井巷工程....課程設(shè)計

1、1.前言兗州礦業(yè)集團濟寧三號井為1998年投產(chǎn)的現(xiàn)代化大型礦井,設(shè)計生產(chǎn)能力為5Mt/年,服務(wù)年限為81年。采用立井開拓、單水平傾斜大巷條帶開采。地面標高38m,生產(chǎn)水平520m,屬低沼氣礦井。通風方式為中央并列式通風,井下最大涌水量450m3/h,通過第一水平東運輸大巷的流水量為180m3/h,風量為60m3/s;采用XK8-6/110A直流電機車牽引1t礦車運輸。內(nèi)設(shè)壓風管Ø76 x 3.0焊接鋼管一路,另設(shè)動力、照明、通訊和信號電纜各一路。大巷穿過的巖層有砂巖、泥巖,主要以泥巖為主,實測圍巖松動圈:砂巖為0.71.2m,泥巖為1.51.9m。試設(shè)計運輸大巷直線段的斷面,并計算單

2、位工程掘進工程量和材料消耗量,繪制巷道斷面施工圖。2.設(shè)計條件2.1地質(zhì)條件礦山巷道所通過的巖層為砂巖和泥巖,普氏系數(shù)f=48,為穩(wěn)定性較好的巖層,涌水量450m3/h,風量為60m3/h。主井與副井所通過的巖層f=48,中等穩(wěn)定,風量按60m3/h考慮。該礦井為低沼氣礦井。2.2生產(chǎn)能力與服務(wù)年限礦山年產(chǎn)量5Mt,其服務(wù)年限為81年。2.3運輸設(shè)備及裝備水平運輸大巷,壓風管Ø76 x 3.0焊接鋼管一路,動力、照明、通訊和信號電纜各一路。電機車型號:XK8-6/110A礦車:1t礦車3巷道斷面設(shè)計3.1選擇巷道斷面形狀我國礦井下使用的巷道斷面形狀,按其結(jié)構(gòu)的輪廓可分為折線型和曲線型

3、兩大類,前者如矩形、梯形、不規(guī)則形等;后者如半月拱形、圓形拱形、三心拱形、馬蹄形。橢圓形和圓形等。一般情況下,作用在巷道上的低壓和方向在選擇巷道斷面形狀是起主要的作用的,當頂壓和側(cè)壓較小時,則選用直墻拱形斷面(半圓拱,圓弧拱或三心拱;當頂壓、側(cè)壓都很大的同時低鼓嚴重時,就必須選用諸如馬蹄形、橢圓形等封閉式斷面。礦區(qū)富有的支架材料和習慣使用的支護方式,往往也直接影響巷道斷面形狀的選擇。木架和鋼筋混凝土棚子,多適用于梯形和矩形斷面。掘進方法和掘進設(shè)備對于巷道斷面的形狀的選擇也有一定影響。目前,巖石平巷掘進仍是采用鉆眼爆破方法占主要地位,它能適應(yīng)任何新裝的斷面。近年來,由于錨噴支護廣泛應(yīng)用,為了簡化

4、設(shè)計和有利于施工,巷道斷面多采用半圓拱和圓形拱,三心拱也逐漸被淘汰。在使用全斷面掘進機掘進的巖石平巷,選用圓形斷面無疑是最為合適的。在需要通風量很大的礦井中,選擇通風阻力較小的斷面形狀和支護方式,既有利于安全生產(chǎn)又具有明顯的經(jīng)濟效益。在滿足安全與技術(shù)要求的條件下,力求提高斷面利用率,縮小斷面降低造價并有利于加快施工速度。綜上所述,影響巷道斷面形狀選擇的主要因素主要有以下幾點:1、巷道穿過圍巖的性質(zhì),即與圍巖的普氏系數(shù)、地壓大小、方向和特征有關(guān)2、巷道的用途及服務(wù)年限3、支護形式,即支架材料和支護結(jié)構(gòu)4、巷道的施工方法,即掘進設(shè)備和掘進方式等其中1、2因素其主導(dǎo)作用,由它們決定斷面形狀和支護形式

5、。根據(jù)該巷道是一條服務(wù)年限較長(81年的主要運輸巷道,所穿過的巖層是中等堅硬和中等穩(wěn)定的圍巖圈,巷道斷面為半圓拱形。3.2確定巷道凈斷面尺寸設(shè)計巷道斷面尺寸,巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風和安全設(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,存放或通過它的機械、器材或運輸設(shè)備的數(shù)量和規(guī)格,人行道寬度與各種安全間隙以及通過巷道的風量等。查表可知,XK8-6/110A電機車寬A1=1054mm、高h=1550mm;1t 礦車寬880mm、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。又查表知本巷雙軌中線距b=1300mm

