井巷工程设计和施工设计说明书

1 井巷工程设计和施工设计说明书 一、课程设计的目的 为了使我们对井巷工程这门课程中所学的基本知识、基本理论及基本方法有个全面系统的掌握，并进行井巷设计和施工设计。通过本设计，我们将对井巷工程课程有个深入的全面的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料，我们以团队协作的方式来解决设计中相关的问题。提高学生独立思考、认真处事、相互交流、合理解决设计中出现的问题的能力，使我们对井巷工程这门课程有了一个全面的认识，对该门课程所学到的知识、技能初步达到一个学以致用的目的。 二、设计任务 某铜矿山年设计能力为 50 万 t，通过该矿 平的运输大巷的流水量为 260m3/h，采用 50 架线式电机车牵引 大巷穿过中等稳定石灰岩和白云岩，其坚固性系数f=6 8，大巷需要通过的风量为 32m3/s。巷道内将敷设一趟直径为200压风管和一趟直径为 150进行运输大巷直线段的断面设计和施工设计。 三、运输平巷断面的设计 （一）影响设计因素 1）年生产能力为 50万吨； 2）运输大巷的流水量为 260m3/h； 3）采用 50架线式电机车牵引； 4）采 用 5）大巷穿过中等稳定石灰岩和白云岩，其坚固性系数 f=68； 2 6）大巷需要通过的风量为 32m3/s； 7）巷道内将敷设一趟直径为 20050 （二）巷道形状及支护方式选择 1）巷道形状选择 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 形、不规则形等；后者如半圆拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等。 （摘自采矿设计工程设计手册 2554页） 巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质（即作业在巷道上地压的大小和方向）、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。 一般情况下，作用在巷道上的地压 和方向在选择巷道断面形状是起主要作用。当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面：当顶压较大、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、侧压都很大的同时底鼓严重时，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，往往也直接影响到巷断面形状的选择。木架和钢筋混凝土棚子，多适用于梯形和矩形断面。 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。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位，它能适应任何新装的断面。由于锚喷支护广范应用，为了简化 设计和有利于施工，巷道端面多采用半圆拱、圆形拱和三心拱。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是最为合适的。 在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力较小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。 在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面降低成本并有利于加快施工速度。 综上所述：选择巷道断面尺寸应考虑诸多因素，联系以上所有因素和已知参数，年产量在 50 万 t 其服务年限应在 15 年以上，又该运输大巷穿过中等稳定的石灰岩层和白云岩层，断面形状 适 用 条 件 半圆拱形 硐室普遍采用的断面形状，多在顶压大侧压小 ，无底鼓的条件下使用。 圆弧拱形 由于光爆锚喷支护的推广，拱部成型好，施工方便，多用于准备巷道。当跨度较大时，较半圆拱形断面利用率高。 