井巷工程-第一章--巷道断面设计.ppt

2019年4月19日星期五,巷道断面设计,2019年4月19日星期五,巷道断面设计,主要内容 巷道断面设计的原则、内容和步骤 巷道断面形状选择 巷道断面尺寸设计 巷道断面内水沟设计与管线布置 重点内容 巷道净断面尺寸的确定(净宽度、净高度） 难点内容 巷道净断面尺寸的确定(净宽度、净高度）,2019年4月19日星期五,巷道断面设计的原则,在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。,2019年4月19日星期五,巷道断面设计的内容和步骤,（1）选择巷道断面形状； （2）确定巷道净断面尺寸； （3）风速校核； （4）根据支护参数、道床参数计算巷道的设计掘进断面尺寸； （5）按允许的超挖值计算巷道的计算掘进断面尺寸； （6）布置水沟和管线； （7）绘编“一图二表” 巷道断面施工图、巷道特征表、每米巷道工程量及材料消耗量表。,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,巷道断面设计所需资料,（1）巷道层位的地质资料； （2）巷道的服务年限、用途及对通风、排水、防火、卫生等方面的要求； （3）运输设备类型、规格尺寸及与其他巷道的关系； （4）巷道内的装备、管道和电缆的规格尺寸、数量及架设检修要求； （5）其他巷道、硐室对巷道的位置要求； （6）支护材料供应的情况，施工技术及其装备条件。,2019年4月19日星期五,巷道断面形状选择,按构成的轮廓线分两种： 折线型：矩形、梯形、不规则形； 曲线型：直墙拱形(如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形)以及封闭拱形、椭圆形、圆形等。,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,影响巷道断面选择的因素,（1）作用在巷道上的地压大小和方向在选择巷道断面形状时起主要作用。 （2）巷道用途和服务年限也是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。 （3）矿区的支架材料和习惯使用的支护方式，也直接影响巷道断面形状的选择； （4）掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。 （5）需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,通常经验,当巷道围岩比较稳定，矿山压力不大，服务年限不长时，一般宜选用矿用工字钢支架、锚杆或钢筋混凝土支架进行支护，其断面形状一般为梯形或矩形。 如采区内的准备巷道和回采巷道。,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,通常经验,当巷道围岩不太稳定，矿山压力较大，且服务年限较长时，一般宜采用锚喷、混凝土砌碹、料石砌碹或U型钢可缩性支架进行支护，断面形状一般为拱形、圆形或椭圆形。 如井底车场巷道、主要运输大巷、回风大巷或服务年限较长的准备巷道。,2019年4月19日星期五,巷道断面尺寸,煤矿安全规程规定：巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修和施工的需要。 巷道断面尺寸主要取决于： 1.巷道用途； 2.存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量及规格； 3.人行道宽度和各种安全间隙； 4.通过巷道的风量。,2019年4月19日星期五,净宽的确定,直墙拱形巷道的净宽度系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。 矩形巷道的净宽度系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。 梯形巷道 当其内通行矿车、电机车时，净宽系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽系指自底板起1.6m高水平的巷道宽度。,2019年4月19日星期五,1.拱形双轨巷道净宽度计算:,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,巷道断面净宽,为了满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车，以及运输综采支架的需要。 巷道最小宽度：主要大巷为2.2m；采区巷道为2 m。,2019年4月19日星期五,巷道断面净宽,在确定曲线段巷道净宽度时，按公式计算巷道的净宽，要考虑 矿车在弯道上运行，由于车体的 中心线和线路的中心线不相吻 合，发生矿车外边角外伸和矿车 内侧车帮内移现象，内侧和外侧 均要加宽0.2m。曲线段巷道加宽 范围：除曲线段外，用矿车运输 时与曲线段两端相联的各长2m的 直线段也要加宽；用电机车运输 时曲线两端直线段加宽长度为3.0m。,2019年4月19日星期五,双轨巷道中心线加宽,双轨巷道对开列车车辆之间应有足够的安全间隙，两条平行轨道的中线距可按表23选取；,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,巷道断面净高的确定,1矩形、梯形巷道： 自渣面或底板到顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度。,2019年4月19日星期五,巷道断面净高的确定,2拱形巷道净高：自渣面至拱 顶内沿或锚杆露出长度终端的高 度。 主要是确定净拱高和自底板 起的墙高。 H=h0+h3-hb H拱形巷道净高； h0拱形巷道拱高； h3拱形巷道墙高； hb巷道内道碴高度。,2019年4月19日星期五,拱高h0常以巷道净宽的比来表示（高跨比）：半圆拱：h=R=B/2， 墙高h3自巷道底板至拱基线的距离： 架线电机车导电弓子顶端两切线交点处与巷道拱壁间最小安全间隙要求； 管道的装设要求；人行高度要求；1.6m高度人行道宽度；设备上缘至拱 壁间最小安全间隙。,拱形巷道断面净高的确定,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,一般，架线电机车运输的巷道，按其中架线电机 车导电弓子和管道装设要求计算即能满足要求；其它 如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设备的巷道一般 只按行人高度要求即能满足要求，但在人行道范围 1.8m以下，不得架设管线和电缆。 以上计算的墙高h3值，必须按只进不舍的原则， 以0.1m进级。