井巷设计与施工课程设计

井巷设计与施工课程设计 Revised final draft November 26, 2020《井巷设计与施工》课程设计姓名：学号：专业：指导老师：2012 年 12 月 21 日设计条件某矿年设计能力为500万吨，低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，其最大涌水量为300m3/h。

通过该矿第一水平南翼运输大巷的涌水量为260m3/h，采用ZK20--9/550架线式电机车牵引5t底卸式矿车运输。

大巷穿过的岩层为中等稳定，岩石的坚固性系数f=4~6，埋深800m，长1450m，大巷需通过的风量为38m3/s。

巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管、一趟直径为100mm 的水管及通讯、动力、信号电缆各一趟。

该巷道的施工进度要求：240米/月。

目录一、巷道断面施工图设计（一）巷道断面形状大巷穿过的岩层为中等稳定，岩石的坚固性系数f=4～6，埋深800m。

该巷道要求服务年限长，通风阻力小。

因此选用圆弧拱形巷道断面，而为了简化设计和方便施工，选用半圆拱行巷道断面。

（二）道床参数1、巷道钢轨型号采用ZK20--9/550架线式电机车牵引，5t底卸式矿车运输，要求钢轨轨距为900mm，因此钢轨型号应选用30kg/m。

（根据课本P9表1-4）2、轨枕规格采用钢筋混凝土轨枕，轨距900mm，轨枕全长1200mm，全高145mm，上宽170mm，下宽200mm。

（根据课本P9表1-5）3、道碴高度由于选用钢轨型号为30kg/m，因此取道床总高度为360mm，道碴高度取200mm，道碴面致轨道面垂高取160mm。

（根据课本P10表1-6）（三）管线布置位置压风管和水管设置在人行道一侧，压风管在下，水管在上，压风管下部距水沟盖板高度为。

通讯和信号电缆也设置在人行道一侧，电缆悬挂在管道上方，电缆下部与水管上部距离为，且取电缆两个悬挂点间的距离为3m。

动力电缆布置在人行道另一侧，距离道碴面。

（四）巷道净断面尺寸1、巷道净宽度巷道直线段净宽度B由三部分组成，分别是非人行道一侧宽度a、人行道的宽度c、运输设备的最大宽度A和两列对开列车最突出部分之间的距离t。

由于巷道内需安设电机车，因此非人行道侧的宽度a可取。

《煤矿安全规程》规定，从巷道道碴面的高度内，人行道的宽度c不小于，因此可取巷道人行道宽度c为。

根据课本P4表1-1可知，电机车的最大宽度A为。

《煤矿安全规程》规定，两列对开列车最突出部分之间的距离t不小于，此外，在采区装载点t不小于，在矿车摘挂钩地点t不小于。

根据公式B=a+2A+c+t，计算得巷道直线段净宽度为。

考虑到矿车在弯道上运行时，由于车体中心线和线路中心线不相吻合，会发生车辆外角外伸和内侧车帮内移现象。

所以计算出直线段净宽度后，还需将上述安全间隙适当加大。

根据井下实测和理论计算，内侧和外侧均加宽。

与曲线段两端相连的直线段也需加宽，由于采用电机车运输，因此取4m。

双轨曲线段巷道两条轨道中心线间距，比直线段两条轨道中心线间距加宽，即。

同时，两轨道中心线间距加宽起点从两端直线段开始，其长度取5m。

2、巷道净高度拱形巷道的净高度H系指自道碴面至拱顶内沿或锚杆露出长度的垂直高度，即H=h0+h3-hb。

式中：h：拱形巷道拱高h3：拱形巷道的墙高hb：巷道内道碴高度由于采用半圆拱巷道断面，因此拱高h为巷道净宽度的一半，即。

根据课本P10表1-6，取道碴高度hb ，道床总高度hc取，道碴面至轨道面垂高ha为。

拱形巷道的墙高h3的确定：（根据课文P6表1-2）（1）按架线电机车导电弓子要求计算：h3≥h4+hc-[（R-n）2-（K+b1）2]h4：从轨面起电机车架线高度，取；hc：道床总高度，为360mm；R：拱形巷道半径，为；n：电机车导电弓子顶端两切线的交点处与巷道拱壁间最小安全间隙，取300mm；K：导电弓宽度的一半，取K=360mm；b1：轨道中心线与巷道中心线间距，为（t+A），即；计算得拱形巷道的墙高h3≥。

