井巷工程第1章巷道斷面設(shè)計(jì)

1、井巷工程第1章巷道斷面設(shè)計(jì)巷道斷面設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 巷道斷面設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和步驟 巷道斷面形狀選擇 巷道斷面尺寸設(shè)計(jì) 巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計(jì)與管線布置重點(diǎn)內(nèi)容 巷道凈斷面尺寸的確定(凈寬度、凈高度）難點(diǎn)內(nèi)容 巷道凈斷面尺寸的確定(凈寬度、凈高度）2022/7/25巷道斷面設(shè)計(jì)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(jì)效果。 2022/7/25巷道斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)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(fēng)速校核；（4）根據(jù)支護(hù)參數(shù)、道床參數(shù)計(jì)算巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸；（5）按允許的超挖值計(jì)算巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；（6）布置水溝和管線；（7）繪編

2、“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。2022/7/252022/7/25巷道斷面設(shè)計(jì)所需資料（1）巷道層位的地質(zhì)資料；（2）巷道的服務(wù)年限、用途及對(duì)通風(fēng)、排水、防火、衛(wèi)生等方面的要求；（3）運(yùn)輸設(shè)備類型、規(guī)格尺寸及與其他巷道的關(guān)系；（4）巷道內(nèi)的裝備、管道和電纜的規(guī)格尺寸、數(shù)量及架設(shè)檢修要求；（5）其他巷道、硐室對(duì)巷道的位置要求；（6）支護(hù)材料供應(yīng)的情況，施工技術(shù)及其裝備條件。2022/7/25 巷道斷面形狀選擇 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。2022/

3、7/252022/7/25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(shí)起主要作用。（2）巷道用途和服務(wù)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(xí)慣使用的支護(hù)方式，也直接影響巷道斷面形狀的選擇；（4）掘進(jìn)方法和掘進(jìn)設(shè)備對(duì)于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響。 （5）需要風(fēng)量大的礦井，選擇通風(fēng)阻力小的斷面和支護(hù)方式，有利于安全和具有經(jīng)濟(jì)效益。2022/7/252022/7/25通常經(jīng)驗(yàn) 當(dāng)巷道圍巖比較穩(wěn)定，礦山壓力不大，服務(wù)年限不長時(shí)，一般宜選用礦用工字鋼支架、錨桿或鋼筋混凝土支架進(jìn)行支護(hù)，其斷面形狀一般為梯形或矩形。 如采區(qū)內(nèi)的準(zhǔn)備巷道和回采

4、巷道。2022/7/252022/7/25通常經(jīng)驗(yàn) 當(dāng)巷道圍巖不太穩(wěn)定，礦山壓力較大，且服務(wù)年限較長時(shí)，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(jìn)行支護(hù)，斷面形狀一般為拱形、圓形或橢圓形。 如井底車場(chǎng)巷道、主要運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷或服務(wù)年限較長的準(zhǔn)備巷道。2022/7/25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(yùn)輸、通風(fēng)和安全設(shè)施及設(shè)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(jī)械、器材或運(yùn)輸設(shè)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(fēng)量。2022/7/25凈寬的確定 直墻拱形巷道的凈寬度系指巷道

5、兩側(cè)內(nèi)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(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(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時(shí)，凈寬系指車輛頂面水平的巷道寬度；當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，凈寬系指自底板起1.6m高水平的巷道寬度。2022/7/251.拱形雙軌巷道凈寬度計(jì)算:2022/7/252022/7/25巷道斷面凈寬 為了滿足掘進(jìn)機(jī)械化裝載和鋪設(shè)臨時(shí)雙軌調(diào)車，以及運(yùn)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。2022/7/25巷道斷面凈寬 在確定曲線段巷道凈寬度時(shí)，按公式計(jì)算巷道的凈寬，要考慮礦車在彎道上運(yùn)行，由于車體的中心線和線路的中心線不相吻合，

6、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(yùn)輸時(shí)與曲線段兩端相聯(lián)的各長2m的直線段也要加寬；用電機(jī)車運(yùn)輸時(shí)曲線兩端直線段加寬長度為3.0m。2022/7/25雙軌巷道中心線加寬 雙軌巷道對(duì)開列車車輛之間應(yīng)有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按表23選?。?022/7/252022/7/25 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。2022/7/25巷道斷面凈高的確定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+

7、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。2022/7/25拱高h(yuǎn)0常以巷道凈寬的比來表示（高跨比）：半圓拱：h=R=B/2，墻高h(yuǎn)3自巷道底板至拱基線的距離：架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子頂端兩切線交點(diǎn)處與巷道拱壁間最小安全間隙要求；管道的裝設(shè)要求；人行高度要求；1.6m高度人行道寬度；設(shè)備上緣至拱壁間最小安全間隙。拱形巷道斷面凈高的確定2022/7/252022/7/252022/7/25一般，架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏?，按其中架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)要求計(jì)算即能滿足要求；其它如礦車運(yùn)輸、僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無運(yùn)輸設(shè)備的巷道一般只按行人高度要求即能滿足要求，但在