6、,則兩電車之間距離為1300(1054/2+1054/2=246mm >200mm,符合安全要求故巷道凈寬度的確定:B=a1+b+c1=(400+1054/2+1300+ (1054/2+840=35941.按架線電機車導(dǎo)電弓子要求確定h3由表38中半圓拱形巷道拱高公式得hh4+h c(R-n2-(K+b12式中h4軌面起電機車架線高度,按煤礦安全規(guī)程取h4=2000mm;h c道床總高度。查表35選22kg/m鋼軌,再查表37得h c=380mm,道楂高度h0=220 mm;n導(dǎo)電弓子距拱壁安全間距,取n=300;K導(dǎo)電弓子寬度之半,K=718/2=359,取K=360mm;b1道軌中

7、線與巷道中線間距,b1=B/2-a1=3594/2-927=870mm故h32000+360-(1797-3002-(360+8702=1506mm2.按管道裝設(shè)要求確定h3h3h5+h7+h bR2(K+m+D/2+b22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h7=900mm,m導(dǎo)電弓子距管子間距,取m=300mm;D壓氣管法蘭盤直徑,D=335mm;b2軌道中線與巷道中線間距,b2=B/2-C1=3594/2-1367=430mm。故h31800+900+200-17972-(360+300+335/2+4302=1380mm;3.按人行高度

8、要求確定h3h31797+ h bR2(Rj2式中j距壁j處的巷道有效高度不小于1800mm。j200mm,一般取j=200mm,一般取j=200mm。故h31800+20017972(17972002=1176mm綜上計算,并考慮一定的余量,確定本巷道壁高為1800mm,則巷道凈高度H= h3h b+ h0=1800200+1797=3397mm。由表38得凈斷面積S=B(0.39B+h2式中h2道楂面以上巷道壁高,h2=h3h b=1800200=1600mm故S=3594(0.39 x 3594+1600=10787966.04mm=10.8m 2井下幾乎所遇航道都起通風作用。巷道通過的

9、風量是根據(jù)對整個礦井生產(chǎn)通風網(wǎng)絡(luò)求解得到的。當通過該巷道的風量確定后,斷面越小,風俗越大。風速大,不僅會煤塵,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)定了各種不通用途的巷道所允許的最高風速。同時,為使礦井增產(chǎn)留有余地和經(jīng)濟風速的要求,一般不選用表中所列的最高風速。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,礦井主要進風巷的風速一般不大于6m/s,為礦井增產(chǎn)留有余地。查表34,知v max=8m3/s;煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范v max=6 m3/s,取v max=6 m3/s。已知通過大巷風量Q=60m3/s,代入式(39得v= Q/S=60/10

10、.8=5.55<6<8m3/s設(shè)計的大巷斷面積,風俗沒超過規(guī)定,可以使用。本巷道采用錨噴支護,使用錨桿支護的作用,使用錨桿支護,既可發(fā)揮其加固拱作用和懸吊作用,使復(fù)合頂板內(nèi)的各煤巖體與錨桿緊固成一個所謂的“組合梁”,從而提高頂板巖層的抗彎強度,減少各巖層層面滑移、離層和冒落的機率,從而保證巷道的穩(wěn)定性,又能適應(yīng)國家天然林保護工程實施以來所導(dǎo)致的木材無法采購的外部環(huán)境。使用錨桿支護代替原來的棚式支護,取消了木材消耗,有效地保障了國家“天然林保護工程”順利實施,有利于環(huán)境保護。同時也減輕了操作人員的體力勞動,消除了棚式支護所帶來的操作不安全隱患,改善了操作人員的勞動環(huán)境,杜絕了超時勞動

11、和超體力勞動的現(xiàn)象。錨噴支護既能充分發(fā)揮錨桿作用,又充分發(fā)揮噴射混凝土的作用。同時網(wǎng)使圍巖表面破碎圈完整化,使噴層平整均勻,增加抗彎、抗剪能力,并具有較高柔性和較大的允許變形量。錨噴支護突破了傳統(tǒng)舊的支護形式和支護理論,不是消極地支護已松動的圍巖,而是主動地保持圍巖的完整性、穩(wěn)定性,控制圍巖變形、位移及裂隙發(fā)展,充分發(fā)揮圍巖自身的支承作用。即以護為主,以支為輔,是加固松動圈而不是支護松動圈的一種較為合理且適用斷層破碎帶不穩(wěn)定巖石的一種支護形式。根據(jù)巷道凈寬3.594m、穿過中等穩(wěn)定巖層,服務(wù)年限大于10年等條件,藥卷直徑2350mm。查表515得錨噴支護參數(shù):錨桿長1.8m,間距a=0.701

