巷道断面设计案例剖析

实例分析巷道支护设计工程1 工程概况山西晋煤集团晋圣坡底煤业有限公司位于晋城市西北5km的核桃洼村附近。

距晋煤集团约20km。

本矿巷道围岩岩性主要为粉砂岩、泥岩、铝质泥岩。

采区煤岩层总体为单斜构造，三维补勘资料显示，该采区断层构造复杂。

该巷道后期将受采动影响。

巷道设计长度960m，巷道断面为半圆拱形，净宽3.6m，净高2.5m，原设计采用锚网喷支护，锚杆间排距800×800mm，纵横挂绳，喷层厚100mm。

由于该巷道后期会受到采动影响，必须要使得巷道有很好的支护强度，所以对现支护方案进行修改，采用锚注为核心的联合支护体系。

2 支护机理（1）巷道掘进过程中，围岩被破坏，围岩内会产生大量裂隙甚至松动，使得巷道不稳，容易受到破坏。

往围岩中注入化学浆液，一方面可以将松散破碎的围岩胶结成整体，提高围岩强度，另一方面化学浆液可以封堵围岩中的裂隙，防止裂隙进一步扩展，同时封堵裂隙还可以防止空气由裂隙进入围岩中，引起围岩风化。

（2）锚杆的作用主要是悬吊作用，它可以将巷道周围的围岩与更深层的围岩锚固起来，阻止围岩的破坏。

（3）注浆在使松散围岩胶结成整体的同时，也使得巷道各部分围岩均匀承载载荷，从而可以防止由于受力不均而出现的应力集中现象。

（4）注浆加大了支护结构的断面尺寸，减小了围岩在支护结构上产生的弯矩，因此也就降低了支护结构中的拉应力和压应力，从而降低了支护结构被破坏的可能性。

3 支护方案及参数选择3.1 支护方案三区段岩石集中巷原设计支护参数见表1。

结合目前矿上已给的相关技术资料，以及根据巷道的岩石特征性质，本着尽量不影响巷道的使用寿命的原则，采用锚梁网喷注联合支护方式。

具体支护和相关参数见断面图1和表2所示。

说明：（1）图中除标高以“m”为单位，其余单位均为“mm”；（2）锚杆托盘为100×100×10mm的铁托盘，锚索托盘为300×300×20mm的钢托盘；（3）锚索直径为15.24mm，排距为2000mm，间距为1600mm；锚索长度为6300mm，钻孔深度为6000mm，锚索外露长度为300mm，锚固长度≥1200mm，安装预紧力≥60kN；（4）锚杆杆体钢筋为圆钢，直径为18mm，L=1800mm，锚固长度≥900mm，锚固力≥110kN，安装预紧力≥60N.m，锚杆外露长度为100～150mm；（5）锚喷支护须铺设菱形金属网，混凝土强度等级为C20。

巷道断面设计设计课题兖州矿业集团济宁三号井为1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。

采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。

地面标高+38m，生产水平为－520m，属低沼气矿井。

通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为160m3/s，风量40m3/s；采用ZK14－9/550直流架线电机车牵引1.5t矿车运输。

内设压风管φ108×4.0一路和供水管φ76×3.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。

大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.4~0.5m，泥岩为1.0~1.3 m。

试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进工程量和材料消耗量，绘制巷道断面施工图。

一、设计条件1.地质条件矿山巷道所通过的岩层为砂岩和泥岩，为稳定性较好的岩层，涌水量160m3/h，风量为40m3/h。

主井与副井所通过的岩层较稳定，风量按40m3/h考虑。

该矿井为低沼气矿井。

2.生产能力与服务年限矿山年产量5Mt，其服务年限为81年。

3.运输设备及装备水平运输大巷，压风管φ108 x 4.0一路和供水管φ76×3.0焊接钢管一路，动力、照明、通讯和信号电缆各一路。

电机车型号：ZK14－9/550 矿车：1.5t矿车。

二、巷道断面设计1.断面选型的影响因素我国矿井下使用的巷道断面形状，按其结构的轮廓可分为折线型和曲线型两大类，前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半月拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形。

椭圆形和圆形等。

一般情况下，作用在巷道上的低压和方向在选择巷道断面形状是起主要的作用的，当顶压和侧压较小时，则选用直墙拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形等封闭式断面。

矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响巷道断面形状的选择。

巷道断面设计示例(例题)某煤矿，年设计能力为60万吨，低沼气矿井，中央分列式通风，井下最大涌水量为320米3/小时。

通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量为160米3/小时，采用ZK7－6/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f=4～6，需通过的风量为28米3/秒。

巷道内敷设一趟200毫米的压风管和一趟100毫米的水管。

试设计运输大巷直线段的断面。

解：（一）选择巷道断面形状年产60万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在15年以上，采用600毫米轨距双轨运输的大巷，其净宽在3米以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。

选择74页，表5－14中公式计算。

（二）确定巷道断面尺寸1、确定巷道净宽度B查65页，表5－1知ZK7－6/250电机车宽A1=1060毫米、高h=1550毫米；1.5吨矿车宽1050毫米、高1150毫米。

选较大的电机车宽A1=1060毫米、高h=1550毫米。

根据《煤矿安全规程》并参照标准设计，取巷道人行道宽C=840毫米、非人行道一侧宽a=400毫米。

又查66页，表5－3知本巷双轨直线段，中线距b=1200毫米，则两电机车之间距离为：1200－(1060/2+1060/2)=140毫米＜200毫米，应取中线距b=1300毫米。

故巷道净宽度B=a1+b+c1=(400+1060/2)+1300+(1060/2+840)=930+1300+1370=3600毫米2、确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800毫米。

半圆拱半径R=h0=1800毫米。

3、确定巷道壁高h3（1）按架线电机车导电弓子要求确定h3由67页，表5－4中半圆拱形巷道壁高公式得：h4——轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》188页，第365条，取h4=2000毫米；hc——道床总高度。

选用24公斤/米钢轨，查70页，表5－8得hc=360毫米，道渣高度hb=200毫米；n——导电弓子距拱壁安全间距，取n=300毫米；K——导电弓子宽度之半，查67页，表5－4中，K=718/2=359，取K=360毫米；b1——轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2－a1=3600/2－930=870毫米；故毫米（2）按管道装设要求确定h3①按电弓子距管子距离的要求，由由68页，表5－6中得：式中h5——渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》第9页，22条，取h5=1800毫米；h7——管子悬吊件总高度，参照P78图5－8，取h7=900毫米；m——导电弓子距管子间距，取m=300毫米；D——压气管直径，题给D=200毫米；b2——轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2－C1=3600/2－1370=430毫米。

巷道断面设计示例巷道断面设计示例1、基本条件：某深部矿井，年产设计能力为90万t,围岩性质：煤岩，岩石条件：Ⅳ类；岩石坚固性系数：f=1～1.5；工作面涌水量10m 3/h ；巷道坡度3‰；巷道通风量35m 3/s ；巷道涌水量：无；巷道瓦斯情况：高。

2、巷道内设备：运输设备5T 固定式矿车MG5.5—9B ，牵引设备直流架线式电机车ZK10—9/550，轨距900mm ，轨型30kg ，混凝土枕木；运输最大件综采液压支架外形尺寸：（长×宽×高）4120×1430×1550mm，检修轨运输拉运设备：重型平板车MPC —13.5—6外形尺寸：（长×宽×高）2500×1400×342mm ；一趟Φ108mm 供水管，一趟Φ200mm （法兰盘直径335mm ）压风管；动力电缆三趟，电缆直径Φ50mm ，信号电缆两趟，电缆直径Φ25mm 。

二、设计内容：1、巷道服务年限：30a ；2、选择断面形状、支护参数、确定巷道净断面尺寸和设计掘进断面尺寸，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表、每米巷道工程量和材料消耗表；3、根据巷道断面和围岩条件编制爆破说明书和爆破图表；4、选择巷道施工机具和相应设备；5、确定支护方式和支护参数；6、验算巷道风速。

一、选择巷道断面形状年产90万t 矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m 以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用左旋螺纹钢锚杆和喷射混凝土支护，巷道断面为半圆拱形。

二．确定巷道断面尺寸㈠确定巷道净宽度 B 查表1-1知ZK10－9/550电机车宽 A 1=1360mm 、高h =1550mm ；5t 矿车宽1050mm 、高1150mm 。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C = 840mm 、非人行道一侧宽a =400mm 。

又查表3-2知本巷双轨中线距b =1800mm ，则两电机车之间距离为t = 1800－（1360/2 + 1360/2）= 440mm故巷道净宽度: B= a+2A 1+t+c =400+2×1360+440+840=4400mm㈡确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h 0 =4400/2=2200mm 。