（2）按管道的装设高度要求计算（双轨电机车）：h 3≥h5+h7+hb-[R2-（A/2+m1+D/2+b1）2]h5：从道碴面起至管道悬吊高度，为200mm；h7：管道悬吊件总高，取900m；m1：电机车距管道间安全间距，取300mm；D：管道接头处最大直径200mm；计算得拱形巷道的墙高h3≥拱形巷道的墙高由上述计算方法中最大值决定，即，取h3=。

3、巷道净断面积半圆拱巷道净断面积S=B（+h3-hb），经计算得净断面积为。

（五）巷道的风速验算根据《煤巷安全规程》，查课本P8表1-3可知，电机车巷道允许风速为，最高8m/s,最低1m/s。

但是，为使矿井增产留有余地和经济风速的要求，一般不选用表1-3中所列的最高风速。

同时，《煤炭工业设计规程》规定，矿井主要进风巷的风速一般不应大于6m/s。

风速计算公式：v=Q/SQ:根据设计要求通过该巷道的风量，为38m3/s；S:巷道的净断面积，为；计算得风速为s,符合安全规程规定。

（六）支护参数岩石平巷服务年限较长，因此可采用锚喷支护，它具有施工速度快、机械化程度高和成本低等优点。

根据围岩松动圈理论，松动圈为400mm～1000mm的为较稳定围岩，松动圈为1000mm～1500mm的为一般稳定围岩。

因围岩稳定系数f为4～6，因此可取围岩松动圈厚度为1000mm。

锚杆长度可按组合拱理论计算，公式如下：ααtg atg l b -=·式中 l ——锚杆的有效长度，m ；b ——组合共厚度，即1000mm ；α——锚杆在松散体中的控制角，取45°；a ——锚杆的间排距，取a =800mm ，计算得，锚杆有效长度为。

本巷道采用锚喷支护，巷道净宽B 为，穿过中等稳定围岩，服务年限长，因此，选用锚固可靠、锚固力大的螺纹钢树脂锚杆，每根锚杆安装2个药卷，锚杆长2000mm ，杆体为Φ18mm 螺纹钢，取混凝土喷射厚度T 1为100mm ，锚杆锚深l 为1800mm ，矩形布置，锚杆间排距均为800mm ，加托板固定，锚杆外露岩面长度T 2为100mm ，锚喷厚度T 为100mm 。