12、.0m,排距取a,=0.8m,錨桿直徑d=18mm,噴射混凝土初噴50mm,復(fù)噴70mm,故噴射混凝土厚度小于等于120mm,所以此處選用噴射混凝土層厚T1=100mm。錨桿預(yù)緊力大于等于40KN。噴射混凝土厚度選擇。噴層過薄影響支護強度,過厚影響其柔性,使脆性增加,易于圍巖離層,而使圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)不能保持。根據(jù)巷道服務(wù)年限、跨度、圍巖穩(wěn)定性和該礦實際經(jīng)驗,確定噴射混凝土厚度為100mm。故支護厚度T=T1=100mm。對軌道敷設(shè)的要求是:鋼軌的型號應(yīng)與行駛車輛的類型相適應(yīng),軌道敷設(shè)應(yīng)平直,且具有一定的強度和彈性;在彎道出,軌道連接應(yīng)光滑,接運輸巷道內(nèi)統(tǒng)一線路必須采用同一型號的鋼軌;道岔的

13、型號不得地域線路的鋼軌型號;軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。礦井多使用鋼筋混凝土軌枕或木軌枕,個別地點也有用軌枕的?；炷淋壵碇饕糜诰总噲?運輸大巷,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,構(gòu)建剛度大,節(jié)約木料,造價低等優(yōu)點,所以應(yīng)當大力推廣使用。根據(jù)本巷道通過的運輸設(shè)備,已選用22kg/m鋼軌,其道床參數(shù)h c、h b分別為380和220mm,道楂面至軌面高度h a=h ch b=380220=160mm。采用鋼筋混凝土軌枕。由表38計算公式得:巷道設(shè)計掘進寬度B1=B+2T=3594+2 x 100=37

14、94mm(T為噴層厚度巷道計算掘進寬度B2= B1+2=3794+2 x 75=3944mm(為超挖誤差,一般為75mm巷道設(shè)計掘進高度H1=H+ h b+T=3397+220+100=3717mm巷道計算掘進高度H2= H1+=3717+75=3792mm巷道設(shè)計掘進斷面面積S1=B1(0.39B1+h3=3794 x(0.39x3794+1800=1244303mm²,取S1=12.4m2巷道計算掘進斷面面積S2=B2(0.39B2+h3=3944 x(0.39x3944+1800=1316570mm²,取S2=13.2m24.布置巷道內(nèi)水溝和管線根據(jù)生產(chǎn)需要,巷道內(nèi)需

15、要敷設(shè)諸如壓風管、排水管一級其他管路。此外,還有動力電纜、照明和通訊電纜等電纜。管道的布置要考慮安全、架設(shè)和檢修的方便,一般應(yīng)符合下列要求:1管道應(yīng)布置在人行道的一側(cè),管道的架設(shè)一般采用托架、管墩及錨桿吊掛等方式,并要考慮檢修的方便;若架設(shè)在人行道上方,管道下部距道楂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。砌碹支護的主要運輸巷道,一般用槽鋼或角鋼講管道支托在人行側(cè)的頂部;錨噴支護的主要運輸巷道,可將管路錨吊在行人側(cè)的頂部。2當管道與管道呈交叉或平行布置時,應(yīng)保證管道之間有足夠的更換距離,管道架設(shè)在平巷頂部時,應(yīng)不妨礙其他設(shè)備的維修與更換。3管道與運輸設(shè)備之間

16、必須留有不小于0.2m的安全距離。電纜布置的一般要求1動力電纜和通訊電纜一般不要敷設(shè)在巷道的同一側(cè),如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時,通訊電纜設(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。2電纜與壓風管、供水管在巷道同一側(cè)敷設(shè)時,必須敷設(shè)在管子上方,并保持0.3m以上的距離。3電纜懸掛高度應(yīng)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(shè)備上,所以電纜大于3.0m;電纜與運輸設(shè)備之間距離不應(yīng)小于0.25m;電纜同風筒相互之間應(yīng)保持0.3m以上距離。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。高壓電纜之間、低壓電纜之間之間的距離不得