,巷道的净高度(续),2019年4月19日星期五,巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要，并符合下列要求： （一）主要运输巷和主要风巷的净高,自轨面起不得低于2m;架线电机车运输巷的净高:电机车架线的悬挂高度,自轨面起在行人巷道内、车场内以及人行道与运输巷道交叉口的地方不小于2m;在不行人的巷道内不得小于1.9m;在井底车场内,从井底到乘车场的高度不小于2.2m;电机车架空线与巷道顶或棚梁间的距离不小于0.2m; （二）采(盘)区内上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得低于1.8m。,煤矿安全规程21条规定,2019年4月19日星期五,巷道净断面面积,2019年4月19日星期五,巷道风速验算,生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还要进行最优的风速验算： V通过巷道的风速， Q通过巷道的风量， Vmax巷道允许通风的最高风速，ms。,2019年4月19日星期五,煤矿安全规程规定如右表，煤炭工业矿井设计规范规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6ms； 输送机巷道采区风巷一般不大于4ms。设计时，应在不违反煤矿安全规程的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余地。,2019年4月19日星期五,巷道的设计掘进面积,1支护参数的选择 2道床参数的选择 3巷道设计掘进断面积 4巷道计算掘进断面积,2019年4月19日星期五,支护参数的选择,支护是影响煤矿技术经济指标和安全生产的关键技术问题，长期以来，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主要形式，近年来，金属支架和锚喷支护得到发展。支架参数的选取，就是确定坑木的直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度，所有这些尺寸的选取方法，将在第六章中介绍 。,2019年4月19日星期五,道床参数的选择,道床参数是按选取的钢轨型号、轨枕规格和道碴厚度确定的。 钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来选取。 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。 道床：一股采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，颗粒度以 2040mm为宜。,2019年4月19日星期五,钢轨轨枕型号,2019年4月19日星期五,3巷道设计掘进断面积,巷道净尺寸加上支架、道床参数使可得到巷道的设 计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。 半圆拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘进宽度；h3墙高； 圆弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3； B巷道净宽；T墙厚； 梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4顶梁、底梁设计掘进宽度； H1设计掘进高度。,2019年4月19日星期五,4巷道计算掘进断面积,考虑到巷道在施工中出现超挖现象，因此，设计掘进断面尺寸应 加上允许超挖值(75mm)(矩形、梯形棚子)，作为计算掘进断面尺寸。并以此计算出巷道的掘进工程量和支护材料消耗量。,2019年4月19日星期五,巷道断面内水沟设计和管线布置,一、水沟设计 二、管线布置,2019年4月19日星期五,水沟设计,1位置：一般布置在人行道一侧，少穿越运输线路。 2施工要求： 平巷水沟坡度可取35，或与巷道的坡度相同，但一般不小 于3，以利于水流通畅。 运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可用钢筋混凝土预制成构件，然后送到井下铺设，服务年限短，排水量小的巷道其水沟可不用支护。 棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿距不小于300mm。 为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15斜巷的水沟，应铺放钢筋混凝上预制盖板，盖板顶面要与巷道渣面齐平。 常用的水沟断面形状有对称倒梯形、半倒梯形和矩形。各种水沟断 面尺寸应根据水沟流量，坡度，支护材料和断面形状等因素决定，常用 的水沟断面和尺寸见图和表。 为了使巷道内不积水，巷道横向水沟的一侧也应有2的坡度，并在 水沟的侧面壁上每隔一定距离开设50的泻水孔。,2019年4月19日星期五,水沟设计(续),2019年4月19日星期五,1、管线的种类：压风管、排水管、供水管、电缆 2、管线布置要求： (1)管道设在人行道侧，也可在另一侧，在人行道侧时，1.8 米以上； (2)架线机车巷道内，不要将管道直接置于底板上，避免电流腐蚀管道；管 道与运输设备间安全距离0.2米以上; (3)通信与动力电缆不要挂在同一侧;人行道侧最好不挂动力电缆。 (4)高压与低压电缆在同一侧时,相互距离大于0.1米; (5)电缆与管道在一侧时,电缆在上,保持0.3米以上的距离; (6)电缆高度应保证矿车不碰坏电缆。,管线布置,2019年4月19日星期五,管线布置(续),2019年4月19日星期五,巷道断面设计示例,例题 某煤矿，矿井设计能力为90万t/a，低瓦斯矿井，中央分列式通风，井下最大涌水量为320m3/h。通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量为160m3/h，采用ZK10-6/250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 =46，需通过的风量为48m3/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。试设计运输大巷直线段的断面。,2019年4月19日星期五,步骤之一：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 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，故选用钢筋砂浆锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。,2019年4月19日星期五,步骤之二：确定巷道净断面尺寸,（1）确定巷道净宽度B （2）确定巷道拱高h0 （3）确定巷道壁高h3 （4）确定巷道净断面面积S和净周长P （5）用风速校核巷道净断面积 （6）选择支护参数 （7）选择道床参数 （8）确定巷道掘进断面尺寸,2019年4月19日星期五,查表2.2知ZK106/250电机车宽A1=1060，高h=1550；1.5吨矿车宽1050，高1200。 根据煤矿安全规程，取巷道人行道宽C=840，非人行道一侧宽a=400。