井巷工程课程设计

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- 0 - 设计题目：

某煤矿年设计能力为90万，为低瓦斯矿井，采用中央分列式通风，其最大涌水量为300m3/h。通过该矿第一水平翼运输大巷的涌量为160m3/h，采用ZK10--9/550架线式电机车牵引3t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，大巷需通的风量为28m3/s。巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。试设计该运输大巷直线段的断面及掘进施工爆破参数等。

在双轨左侧设有一交岔点，连接与该大巷垂直的一条平巷。机车的运行速度为5m/s，交岔点材料石砌碹支护。试对该道岔点进行设计。

- 1 - 第一章巷道断面及支护支架

第一节选择巷道断面形状

年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用900mm规矩的双轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。

第二节巷道断面尺寸的确定

（一）确定巷道净宽度B

查表3-1可知ZK10--9/550电机车A1=1360mm、高h=1550mm；3t矿车宽1200mm高1400mm。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行侧道宽840mm，非人行道一侧宽a=400mm。又查表6-1-4，知本巷双轨中线距离b=1600mm，则两电机车之间的距离为

1600-（1360/2+1360/2）=240mm

故巷道净宽度B=a1+b+c1=(400+1360/2)+1600+(1360/2+840)=4200mm.

（二）确定巷道拱高 h0

半圆拱形巷道拱高h0=B/2=4200/2=2100mm.半圆拱半径R= h0=2100mm.

（三）确定巷道壁高h3

1．按架线电机车导电弓子要求确定h3

由表6-1-5中半圆形巷道拱高公式得

h3≥h4+hc-212)()(bKnR

式中，h4为轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；hc为道床总高度。查表6-1-1选30kg/m钢轨，再查表3-7得hc =410mm,道渣高度hb=220mm；n为导电弓子距拱璧安全距离，取n=300mm；K为导电弓子宽度之半，

- 2 - K=718/2=359，取K=360mm；b1为轨道中线与巷道中线的距离，b1=B/2-a1=4200/2-1080=1020mm.

故h3≥2000+360-2)^1020360(2)^3002100(=1204mm

2．按管道装设要求确定h3

h3≥h5+h7+hb-2)^22/(2^bDmKR

式中，h5为渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm；h7为管子悬吊件总高度，取h7=900mm；m为导电弓子距管子间距，取m=300mm；D为压气管法兰盘直径，D=335mm；为轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-C1=4200/2-1515=585mm.

故h3≥1800+900+220-2)^5852/335300360(2^2100=1366mm

3． 按人行道高度要求确定h3

h3≥1800+ hb-2)^(2^jRR

式中，j为距巷道壁的距离。距壁j处的巷道有效壁高不小于1800mm.j≥100mm,一般取j=200mm。

h3≥1800+220-2)^2001800(2^1800=1195mm

综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高h3=1500。则巷道高度 H=h0 +

h3 – hb=1500-200+2100=3400mm。

（四） 确定巷道净断面面积S和净周长P

由表3-8得净断面积

S=B（0.39B+h2）

式中，h2为道渣面以上巷道的壁高，h2=h3-hb=1500-200=1300mm

故S=4200*（0.39*4200+1280）=12255600mm2=12.3m2

- 3 - 净周长P=2.57B+2h2=2.57*4200+2*1280=13354mm=13.4m.

（五） 道床参数的选择

根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为360mm,200mm,道渣面至轨面高度ha=hc-hb=360-200=160mm.采用钢筋混凝土轨枕。

（六）道岔交岔点平面尺寸：

1 水平巷道的设计

水平巷道选用半圆拱形断面。这里主要计算水平巷道的净宽。

查表3-1可知ZK10--9/550电机车A1=1360mm、高h=1550买卖；3t矿车宽1200mm高1400mm。

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

本巷道轨道布置为单轨，故巷道净宽度：

B=a1+c1=(400+1360/2)+(1360/2+840)=2600mm.

2 道岔交岔点平面尺寸

为满足矿井井下运输、管线布置、通风、行人和安全的要求，巷道交岔点的布置和断面尺寸设计如下：

由机车型号ZK–9/550、3t固定式矿车，根据表6–2–1选ZDK930/6/30单开道岔，查表5–1–9得a=5160mm,b=6940mm,辙叉角=9°27′44″。支巷对主巷的转角=90°。交岔点道岔处的中间断面应加宽，在非分岔一侧加宽250mm,分岔一侧加宽150mm。

主巷加宽段净宽B1=B+250+150=4200+250+150=4600mm，其轨道中心线至边墙的距离b1=a1+150=(1360/2+400)+150=1230mm。

- 4 - 主巷的净宽为B2=B=4200mm，主巷的轨道中线至柱墩一侧边墙的距离为b2=a1=1360/2+400=1080mm。

曲线巷道的净宽B3=B+Δ1+Δ2+ΔSp=2600+100+100+7=2807mm.取B3=2810mm.其中，查表6-1-10和6-1-11取Δ1=Δ2=100mm.查表6-1-14ΔSp=7mm.曲线巷道的轨道中线至柱墩一侧边墙的距离为b3=（1360/2+400）+100=1180mm.