8、人行道范圍1.8m以下，不得架設(shè)管線和電纜。 以上計(jì)算的墻高h(yuǎn)3值，必須按只進(jìn)不舍的原則，以0.1m進(jìn)級(jí)。 巷道的凈高度(續(xù)) 2022/7/25 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)車運(yùn)輸巷的凈高:電機(jī)車架線的懸掛高度,自軌面起在行人巷道內(nèi)、車場(chǎng)內(nèi)以及人行道與運(yùn)輸巷道交叉口的地方不小于2m;在不行人的巷道內(nèi)不得小于1.9m;在井底車場(chǎng)內(nèi),從井底到乘車場(chǎng)的高度不小于2.2m;電機(jī)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(nèi)上山、下山和平巷的凈高不得低于2

9、m，薄煤層內(nèi)的不得低于1.8m。煤礦安全規(guī)程21條規(guī)定2022/7/25巷道凈斷面面積2022/7/25巷道風(fēng)速驗(yàn)算 生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風(fēng)用，因此還要進(jìn)行最優(yōu)的風(fēng)速驗(yàn)算：V通過巷道的風(fēng)速，Q通過巷道的風(fēng)量，Vmax巷道允許通風(fēng)的最高風(fēng)速，ms。 2022/7/25煤礦安全規(guī)程規(guī)定如右表，煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6ms；輸送機(jī)巷道采區(qū)風(fēng)巷一般不大于4ms。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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。2022/7/25巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)面積 1支護(hù)參數(shù)的選擇 2道床參數(shù)的選擇3巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積 4巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積 2022/7/

10、25支護(hù)參數(shù)的選擇 支護(hù)是影響煤礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題，長期以來，棚式支架和磚石、混凝土砌碹是支護(hù)的主要形式，近年來，金屬支架和錨噴支護(hù)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，所有這些尺寸的選取方法，將在第六章中介紹 。2022/7/25道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)是按選取的鋼軌型號(hào)、軌枕規(guī)格和道碴厚度確定的。鋼軌型號(hào)是根據(jù)巷道類型、運(yùn)輸方式及礦車容積來選取。 軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號(hào)相適應(yīng)。 道床：一股采用堅(jiān)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。 2022/7/2

11、5鋼軌軌枕型號(hào)2022/7/253巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)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(shè)計(jì)掘進(jìn)尺寸，從而求得巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面積。半圓拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘進(jìn)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(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度；H1設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度。2022/7/254巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面積 考慮到巷道在施工中出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，因此，設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸應(yīng) 加上允許超挖值(75mm)(矩形、梯形棚子)，作為計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸。并以此計(jì)算出巷道的掘進(jìn)工程量和

12、支護(hù)材料消耗量。 2022/7/25 巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計(jì)和管線布置 一、水溝設(shè)計(jì)二、管線布置 2022/7/25水溝設(shè)計(jì)1位置：一般布置在人行道一側(cè)，少穿越運(yùn)輸線路。2施工要求： 平巷水溝坡度可取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(yùn)輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可用鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)，服務(wù)年限短，排水量小的巷道其水溝可不用支護(hù)。 棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿距不小于300mm。 為了行人方便，主要運(yùn)輸大巷和傾角小于15斜巷的水溝，應(yīng)鋪放鋼筋混凝上預(yù)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(duì)稱倒梯形、半倒梯形和矩形。各種水溝斷

13、面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝流量，坡度，支護(hù)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(nèi)不積水，巷道橫向水溝的一側(cè)也應(yīng)有2的坡度，并在 水溝的側(cè)面壁上每隔一定距離開設(shè)50的瀉水孔。 2022/7/25水溝設(shè)計(jì)(續(xù))2022/7/25 1、管線的種類：壓風(fēng)管、排水管、供水管、電纜 2、管線布置要求： (1)管道設(shè)在人行道側(cè)，也可在另一側(cè)，在人行道側(cè)時(shí)，1.8 米以上； (2)架線機(jī)車巷道內(nèi)，不要將管道直接置于底板上，避免電流腐蝕管道；管道與運(yùn)輸設(shè)備間安全距離0.2米以上; (3)通信與動(dòng)力電纜不要掛在同一側(cè);人行道側(cè)最好不掛動(dòng)力電纜。 (4)高壓與低壓電纜在同一側(cè)時(shí),相互距離大于

