平巷斷面設(shè)計

軌面水平軌面水平平巷斷面設(shè)計巷道是井下行人、運輸、生產(chǎn)的通道，斷面設(shè)計是否合理，將直接影響煤礦生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟效益。斷面設(shè)計的主要原則是：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。巷道斷面設(shè)計的內(nèi)容和步驟是：首先選擇巷道斷面形狀，確定巷道凈斷面尺寸，并進行風(fēng)速驗算；其次，根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計算出巷道的設(shè)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；然后，布置水溝和管纜；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以及材料消耗量一覽表。一、斷面選型我國煤礦井下使用的巷道斷面形狀，按其構(gòu)成的輪廓線可分為折線形和曲線形兩大類。前者如矩形、梯形、不規(guī)則形等；后者如半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形、馬蹄形、橢圓形和圓形等（見圖8-1）。軌面水平軌面水平林面水罕3 5 ⑴圖8-1巷道斷面形狀（a）矩形；（b）梯形；（c）半梯形；（d）半圓拱形；（e）圓弧拱形；（f）三心拱形；（g）封閉拱形；（h）橢圓形；（i）圓形巷道斷面形狀的選擇，主要應(yīng)考慮巷道所處的位置（即作用在巷道上地壓的大小和方向、圍巖性質(zhì)）、用途及其服務(wù)年限、選用的支架材料和支護方式、掘進方法和采用的掘進設(shè)備等因素。一般情況下，作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇斷面形狀時起主要作用。當頂壓和側(cè)壓均不大時，可選用矩形或梯形斷面；當頂壓較大、側(cè)壓較小時，則應(yīng)選用直墻拱形斷面（半圓拱、圓弧拱或三心拱）；當頂壓、側(cè)壓都很大且底鼓嚴重時，就必須選用諸如馬蹄形、橢圓形或圓形等封閉式斷面。巷道的用途和服務(wù)年限也是考慮選擇斷面形狀不可缺少的重要因素。服務(wù)年限長達幾十年的開拓巷道，采用受力性能好的各種拱形斷面較為有利；服務(wù)年限10年左右的準備巷道

多采用斷面利用率高的梯形斷面；服務(wù)年限短的回采巷道，因受動壓影響采用具有可縮金屬支架的梯形斷面。礦區(qū)富有的支架材料和習(xí)慣使用的支護方式，往往也直接影響巷道斷面形狀的選擇。金屬支架和錨桿可用于任何形狀的斷面；噴射混凝土支護方式適用于拱形等曲線斷面。掘進方法和掘進設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定的影響。目前，巖石平巷掘進仍是采用鉆眼爆破方法占主導(dǎo)地位，它能適應(yīng)任何形狀的斷面。在使用全斷面掘進機組掘進的巖石平巷，選用圓形斷面無疑是更為合適的。上述選擇巷道斷面形狀應(yīng)考慮的諸因素，彼此是密切聯(lián)系而又相互制約的。條件要求不同，影響因素的主次位置就會發(fā)生變化。所以，應(yīng)該綜合分析，抓住主導(dǎo)因素兼顧次要因素，以便能選用較為合理的巷道斷面形狀。二、確定斷面尺寸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)量及規(guī)格，人行道寬度和各種安全間隙，以及通過巷道的風(fēng)量等。設(shè)計巷道斷面尺寸時，根據(jù)上述諸因素和有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定，首先定出巷道的凈斷面尺寸，并進行風(fēng)速驗算；其次，根據(jù)支護參數(shù)、道床參數(shù)計算出巷道的設(shè)計掘進斷面尺寸，并按允許加大值（超挖值）計算出巷道的計算掘進斷面尺寸；最后，按比例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。（一）巷道凈寬度的確定直墻拱形和矩形巷道的凈寬度，系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平距離。對于梯形巷道，當其內(nèi)通行礦車、電機車時，凈寬度系指車輛頂面水平的巷道寬度；當其內(nèi)不通行運輸設(shè)備時，凈寬度系指從底板起1.6m水平的巷道寬度。運輸巷道凈寬度，由運輸設(shè)備本身外輪廓最大寬度和《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的人行道寬度以及有關(guān)安全間隙相加而得；無運輸設(shè)備的巷道，可根據(jù)行人及通風(fēng)的需要來選取。如圖8-2所示，拱形雙軌巷道凈寬度按下式計算。8-1)式中，B--巷道凈寬度，指直墻內(nèi)側(cè)的水平距離，m；a--非人行側(cè)的寬度，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，a三0.3m；當巷道內(nèi)安設(shè)輸送機時，輸送機距支護或碹墻最突出部分之間的距離，a20.5m。A1--運輸設(shè)備的最大寬度，m，幾種常用運輸設(shè)備的寬度和高度見表8-1。