024/5/162024/5/16巷道斷面設計所需資料（1）巷道層位的地質資料；（2）巷道的服務年限、用途及對通風、排水、防火、衛(wèi)生等方面的要求；（3）運輸設備類型、規(guī)格尺寸及與其他巷道的關系；（4）巷道內的裝備、管道和電纜的規(guī)格尺寸、數(shù)量及架設檢修要求；（5）其他巷道、硐室對巷道的位置要求；（6）支護材料供應的情況，施工技術及其裝備條件。2024/5/16

巷道斷面形狀選擇

按構成的輪廓線分兩種：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。2024/5/162024/5/16影響巷道斷面選擇的因素（1）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。（2）巷道用途和服務年限也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。（3）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；（4）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。（5）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。2024/5/162024/5/16通常經(jīng)驗當巷道圍巖比較穩(wěn)定，礦山壓力不大，服務年限不長時，一般宜選用礦用工字鋼支架、錨桿或鋼筋混凝土支架進行支護，其斷面形狀一般為梯形或矩形。

如采區(qū)內的準備巷道和回采巷道。2024/5/162024/5/16通常經(jīng)驗當巷道圍巖不太穩(wěn)定，礦山壓力較大，且服務年限較長時，一般宜采用錨噴、混凝土砌碹、料石砌碹或U型鋼可縮性支架進行支護，斷面形狀一般為拱形、圓形或橢圓形。如井底車場巷道、主要運輸大巷、回風大巷或服務年限較長的準備巷道。2024/5/16巷道斷面尺寸

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風和安全設施及設備安裝、檢修和施工的需要。

巷道斷面尺寸主要取決于：1.巷道用途；

2.存放或通過它的機械、器材或運輸設備的數(shù)量及規(guī)格；

3.人行道寬度和各種安全間隙；

4.通過巷道的風量。2024/5/16凈寬的確定

直墻拱形巷道的凈寬度系指巷道兩側內壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。矩形巷道的凈寬度系指巷道兩側內壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。梯形巷道當其內通行礦車、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。2024/5/161.拱形雙軌巷道凈寬度計算:2024/5/162024/5/16巷道斷面凈寬

為了滿足掘進機械化裝載和鋪設臨時雙軌調車，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2m。2024/5/16巷道斷面凈寬

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側車幫內移現(xiàn)象，內側和外側均要加寬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。2024/5/16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2－3選?。?024/5/162024/5/16

巷道斷面凈高的確定

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。2024/5/16巷道斷面凈高的確定2．拱形巷道凈高：自渣面至拱頂內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-hbH—拱形巷道凈高；h0—拱形巷道拱高；h3—拱形巷道墻高；hb—巷道內道碴高度。2024/5/16⑴拱高h0常以巷道凈寬的比來表示（高跨比）：半圓拱：h０=R=B/2，⑵墻高h3自巷道底板至拱基線的距離：架線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要求；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。拱形巷道斷面凈高的確定2024/5/162024/5/162024/5/16一般，架線電機車運輸?shù)南锏?，按其中架線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。

巷道的凈高度(續(xù))

2024/5/16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:電機車架線的懸掛高度,自軌面起在行人巷道內、車場內以及人行道與運輸巷道交叉口的地方不小于2m;在不行人的巷道內不得小于1.9m;在井底車場內,從井底到乘車場的高度不小于2.2m;電機車架空線與巷道頂或棚梁間的距離不小于0.2m;（二）采(盤)區(qū)內上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層內的不得低于1.8m?！睹旱V安全規(guī)程》21條規(guī)定2024/5/16巷道凈斷面面積2024/5/16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，m／s。

2024/5/16《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定如右表，《煤炭工業(yè)礦井設計規(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。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。2024/5/16巷道的設計掘進面積

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2024/5/16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，所有這些尺寸的選取方法，將在第六章中介紹。2024/5/16道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)是按選取的鋼軌型號、軌枕規(guī)格和道碴厚度確定的。①鋼軌型號是根據(jù)巷道類型、運輸方式及礦車容積來選取。②軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應與選用的鋼軌型號相適應。③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20~40mm為宜。

2024/5/16鋼軌軌枕型號2024/5/163．巷道設計掘進斷面積

巷道凈尺寸加上支架、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。2024/5/164．巷道計算掘進斷面積

考慮到巷道在施工中出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，因此，設計掘進斷面尺寸應加上允許超挖值δ(75mm)(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護材料消耗量。2024/5/16

巷道斷面內水溝設計和管線布置

一、水溝設計二、管線布置2024/5/16水溝設計1．位置：一般布置在人行道一側，少穿越運輸線路。2．施工要求：平巷水溝坡度可取3‰~5‰，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，也可用鋼筋混凝土預制成構件，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的邊緣距棚腿距不小于300mm。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，蓋板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和表。為了使巷道內不積水，巷道橫向水溝的一側也應有2‰的坡度，并在水溝的側面壁上每隔一定距離開設φ50㎜的瀉水孔。2024/5/16水溝設計(續(xù))2024/5/16

1、管線的種類：壓風管、排水管、供水管、電纜2、管線布置要求：

(1)管道設在人行道側，也可在另一側，在人行道側時，1.8米以上；

(2)架線機車巷道內，不要將管道直接置于底板上，避免電流腐蝕管道；管道與運輸設備間安全距離0.2米以上;(3)通信與動力電纜不要掛在同一側;人行道側最好不掛動力電纜。(4)高壓與低壓電纜在同一側時,相互距離大于0.1米;(5)電纜與管道在一側時,電纜在上,保持0.3米以上的距離;(6)電纜高度應保證礦車不碰壞電纜。管線布置2024/5/16管線布置(續(xù))2024/5/16巷道斷面設計示例