14、0.1米; (5)電纜與管道在一側(cè)時(shí),電纜在上,保持0.3米以上的距離; (6)電纜高度應(yīng)保證礦車不碰壞電纜。管線布置2022/7/25管線布置(續(xù))2022/7/25巷道斷面設(shè)計(jì)示例 例題 某煤礦，礦井設(shè)計(jì)能力為90萬t/a，低瓦斯礦井，中央分列式通風(fēng)，井下最大涌水量為320m3/h。通過該礦第一水平東翼運(yùn)輸大巷的流水量為160m3/h，采用ZK10-6/250架線式電機(jī)車牽引1.5噸礦車運(yùn)輸，該大巷穿過中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f =46，需通過的風(fēng)量為48m3/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。 2022/7/25步驟

15、之一：選擇巷道斷面形狀 年產(chǎn)90萬噸礦井的第一水平運(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(hù)，半圓拱形斷面。 2022/7/25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h(yuǎn)0 （3）確定巷道壁高h(yuǎn)3 （4）確定巷道凈斷面面積S和凈周長P （5）用風(fēng)速校核巷道凈斷面積 （6）選擇支護(hù)參數(shù) （7）選擇道床參數(shù) （8）確定巷道掘進(jìn)斷面尺寸2022/7/25查表2.2知ZK106/250電機(jī)車寬A1=1060，高h(yuǎn)=1550；1.5噸礦車寬1050，高1200。根據(jù)煤礦

16、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2.3知本巷雙軌中心線b=1300，兩電機(jī)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 確定巷道凈寬度B 2022/7/25半圓拱巷道拱高h(yuǎn)0=B/2半圓拱半徑h0=3600/2=1800 確定巷道拱高h(yuǎn)02022/7/25對(duì)于架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏?，一般按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子要求；管道裝設(shè)高度的要求；人行高度要求。 確定巷道壁高h(yuǎn)32022/7/25由表2.5中半圓拱巷道拱高公式得 架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子要求2022

17、/7/252022/7/25按管道裝設(shè)要求2022/7/25按人行道高度要求綜上計(jì)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。2022/7/25巷道高度綜上計(jì)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。2022/7/25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（0.393600+1600）=10814002=10.8凈周長P=2.57B+

18、2h2=2.573600+21600=12500=12.5m確定巷道凈斷面面積和凈周長2022/7/25查表2-8，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風(fēng)量Q=48m3/s，計(jì)算得：用風(fēng)速校核巷道凈斷面面積設(shè)計(jì)的大巷斷面面積、風(fēng)速?zèng)]超過規(guī)定，可以使用。m/s2022/7/25 本巷道采用錨噴支護(hù)，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(wù)時(shí)間大于10年等條件，得錨噴支護(hù)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(hù)厚度T=T1=100。選擇支護(hù)參數(shù)2022/7/25 根據(jù)本巷道通過的運(yùn)

19、輸設(shè)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)2022/7/25巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道計(jì)算掘進(jìn)寬度B2= B1+2=3600+275=3950。巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720。巷道計(jì)算掘進(jìn)高度H2=H1+=3720+75=3795。巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面面積S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1820）=125476002，取S1=12.55。巷道計(jì)算掘進(jìn)斷面面積S2=B2（0

20、.39B2+h3）=3950（0.393950+1820）=132739752，取S2=13.27。確定巷道掘進(jìn)斷面尺寸2022/7/25 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(jìn)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2-9所示。 步驟之三：布置巷道內(nèi)水溝和管線2022/7/25每米巷道拱與墻計(jì)算掘進(jìn)體積V1=S21=13.271=13.27m3；每米巷

21、道墻腳計(jì)算掘進(jìn)體積V3=0.2（T+）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+2h3T11=1.57（）0.10+21.800.101=0.968m3；每米巷道墻腳噴射材料消耗V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3；每米巷道噴射材料消耗（不包括損耗）V= V2+ V4=0.968+0.02=0.988 m3；每米巷道錨桿消耗 步驟之四：巷道掘進(jìn)工程量及材料消耗量式中，P1為計(jì)算錨桿消耗周長, ，P1=1.57B2+2h3=1.573.95+21.82=9.84m；a、a為錨桿間距、排距a=a=0.8m。2022/7/25每排錨桿數(shù)每米巷道粉刷面積2022/7/25折合質(zhì)量2022/7/25 編制巷道特征表和每米巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量表. 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)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(dǎo)施工的依據(jù)。步驟之五：繪制“一圖兩表”2022/7/252022/7/252022/7/25習(xí)題巷道斷面設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和步驟？巷道形狀選擇的因素？?jī)魧?、凈高、拱形巷道墻高？水溝設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題？管線布置應(yīng)符合哪些要求？ 2022/7/252022/7/2