又查表2.3知本巷双轨中心线b=1300，两电机车之间的距离 为：1300-（1060/2+1060/2）=240 故巷道净宽度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t =400+21060+240+840=3600,确定巷道净宽度B,2019年4月19日星期五,半圆拱巷道拱高h0=B/2 半圆拱半径h0=3600/2=1800,确定巷道拱高h0,2019年4月19日星期五,对于架线电机车运输的巷道，一般按 架线电机车导电弓子要求； 管道装设高度的要求； 人行高度要求。,确定巷道壁高h3,2019年4月19日星期五,由表2.5中半圆拱巷道拱高公式得,架线电机车导电弓子要求,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,按管道装设要求,2019年4月19日星期五,按人行道高度要求,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1820。则巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400。,2019年4月19日星期五,巷道高度,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1820。 巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400。,2019年4月19日星期五,由表2-6得净断面面积 S=B（0.39B+h2） 式中： h2为道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1820-220=1600。 故S=3600（0.393600+1600）=10814002=10.8 净周长P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500=12.5m,确定巷道净断面面积和净周长,2019年4月19日星期五,查表2-8，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=48m3/s，计算得：,用风速校核巷道净断面面积,设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。,m/s,2019年4月19日星期五,本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳定岩层即属类 围岩、服务时间大于10年等条件，得锚喷支护参数；锚杆长2.0m，间距a=0.8m，排距b=0.8m，锚杆直径d=18，喷射混凝土层厚T1 =100mm，而锚杆露出长度T2=50mm。故支护厚度T=T1=100。,选择支护参数,2019年4月19日星期五,根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m的钢轨，其道床参数hc、hb分别为410和220，道渣至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190。采用钢筋混凝土轨枕。,选择道床参数,2019年4月19日星期五,巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800。 巷道计算掘进宽度B2= B1+2=3600+275=3950。 巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720。 巷道计算掘进高度H2=H1+=3720+75=3795。 巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1820）=125476002，取S1=12.55。 巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1820）=132739752，取S2=13.27。,确定巷道掘进断面尺寸,2019年4月19日星期五,已知通过本巷道的水量为160m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表2-12得： 水沟深400、水沟宽400，水沟净断面面积0.16；水沟掘进断面面积0.203，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。 管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方，如图2-9所示。,步骤之三：布置巷道内水沟和管线,2019年4月19日星期五,每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S21=13.271=13.27m3； 每米巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2（T+）1=0.2（0.1+0.075）1=0.04m3； 每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2-T1）T1+2h3T11 =1.57（3.95-0.10）0.10+21.800.101=0.968m3； 每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3； 每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）V= V2+ V4=0.968+0.02=0.988 m3； 每米巷道锚杆消耗,步骤之四：巷道掘进工程量及材料消耗量,式中，P1为计算锚杆消耗周长, ，P1=1.57B2+2h3=1.573.95+21.82=9.84m；a、a为锚杆间距、排距a=a=0.8m。,2019年4月19日星期五,每排锚杆数,每米巷道粉刷面积,2019年4月19日星期五,折合质量,2019年4月19日星期五,编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量和材料消耗量表. 根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面图（图2-10），并附上工程量及材料消耗量表，如表2-15及表2-16。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。,步骤之五：绘制“一图两表”,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,2019年4月19日星期五,习题,巷道断面设计的原则、内容和步骤？ 巷道形状选择的因素？ 净宽、净高、拱形巷道墙高？ 水沟设计应注意的问题？ 管线布置应符合哪些要求？,2019年4月19日星期五,2019