[例題]

某煤礦，礦井設計能力為90萬t/a，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=4～6，需通過的風量為48m3/s。巷道內敷設一趟直徑為200mm的壓風管和一趟直徑為100mm的水管。試設計運輸大巷直線段的斷面。

2024/5/16步驟之一：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，一般服務年限在20年以上，采用600mm軌距雙軌運輸?shù)拇笙铮鋬魧捲?m以上，又穿過中等穩(wěn)定的巖層，故選用鋼筋砂漿錨桿與噴射混凝土支護，半圓拱形斷面。

2024/5/16步驟之二：確定巷道凈斷面尺寸

（1）確定巷道凈寬度B（2）確定巷道拱高h0（3）確定巷道壁高h3（4）確定巷道凈斷面面積S和凈周長P（5）用風速校核巷道凈斷面積（6）選擇支護參數(shù)（7）選擇道床參數(shù)（8）確定巷道掘進斷面尺寸2024/5/16查表2.2知ZK10—6/250電機車寬A1=1060㎜，高h=1550㎜；1.5噸礦車寬1050㎜，高1200㎜。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㎜故巷道凈寬度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+2×1060+240+840=3600㎜

確定巷道凈寬度B

2024/5/16半圓拱巷道拱高h0=B/2半圓拱半徑h0=3600/2=1800㎜

確定巷道拱高h02024/5/16對于架線電機車運輸?shù)南锏溃话惆醇芫€電機車導電弓子要求；管道裝設高度的要求；人行高度要求。

確定巷道壁高h32024/5/16由表2.5中半圓拱巷道拱高公式得

架線電機車導電弓子要求2024/5/162024/5/16按管道裝設要求2024/5/16按人行道高度要求綜上計算，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㎜。2024/5/16巷道高度綜上計算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為h3=1820㎜。巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400㎜。2024/5/16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高，h2=h3-hb=1820-220=1600㎜。故S=3600×（0.39×3600+1600）=1081400㎜2=10.8㎡凈周長P=2.57B+2h2=2.57×3600+2×1600=12500㎜=12.5m確定巷道凈斷面面積和凈周長2024/5/16查表2-8，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風量Q=48m3/s，計算得：用風速校核巷道凈斷面面積設計的大巷斷面面積、風速沒超過規(guī)定，可以使用。m/s2024/5/16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Ⅲ類圍巖、服務時間大于10年等條件，得錨噴支護參數(shù)；錨桿長2.0m，間距a=0.8m，排距b=0.8m，錨桿直徑d=18㎜，噴射混凝土層厚T1=100mm，而錨桿露出長度T2=50mm。故支護厚度T=T1=100㎜。選擇支護參數(shù)2024/5/16根據(jù)本巷道通過的運輸設備，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。選擇道床參數(shù)2024/5/16巷道設計掘進寬度B1=B+2T=3600+2×100=3800㎜。巷道計算掘進寬度B2=B1+2δ=3600+2×75=3950㎜。巷道設計掘進高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720㎜。巷道計算掘進高度H2=H1+δ=3720+75=3795㎜。巷道設計掘進斷面面積S1=B1（0.39B1+h3）=3800×（0.39×3800+1820）=12547600㎜2，取S1=12.55㎡。巷道計算掘進斷面面積S2=B2（0.39B2+h3）=3950×（0.39×3950+1820）=13273975㎜2，取S2=13.27㎡。確定巷道掘進斷面尺寸2024/5/16已知通過本巷道的水量為160m3/h，采用水溝坡度為0.3%，查表2-12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，電力電纜掛在非人行道一側，通信電纜掛在管子上方，如圖2-9所示。

步驟之三：布置巷道內水溝和管線2024/5/16每米巷道拱與墻計算掘進體積V1=S2×1=13.27×1=13.27m3；每米巷道墻腳計算掘進體積V3=0.2×（T+δ）×1=0.2（0.1+0.075）×1=0.04m3；每米巷道拱與墻噴射材料消耗V2=[1.57（B2-T1）T1+2h3T1]×1=[1.57（）0.10+2×1.80×0.10]×1=0.968m3；每米巷道墻腳噴射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3；每米巷道噴射材料消耗（不包括損耗）V=V2+V4=0.968+0.02=0.988m3；每米巷道錨桿消耗

步驟之四：巷道掘進工程量及材料消耗量式中，P1為計算錨桿消耗周長,，P1=1.57B2+2h3=1.57×3.95+2×1.82=9.84m；a、a’為錨桿間距、排距a=a’=0.8m。2024/5/16每排錨桿數(shù)每米巷道粉刷面積2024/5/16折合質量2024/5/16編制巷道特征表和每米巷道掘進工程量和材料消耗量表.根據(jù)以上計算結果，按1：50比例繪制出巷道斷面圖（圖2-10），并附上工程量及材料消耗量表，如表2-15及表2-16。這些施工圖表發(fā)至施工單位，作為指導施工的依據(jù)。步驟之五：繪制“一圖兩表”2024/5/162024/5/162024/5/16習題巷道斷面設計的原則、內容和步驟？巷道形狀選擇的因素？凈寬、凈高、拱形巷道墻高？水溝設計應注意的問題？管線布置應符合哪些要求？

2024/5/1