三心圆拱形 与半圆拱形相比，拱顶承压能力差，但断面利用率较高，适用于围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室。 梯形 顶板暴露面积较矩形小，可减少顶压，能承受稍大的侧压，多用于采区巷道。 矩形 断面利用率较高，多用于顶压，侧压都较小，维护时间不长的回采巷道。 马蹄形 用于围岩松软，有膨胀性，顶、侧压力很大，且有一定底压的巷道。 圆形 围岩松软、四周压力均很大，用其他 形状不能抵抗围岩压力时采用。 椭圆形 当巷道四周压力很大，且分布不均时，根据顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置。 不规则形 在薄煤层中，为了不破坏顶板，使顶板保持一定的稳定性，断面形状视煤层赋存条件而定。 3 其岩石坚固性系数又在 68，因此选择三心 拱较为经济合适。 2）支护方式选择 喷射混凝土支护作用是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护。其特点是：凝土在高速喷浆过程中，水泥颗粒受到碰撞冲击，混凝土喷层受到连续冲击压密，而且喷射工艺又允许采用较小的水灰比，因此喷射混凝土喷层具有致密的组织结构和良好的物理力学性能。特别是它的粘结力大，能同岩石紧密粘结，是形成喷射混凝土独特支护作用的重要因素。喷射混凝土能随着巷道掘进及时施工，且加入速凝剂后其早期强度成倍增长，因而能够控制围岩的过度变形和松弛。喷层较薄，具有一定的柔性，可以 和围岩共同变形产生一定量的径向位移。其作用原理包括加固与防止风化作用；改善围岩应力状态和作用；柔性支护结构作用；组合梁作用。 因为它具有施工速度快、施工机械化高、成本低及节约材料等优点。本巷道穿过坚固性系数为 68 的中等稳定的石灰岩和白云岩，因此选择喷射混凝土支护，取拱厚 为 50 11 注：未注明所查表来源文献的数据，均为采矿手册 （三） 巷道断面尺寸确定 1）巷道净宽度 表 11 50 架线式电机车宽 1060 1550定式矿车宽1106 1200表 11运输设备到支架间距 300为运输机运输，不论何种支护 400取 00表 11人行道宽度 800因水沟占用一定的宽度后所剩人行道宽度不方便人行走，故加宽 300取 100表 11两列车间最突出部分安全距离 m 300取 m=300 所以巷道净宽度 b+ b2+m=2 1106 400 1100 300 4012以 50单位向增值方面 进级，故取 050 2）三心拱参数 取拱高为巷道净宽 1/3 的三心拱，则拱高 =1350R=0=R=2803； r=0= r=1062 3）轨道参数 查井巷工程表 1 1用 24kg/m 钢轨，采用钢筋混凝土轨枕， 00mm，50 4）巷道墙高 按架线要求：非人行侧线路中心到支架距离 A=b/2+ 1106+400=903电机车导电弓子宽度之半 K=400 250 r 表明导电弓子进入小圆弧断面内，根据安全规程取巷道轨面至导电弓子的高度000以 22 )()250( =1817 4 按行人要求： 900+ 22 )100( 1700 按巷道内管路安装要求：若架线式电机车运输巷道内的顶部装有管路，要求导电弓子距管路的距 离不得小于 300路下面有 1800度的人行道。 以以上计算结果取最大值，即从底板算起墙高为 1817取 820 5）巷道净断面积与风速校核 巷 道 净 断 面 积 ： h2= h4= ( 1820 150=1670 S 净=B0(4050（ 1670 4050） 风速校核： =净 s 6m/s，符合要求。 6）水沟设计与管线布置 水沟设在人行道一侧，其坡度与巷道坡度相同，为 3。 水沟断面为倒梯形，根据流水量为 260m3/h，采用混凝土浇灌，查表 11水沟上宽 400宽 360度 350S 净 =效断面积 S = 净 =S 掘 =米材料消耗量 凝土。 水沟通常加盖钢筋混凝土预制盖板，且水沟靠墙一侧应留出 100铺设盖板。 供水管布置在人行道一侧，距道渣面 1900锚杆悬挂；压风管与供 水管平行布置，且位于供水管之上。 其他管缆也需考虑生产上安全、架设和检修工作方便。 