17、小于50mm,以便摘掛方便。5有煤塵瓦斯突出煤層中的回風巷,禁止設(shè)置動力電纜。已知通過本巷道的水量為180m3/h,水溝一般布置在人行道一側(cè),并盡量避免穿越運輸線路,在特殊情況下,可將水溝布置在巷道中間或非人行道一側(cè)。平巷水溝坡度取0.30.5,或與巷道坡度相同,但應(yīng)不小于0.3,以利于排水。所以現(xiàn)采用水溝坡度為0.3,查表311得;水溝深450mm,寬500mm,水溝凈斷面積為0.225m2。水溝掘進斷面積0.272 m2,每米水溝蓋板用鋼筋2.036kg、混凝土0.0323m³,水溝用混凝土0.152m³。5.計算巷道掘進工程量及材料消耗量由表38計算公式得:每米巷道拱

18、與墻計算掘進體積V1=S2 x 1=13.2 x 1=13.2m²每米巷道墻角計算掘進體積V3= 0.2(T+ x 1=0.2 x (0.1+0.075 x 1=0.04m³每米巷道拱與墻噴射材料消耗V2=1.57(B2-T1T1+2h3T1 x 1=1.57(3.944-0.10 x 0.10+2 x 1.80 x 0.10 x 1=0.96m³每米巷道墻腳噴射材料消耗V4=0.2T1x 1=0.2 x 0.10 x 1=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(僅供部打錨桿

19、N =2(P/2a+1/a,式中P計算錨桿消耗周長中,P計算錨桿消耗周長,P=1.57B2=1.57 x 3.944=6.19m;a、a,錨桿間距和排距,a = a,=0.8m。所以P/2a=6.19/(2x0.8=3.869,取值為4,則N =(2x4+1/0.8=11.3根折合重量為:11.3 l(d/22=11.3(1.80+0.05 x 3.14 x (0.018/2 x 7850=41.74 kg式中l(wèi)錨桿深度,l=1.8mm;d錨桿直徑,d=14mm;錨桿材料密度,=7850kg/m3。每排錨桿數(shù)為N,x0.8=11.3 x 0.89根。每米巷道錨桿注孔砂漿消耗 V0= N,l(S

20、 K-S m 式中S K、S m 分別為錨桿孔和錨桿的斷面積(0.0422-0.0142=0.023m²每米巷道粉刷面積:S n=1.57B3+2h2式中B3=B2-2T=3.944-2x0.10=3.74m6 繪制巷道斷面特征表和每米巷道材料消耗量表材料消耗量表運輸大巷特征 運輸大巷每米工程量及材料消耗 6鉆眼爆破工作目前,巖巷掘進仍主要采用鉆眼爆破方法破巖,而且在今后相當長的時期內(nèi)仍然是煤礦巖巷的主要掘進方法。巖巷或半煤巖巷的部分斷面掘進機開始在我國煤礦中使用,全斷面掘進機也已經(jīng)在個別礦區(qū)開始使用。但是,這兩類掘進機在我國煤礦巖巷中的推廣應(yīng)用還需要很長的過程。我國煤礦巖巷的鉆眼爆

21、破,從手工鑿巖、硝銨炸藥、普通雷管、淺眼爆破起步,到手持式鑿巖機、液壓鑿巖機臺車、高威力水膠炸藥、乳化炸藥、高精度毫秒電雷管、非電起爆器以及各類起爆器、中深孔光面爆破,使我國的造巖爆破技術(shù)得到了長足的發(fā)展。與此同時,鑿巖機理、破巖機理、爆破技術(shù)以及施工設(shè)備的可靠性、自動化程度也有了較大的發(fā)展。目前,鉆眼爆破技術(shù)的發(fā)展趨勢是中深孔、光面爆破和斷裂成型(刻槽爆破技術(shù)。在進行鑿巖爆破施工前,首先要確定鑿巖爆破參數(shù),其涉及的因素很多,大的方面有設(shè)備類型與狀態(tài)、巖石與巖體條件、施工方案與方法、施工隊伍與施工技術(shù)及使用的材料等。一般先根據(jù)經(jīng)驗公式或定額計算基本參數(shù)取值范圍,然后按計算值進行炮孔布置設(shè)計,根

22、據(jù)炮孔布置的結(jié)果和預(yù)先確定的施工方案修正并重新確定鑿巖爆破基本參數(shù)。目前,巖巷掘進仍主要采用鉆眼爆破方法破巖,而且在今后相當長的時期內(nèi)仍然是煤礦巖巷主要的掘進方法。巖巷或半煤巖巷的部分斷面掘進機開始在我國煤礦中使用,全斷面掘進機也已經(jīng)在個別礦區(qū)開始使用。但是,這兩類掘進機在我國煤礦巖巷中的推廣應(yīng)用還需要很長的過程。6.1選擇鉆眼機具從我國目前穿孔設(shè)備的現(xiàn)狀來看,大多數(shù)采用手持式鑿巖機和氣腿式鑿巖機打眼,眼徑有兩種類型:普通型和小直徑型。手持式鑿巖機:重量輕,手持操作,可鉆各種方向的較小直徑,較淺深度的炮眼,主要用于鑿炮眼孔徑為34到35mm,孔深小于3m,用于軟,中,硬巖層。氣腿式鑿巖機:重量