（七）水沟参数水沟布置在人行道一侧，并加设盖板。

水沟盖板顶面与道碴面平齐，水沟底板掘进标高比巷道壁基础标高高出70mm 。

水沟纵向坡度与巷道坡度相同，即4‰其中巷道横向水沟一侧坡度为2‰，并在水沟侧面壁上每隔一定距离开设Φ50mm 泄水孔。

水沟断面为矩形断面，采用现浇混凝土进行支护。

岩石平巷最大涌水量为300m 3/h ，根据课本P11表1-7可知，水沟净尺寸如下：宽500mm ，深450mm ，净断面面积为，掘进断面面积为。

每米材料消耗量如下：盖板钢筋为m ，盖板混凝土m, 水沟混凝土为m 。

（八）巷道掘进断面尺寸根据课本P12表1-8常用拱形巷道断面计算公式（锚喷支护）。

巷道设计掘进高H 1=H+h b +T=++T=；巷道计算掘进高H 2=H 1+δ，δ为计算掘进断面允许加宽值，取75mm ，所以巷道计算掘进高H 2=；巷道设计掘进宽度B 1=B+2T=+=；巷道计算掘进宽度B 2=B 1+2δ=+=；巷道设计掘进断面积S 1=B 1+h 3)=；巷道计算掘进断面积S 2=B 2+h 3)=；（九）巷道断面特征表（十）每米巷道工程量及材料消耗量（1）拱和墙掘进体积V 1=S 1×1=；（2）墙脚掘进体积V 2= (T+δ)×l=×（+）= m 3；（3）巷道喷射材料消耗量V 0=[(B 2－T 1)T 1+2h 3·T 1]×l= m 3； （4）墙脚喷射材料消耗V 0’== m 3；（5）每米喷射材料消耗V 3=V 0+V 0’= m 3；（6）锚杆数量N=/M 2，其中P 1为计算锚杆消耗周长，P 1公式为P 1=+2h 3=，计算得N=根；（7）钢筋重量N*[l*π(d/2)2*ρ]= 式中 l ——锚杆长度，l= d ——锚杆直径，d=18mmρ——锚杆材料密度，ρ=7850kg/m 3 （8）树脂药卷消耗量N′=2*N=支； （9）粉刷面积S n =（B 2-2T ）+2h 2=；二、巷道施工技术措施(一)钻眼爆破工作1、选择钻眼机具采用平巷掘进凿岩法，为达到月进度240m，可采用气腿式凿岩机，钻眼时可在同一工作面布置多台气腿式凿岩机同时钻眼，钻眼与装岩平行作业，机动性强，辅助工时短，便于组织快速施工。

根据课本《井巷设计与施工技术》P298可选用型号为YT-26的气腿式凿岩机，其主要性能如下：对于平巷掘进凿岩，可以选用一字型钎头，它具有冲击力集中、凿入深度大、凿速较高、制造和修磨工艺简单等优点。

此外，它价格便宜，配套的锥形钎、凿岩机便宜，便于携带。

可采用型号为直径为38mm的E(YK20)一字型钎头。

凿岩机台数可根据巷道宽度来确定，每宽配备一台。

巷道计算掘进宽度为，所以可配备7台气腿式凿岩机同时作业。

2、爆破器材炸药的选择选用2号抗水岩石铵梯炸药，配合使用8号Ⅴ段毫秒电雷管。

药卷规格放炮器选用型号为MFB-80A的电容式发爆器，其技术特征表如下：3、编制巷道掘进爆破图表 炮眼深度的确定由于使用钻速较高的气腿式凿岩机，采用锚喷法支护，在同一时间内可以完成更多的工作，钻速眼深的关系曲线在2m 变化范围内变化不大，因此采用中深孔爆破更为合适。

以月进尺任务和凿岩、装岩设备的能力确定每一循环的炮眼深度，即：η···l n k N L ≥式中： l ——炮眼深度，m ；L ——计划月进度，L =240m ；N ——每月实际用于掘进的天数，N=30天； k ——正规循环率，取k=；n ——每日完成掘进循环数，取n =3； η——炮眼利用率，取η=；l =240÷（30××3×）=炮眼数目和总炸药量 炸药消耗量单位炸药消耗量可根据课本P20中表1-11确定，岩石普氏系数为4-6，设计掘进断面积为，由此查得，单位炸药消耗量为m 3.炮眼数目炮眼数目可用下式进行估算：aP q ηSm N =式中N ——炮眼数目；q ——单位炸药消耗量，q=m 3； S ——巷道掘进断面积，S= m 2； m ——每个药卷的长度，取m=17cm=； η——炮眼利用率，η=；a——装药满度系数，取a=；P——每个药卷的重量，P=；N=×××÷（×）=，取N=58个。

总装药量总装药量为单位炸药消耗量与凿岩体积的乘积，即：Q=S·l·q=××=掏槽方式和工作面炮眼布置若采用斜眼掏槽，则炮孔方向不易掌握，眼深受巷道宽度限制，不便于多台凿岩机同时作业，因此，采用直眼掏槽较为合理。