柱墩的宽度为500mm，轨道的曲率半径R=30000mm。

根据表6–2–3计算公式得：

曲率中心O的位置距基本轨中心线的纵轴长度

H=Rcos+bsin=30000cos9°27′44″+6940sin9°27′44″=30609mm。

曲率中心O的位置距离基本轨起点的横轴长度

J=a+bcos-R sin=5160+6940cos9°27′44″-30000sin9°27′44″=7074mm。

曲率中心O与支巷起点T连线OT与O点到主巷中心线的垂线的夹角

=arccos32500bRbH=arccos118030000500108030690=20°59′42″。

基本轨起点至变断面终点的水平距离

P=J+(R- B3+ b3)sin=7074+(30000–2810+1180)sin20°59′42″=17239mm。

交岔点最大断面宽度WM=22NMWN，

式中，WN=B3cos+500+ B2=2810cos20°59′42″+500+4200=7323mm

NM= B3sin=2810sin20°59′42″=1007mm

故WM=2210077323=7392mm。

曲率中心O的位置距离辙岔点的横轴长度为D

D = bcos- Rsin= 6940cos9°27′44″-30000 sin9°27′44″=1914mm。

- 5 - 自辙岔点至柱墩面的距离l1=(R+ b3)sin+D=(30000+1180)sin20°59′42″+1914=13085mm。

自基本轨起点起至柱墩面的距离L1= l1+5000+5000=13085+10000=23085mm。

为了计算交岔点的变化，需确定斜墙WQ的斜率i0,先按预定的斜墙起点（即变断面起点）求算斜率i0，然后选用与它最相近的固定斜率i，即：

i0=PBWN1250=1723946002507392=0.177

根据i0的值，选取i=0.2

故断面变化段水平距离L0=iBWN1=2.046007323=13615mm

于是，变断面的起点至基本轨起点的距离：

y= L1- L0-NM=23085-13615-1007=8463mm。

第三节 风速校核巷道净断面积

由式3-9校核巷道净断面面积值

查表6-1-7，知Vmax=8m/s已知通过大巷风量Q=28m3/s，代入下式

V=Q/S=28/12.3=2.28≤8m/s

设计的大巷断面面积，风速每超过限定，可以使用。

第四节确定支架规格

年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护。

第五节 巷道水沟尺寸选择及管线布置

已知通过本巷道的水量为300m3/h,现采用水沟坡度0.4%，查表3-11得：水沟深450mm、水沟上下宽均为500mm,水沟净断面积0.225m2 ,水沟掘进断面面积

- 6 - 0.272m2 ,每米水沟盖板用钢筋2.036kg，混凝土0.0323m3 水沟用混凝土0.152m3.

管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道侧，通信电缆挂在管子上方，管子悬挂高度为2.0m，通信电缆与管子之间相距0.3m；电力电缆悬挂高度为2.2m，同压电缆相距50mm，高低压电缆之间相距100mm。如附件图（巷道断面设计.CAD）所示：

第六节 确定巷道掘进断面积

（一） 选择支护参数

本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽4.2m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩，服务年限大于10a等条件，得锚喷支护参数:锚杆长2.05m，间距a=0.9m排距a’=0.8m锚杆直径d=18mm，喷射混凝土厚T1=80mm，锚杆外露长度T2=50mm.

故支护厚度T=T1=80mm。

由表3-8计算式得:

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4200+2*80=4360mm

巷道计算掘进宽度B2=B1+2ð=4360+2*75=4510mm

巷道设计掘进高度H1=H+ hb+T=3400+220+80=3700mm

巷道计算掘进高度 H2=H1+ ð=3700+75=3775mm

巷道设计掘进面积

S1=B1(0.39B1+h3)=4360*(0.39*4360+1500)=13953744mm2取S1=14.0m2

巷道计算掘进面积S2=B2(0.39B2+h3)=4510*（0.39*4510+1500）=14697639mm2取S2=14.7m2

（二） 计算巷道掘进工程量和材料消耗量

由《煤矿安全规程》表6-1-62计算公式得：