23、一般24到30千克,主機安設(shè)在氣腿上,靠氣腿推動鉆進,可鑿水或傾斜的炮眼,孔徑40到42mm孔深小于5m,用于軟中硬巖層。由于氣腿式鑿巖機其機身重量由氣腿支撐,減輕了體力勞動,因而在巖巷中包括一些鐵路、公路或其他公用的隧道掘進中應(yīng)用比較廣泛。其價格相對于鑿巖臺車較為低廉,效益較好,對煤礦的支出較少,而且不需要專業(yè)的知識便可以操作。因此,氣腿式鑿巖機是本巷道采用的主要鑿巖機。6.2選擇爆破器材雷管主要有瞬發(fā)電雷管、秒延期電雷管、毫秒延期電雷管,本巷道采用8#毫秒延期電雷管,由于本礦井為低瓦斯礦井,在生產(chǎn)掘進過程中不可避免的會遇到瓦斯。采用8#電雷管,毫秒延期。秒延期都能滿足使用,但是在穿過有瓦斯

24、的底層時,不能選用有瓦斯的雷管,毫秒延期雷管時間也不能大于130ms。各段的一延期時間可通過調(diào)節(jié)藥量和硅鐵顆粒的大小來控制。避免因為電雷管的引爆而引發(fā)瓦斯爆炸。本巷道采用水膠炸藥,水膠炸藥的爆炸性能如爆速和起爆敏感度高,可用8#雷管直接起爆;抗水性強;可塑性好;機械感度低;安全性好;且炸藥密度、爆炸性能可在較大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié),故適應(yīng)性強。6.2爆破參數(shù)的確定炮眼直徑對鉆眼效率,全斷面炮眼數(shù)目,炸藥消耗量和爆破巖石塊度等與巖壁平整度均有影響。因此,應(yīng)根據(jù)巷道斷面的大小,塊度要求,炸藥性能和鑿巖機性能綜合考慮,進行選擇。炮眼直徑大,可以減少炮眼數(shù)目,炸藥能量相對集中,可提高爆破效率,但鉆速下降,影

25、響爆破質(zhì)量和降低圍巖穩(wěn)定性,炮眼直徑42mm。炮眼深度決定了每一掘進循環(huán)鉆眼和裝巖的工作量、循環(huán)進尺以及每班的循環(huán)次數(shù)。炮眼深度主要根據(jù)巖石性質(zhì)、巷道斷面大小、循環(huán)作業(yè)方式、鑿巖機類型、炸藥威力、工人技術(shù)水平等因素來確定。根據(jù)式lL/N·k·n·式中l(wèi)炮眼深度,mL計劃月進度,m;N每月實際用于掘進的天數(shù),30天;K正規(guī)循環(huán)率,即每月實際用于掘進工作的天數(shù)與30天之比,一般取k=0.80.9;n每日完成掘進循環(huán)數(shù),次;炮眼利用系數(shù),一般要求0.8。式中L=105m,N=30天,k=0.85,n=3次,=0.9代入式中可得l=1.52炮眼數(shù)目直接決定著鉆眼工作質(zhì)量、

26、爆破巖石的塊度、巷道形狀等。炮眼數(shù)目取決于巖石性質(zhì)、巷道斷面形狀和尺寸、炮眼直徑和炸藥性能等因素。合理的炮眼數(shù)目應(yīng)以保證爆破效果的實現(xiàn)為原則。一般是先以巖層性質(zhì)和斷面大小進行初步估算,然后在設(shè)計斷面圖上作炮眼布置圖,得出炮眼總數(shù),并通過實踐調(diào)整修正。炮眼數(shù)目也可以根據(jù)單位炸藥消耗量,按上述經(jīng)驗方法確定炮眼數(shù)目。N=qSm /aP式中N 炮眼數(shù)目;q 單位炸藥消耗量,kg/ m³ S 巷道掘進斷面積,m³ m 每個要捐長度,m ;a 裝藥系數(shù),即裝藥長度與炮眼長度之比,一般去0.5左右; P 每個藥卷的重量,kg 。38 3700 五、巷道的施工與組織管理1.施工作業(yè)方式的選擇巷道采用光面爆破施工,并一次成巷的施工工藝.掘進和支護順序作業(yè),在掘進工作面