C--人行道的寬度，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，C20.8m,在人車停車地點C三1.0m,在巷道高度1.6m至1.8m之間不得架設(shè)管、線和電纜。 圖8-2巷道凈斷面尺寸計算簡圖t--在雙軌運輸巷道中，兩列對開列車最突出部分之間的距離，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：t三0.2m，在采區(qū)裝載點t三0.7m，在礦車摘掛鉤地點t三1.0m。表8-1 幾種常用運輸設(shè)備的主要計算尺寸 單位：mm運輸設(shè)備類型寬度（A1）咼度（h）運輸設(shè)備類型寬度（A1）咼度（h）76106013601550亦-百門104當電池電機左105415501t固定式礦車8801150133516001.5t固定式礦車10501150eZEIO-7/J50-7C聚啓電機軍910501212135016003t底卸式礦車12001400TD75固定式輸送機15151200蓄電池電機匸9201550SPJ-800吊掛膠帶輸送機1200900二）巷道凈高度的確定矩形、梯形巷道的凈高度系指自道渣面或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度；拱形巷道的凈高度是指自道渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長度終端的高度，如圖8-2所示?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，主要運輸巷道和主要風(fēng)道的凈高，自軌面起不得低于1.9m。架線電機車運輸巷道的凈高，必須符合有關(guān)規(guī)定：電機車架空線的懸掛高度，自軌面算起在行人的巷道內(nèi)、車場內(nèi)以及人行道同運輸巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道內(nèi)不得小于1.8m；在井底車場內(nèi)，從井底到乘車場其高度不得小于2.2m。電機車架空線和巷道頂或棚梁之間的距離不得小于0.2m。采區(qū)（盤區(qū)）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于1.8m。確定拱形巷道的凈高度，主要是確定其凈拱高和自底板起的壁（墻）高，如圖8-2所示。丹=■%+甩一柏 （8-2）式中，H--拱形巷道的凈高度，m；h0--拱形巷道的拱高，m；h3--拱形巷道的墻高，m；hb--巷道內(nèi)道碴高度，按表8-6選取，m。1．拱高h0的確定拱的高度常以與巷道凈寬的比來表示（稱為高跨比）。半圓拱的拱高h0、拱的半徑R均為巷道凈寬的1/2,即h0=R=B/2。圓弧拱的拱高，煤礦多取巷道凈寬的1/3,即h0=B/3。個別礦井為了提高圓弧拱的受力性能，取拱高h0=2B/5。金屬礦山由于圍巖堅固穩(wěn)定，可將圓弧拱的拱高h0取為巷道凈寬的1/4或1/5。2．墻高h3的確定拱形巷道的墻高（h3）系指自巷道底板至拱基線的垂直距離（見圖8-2）。為了滿足行人安全、運輸通暢以及安裝和檢修設(shè)備、管纜的需要，拱形巷道的墻高h3設(shè)計按架線電機車導(dǎo)電弓子頂端兩切線的交點處與巷道拱壁間最小安全間隙要求、管道的裝設(shè)高度要求、人行高度要求、1.6m高度人行寬度要求和設(shè)備上緣至拱壁最小安全間隙要求等5種情況，表8-2中公式計算，并取其最大者。上述計算出的墻高h3值，必須按只進不舍的原則，以0.1m進級。

巷道的凈斷面積巷道的凈寬和凈高確定后，巷道的凈斷面面積便可以求出。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"半圓拱巷道凈斷面面積：S=B(0.39B+h2) (8-3)\o"CurrentDocument"圓弧拱巷道凈斷面面積： S=B(0.24B+h2) (8-4)\o"CurrentDocument"三心拱巷道凈斷面面積： S=B(0.26B+h2) (8-5)巷道風(fēng)速驗算巷道通過的風(fēng)量是根據(jù)對整個礦井生產(chǎn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)求解得到的。當通過該巷道的風(fēng)量確定后，斷面越小風(fēng)速越大。風(fēng)速大，不僅會揚起煤塵，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)定了各種不同用途的巷道所允許的最高風(fēng)速(見表8-3)。但是，為使礦井增產(chǎn)留有余地和滿足經(jīng)濟風(fēng)速的要求，一般不選用表中所列的最高風(fēng)速?！睹禾抗I(yè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，礦井主要進風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6m/s。所以設(shè)計出巷道凈斷面后，還必須進行風(fēng)速驗算，即8-6)式中，v--通過該巷道的風(fēng)速，m/s；Q--根據(jù)設(shè)計要求通過該巷道的風(fēng)量，m3/s；S--巷道的凈斷面面積，m2；Vmax--該巷道允許通過的最大風(fēng)速，按表8-3確定，m/s。max表8-3 巷道允許的最高風(fēng)速巷道名稱1|'1n—1允許最高風(fēng)速風(fēng)橋10主要進、回風(fēng)道8架線電機車巷道8輸送機巷道，采區(qū)進、回風(fēng)巷6回采工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷4掘進中巖巷4其他行人巷道-一般對低瓦斯礦井，按前述方法所設(shè)計出的巷道凈斷面尺寸均能滿足通風(fēng)要求。但是，對高瓦斯礦井往往不能滿足。這時，巷道的凈斷面尺寸就需要根據(jù)允許的巷道最高風(fēng)速和《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的最高風(fēng)速要求來進行計算。巷道設(shè)計和計算掘進斷面面積1．支護參數(shù)的確定通常應(yīng)根據(jù)巷道的類型和用途、巷道的服務(wù)年限、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)以及支架材料的特性、來源等因素綜合分析選擇合理的支護形式。支護方式應(yīng)力求承載能力強、就地取材、施工方便、經(jīng)濟耐用、維修量小。支護方式確定后，即可進行支護參數(shù)的選擇。支護參數(shù)是指各種支架的規(guī)格尺寸。如礦用工字鋼和U型鋼的型號，錨噴支護的錨桿類型、長度、直徑、間距和排距，噴射混凝土的厚度與標號等。對于巖石平巷的支護而言，錨噴支護是主要支護形式。目前，錨噴支護已形成一個支護系列。它包括噴射混凝土支護，錨桿支護，錨桿與噴射混凝土聯(lián)合支護，錨桿、噴射混凝土與鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護以及與金屬支架的聯(lián)合支護。2．道床參數(shù)的選擇道床參數(shù)選擇包括鋼軌型號選取、軌枕規(guī)格和道碴高度的確定。鋼軌的型號是以每米長度的質(zhì)量來表示的。煤礦常用的型號是11kg/m、15kg/m、18kg/m、24kg/m、30kg/m和33kg/m。鋼軌型號根據(jù)巷道類型、運輸方式及設(shè)備、礦車容積和軌距來選用，見表8-4。表8-4 巷道軌型選擇及技術(shù)特征巷道類型運輸方式及設(shè)備礦車容積軌距/mm鋼軌型號/kg?m-1井底車場及主要運輸大巷8t、10t電機車或12t、14t機車牽引列車5t底卸式3t底卸式900600>30<8t機車1t固定式60018無極繩，<5t機車1t固定式60015采區(qū)運輸巷道上、下山鋼絲繩運輸1.5t固定式600(900)6001515運輸中巷、回風(fēng)順槽<5t機車或鋼絲繩運輸1.5t固定式1t固定式600(900)6001511或15軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。目前多使用鋼筋混凝土軌枕，木軌枕主要用在道岔處。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)件剛度大、節(jié)約木料、造價低等優(yōu)點，所以應(yīng)大力推廣使用。常用的軌枕規(guī)格見表8-5。表8-5 常用軌枕規(guī)格 單位：mm軌枕規(guī)格軌距軌型/kg?m-1全長全高上寬下寬11100--12060015或181200120120150木軌枕2414013016090015或1824、301600120140120130150160鋼筋混凝土軌枕60011或1518120013013012016014018090024、301700145170200預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕60015或181200115100140道床應(yīng)選用堅硬和不易風(fēng)化的碎石或卵石做道碴，粒度以20?30mm為宜，并不準摻有碎末等雜物，使其具有適當孔隙率，以利于排水和有良好的彈性。道碴的高度也應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)，其厚度不得小于100mm,至少要把軌枕1/2?2/3的高度埋入道碴內(nèi)，者關(guān)系如圖8-3所示。

1W12W 一］-址 恆1禮族護尸 、￡> & V W￡> Q &廿 ￥ 7圖8-3道床尺寸關(guān)系圖道床寬度可按軌枕長度再加200mm考慮。相鄰兩軌枕中心線距一般為0.7?0.8m,在鋼軌接頭、道岔和彎道處應(yīng)適當減小。道床有關(guān)參數(shù)見表8-6。表8-6 常用道床參數(shù) 單位：mm巷道類型鋼軌型號/kg?m-l道床總高度h道碴高度hb道碴面至軌道面垂高h井底車場主要運輸巷道>2436020016018320180140采區(qū)運輸巷道上、下山15或18220可不鋪道碴，軌枕沿底板浮放，也可在浮放軌枕兩側(cè)充填掘進矸石運輸中巷、回風(fēng)順槽15或18220大型礦井特別是采用底卸式礦車運輸時，井底車場和主要運輸大巷應(yīng)積極推廣整體（固定）道床。這種道床可用混凝土一次澆灌而成，也可先在軌道下鋪設(shè)軌枕，然后再澆灌混凝土。但是，有低鼓且未處理的巷道不宜采用整體道床。3．巷道設(shè)計和計算掘進斷面面積巷道的凈尺寸加上支護和道床參數(shù)后，便可獲得巷道的設(shè)計掘進尺寸，進而求算出巷道的設(shè)計掘進斷面積。TOC\o"1-5"\h\z半圓拱巷道設(shè)計掘進斷面面積為： （8-7）圓弧拱巷道設(shè)計掘進斷面面積為： （8-8）梯形巷道的設(shè)計掘進斷面面積為：$二珀毘+即禺" （8-少式中，符號意義參見圖8-4、8-5。巷道設(shè)計掘進斷面尺寸加上允許的掘進超挖誤差值&（75mm）,即可求算出巷道計算掘進斷面尺寸。因此，在計算布置錨桿的巷道周長、噴射混凝土周長和粉刷面積周長時，就應(yīng)用比原設(shè)計凈寬大26的計算凈寬作為計算基礎(chǔ)，以便保證巷道施工時材料應(yīng)有的消耗量。三、斷面內(nèi)水溝設(shè)計和管線布置（一）水溝設(shè)計為了排出井下涌水和其他污水,設(shè)計巷道斷面時應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)時通過該巷道的排水量設(shè)計水溝。水溝通常布置在人行道一側(cè),并盡量少穿越運輸線路。只有在特殊情況下才將水溝布置在巷道中間或非人行道一側(cè)。

平巷水溝坡度可取0.3%?0.5%,或與巷道的坡度相同，但不應(yīng)小于3.5%，以利水流暢通。運輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可把鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)采區(qū)中間巷的水溝，可根據(jù)巷道底板性質(zhì)、服務(wù)年限長短、排水量大小和運輸條件等因素考慮是否需要支護。回采巷道的服務(wù)年限短、排水量小，故其水溝不用支護。棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿應(yīng)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(yīng)鋪放鋼筋混凝土預(yù)制蓋板，蓋板頂面應(yīng)與道渣面齊平。只有在無運輸設(shè)備的巷道或傾角大于15°的斜巷以及采區(qū)中間巷和順槽才可不設(shè)蓋板。常用的水溝斷面形狀，有對稱倒梯形、半倒梯形和矩形幾種。各種水溝斷面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝的流量、坡度、支護材料和斷面形狀等因素確定，常用的水溝斷面及尺寸見圖8-5、8-6。h圖8-4半圓拱形巷道斷面壁高計算圖和14W1'h圖8-4半圓拱形巷道斷面壁高計算圖和14W1'愜斛度Q”DOE圖8-5拱形巷道水溝斷面

圖8-6采區(qū)梯形巷道水溝斷面為了簡化設(shè)計，可以直接在設(shè)計部門提供的各種斷面形狀水溝的技術(shù)特征表（參見表8-7）中選取。（二）管線布置根據(jù)生產(chǎn)需要，巷道內(nèi)需要敷設(shè)諸如壓風(fēng)管、排水管、供水管、動力電纜、照明和通信電纜等管道和電纜。管纜的布置要考慮安全和架設(shè)檢修的方便，一般應(yīng)符合下列要求：（1） 管道通常設(shè)置在人行道一側(cè)，也可設(shè)在非人行道側(cè)。管道架設(shè)可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上方，管道下部距道碴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。（2） 在架線式電機車運輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。管道與運輸設(shè)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(shè)在同一側(cè)。如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時，通信電纜應(yīng)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。（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)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(shè)時，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上距離。（6） 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，電纜懸掛高度一般為1.5?1.9m；電纜兩個懸掛點的間距不應(yīng)大于3.0m；電纜與運輸設(shè)備之間距離不應(yīng)小于0.25m。表8-7 拱形、梯形巷道水溝規(guī)格和材料消耗表巷道類別支護類別流量/m3h-1凈尺寸/mm斷面/m3每米材料消耗量坡度寬B深H凈掘進蓋板水溝0.3%0.4%0.5%上寬B1下寬B2鋼筋/kg混凝土/m3混凝土/m3錨噴0~860~970?11230)03500.1050.1441.3360.02260.114砌碹0~960~1000~1233503003500.1140.1391.3360.02260.099錨噴86?17297~205112~22740)04000.1600.2