7）绘制断面图 5 405041505025045025015502000600 600400 1106 300 1106 1138500182013505050322036035040050）工程量计算 1）巷道掘进宽度： B= T=4050+2 50=4150 2）巷道拱面积： S 拱 =） d= 4050+50） 50= 3）巷道墙面积： S 墙 =2 1820 50= 4）巷道基础面积： S 基 =（ m1+T+500+250) 50+500 100= 5）巷道掘进面积： S 掘 =d=4150 1820+40502+(4050+50) 50 6）每米巷道所需材料： V=V 拱 + V 墙 + V 基 = 7） 巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表： 运输大巷特征 围岩类别 断面面积 / 设计掘进尺寸/射厚度/周长/m 净断面 设计掘进 宽 高 150 3220 50 6 运输大巷每米工程量及材 料消耗 围岩类型 计算掘进工程量 / 料消耗 巷道 墙脚 喷射材料 / 沟支护/ 、 巷道爆破施工 （一）爆破说明书 1）巷道特征及地质条件 掘进巷道为 平的运输大巷，服务年限在 15 年以上，采用 600距双轨运输，选用喷射混凝土支护、直墙三心拱断面。巷道净宽、净高分别为： 40502920道内壁有 50的混凝土喷层，包括水沟在内的掘进面积为 计坡度为 3。该巷道所穿过的岩 层为中等稳定石灰岩和白云岩，其坚固性系数 f=68。 2）钻眼设备的选择 巷道掘进中采用 于组织多台凿岩机凿岩，易于实现凿岩与装岩的平行作业，机动性强，辅助时间短，利于组织快速施工。按巷道宽度，每 行多台凿岩机同时作业，有条件的也可以使用凿岩台车。施工过程中要求测量的准确性，设置好腰线，用激光指向仪测量中线。 3）爆破器材的选择 我国目前使用的矿用炸药有硝铵类炸药和含水炸药（乳化、浆化、水胶炸药），又硝铵类炸药价格较低廉，为矿山普通 使用，一般装成直径 3235量 150g、 200g 的药卷，有效使用期为 6个月。 起爆器材一般采用 8号电雷管，延秒、半秒、毫秒等都能满足使用，且毫秒延期雷管时间也不能过大。 本次施工选用 2号岩石硝铵炸药，药卷直径 35量为 200g， 8号电雷管，第二系列共六段延时。 4）爆破参数计算 炮眼直径 炮眼直径大，可以减少炮眼数目，炸药能量相对集中，可提高爆破效率，但钻速下降，影响爆破质量和降低围岩稳定稳定性。在采用气腿式凿岩机的情况下，现场多根据药卷直径确定炮眼直径。目前国内岩巷掘进均采 用直径 27325眼直径需比药卷直径大 68便于管理、购置设备及药包工作简化，掘进炮眼采用统一孔径，所以取炮眼直径为 42用 气腿式凿岩机，由外向里、先两侧后中间、自上而下钻进，药卷直径为 35 炮眼深度 设计每一循环进尺为 眼利用率为 90%，则炮眼深度 L=m；掏槽眼应超深 掏槽眼深度为 7 炸药消耗量 查表 4工程爆破实用手册第 2 卷），取炸药单耗 q=每一循环爆破所需总药量 Q=S 掘 l 平 2 90%= 眼数 N 炮眼数目直接影响着钻眼工作质量、爆破岩石的块度、巷道形状等。炮眼数目取决于岩石性质、巷道断面形状和尺寸、炮眼直径和炸药性能等因素。合理的炮眼数目应以保证爆破效果的实现为原则。一般是先以岩层性质和断面大小进行初步估算，然后在设计断面图上作炮眼布 置图，得出炮眼总数，并通过实践调整修正。理论眼数 N= 2掘 34（个）。 眼距 用桶形掏槽，相比倾形掏槽，钻眼施工容易。眼距取 150 b 辅助眼：一般眼距取 据岩石坚固性系数 f=6 8，故取辅助眼眼距为600设时按照断面可做适当调整。 c 周边眼：根据光面爆破设计公式 a=20d=20 42=588一般取5001000取周边眼眼距为 600边眼距巷道轮廓线 150由于底眼易产生盲炮，故取底眼眼距为 550底眼眼底低于底板 100 单孔装药量 a 掏槽眼：取装药系数为 药采用 2 号岩石硝铵炸药，药卷直径 35同），则单孔装药量 1= 装药系数为 2 1= c 周边眼：取装药系数为 2 1=1 底眼装药系数应介于掏槽眼与辅助眼之间， 以克服岩体的挟制作用， 2 1= 爆破布孔图 8 557 7 7 7 7 7 774446633366555444空眼 装药眼6006 0 0425 5 0112236833336651502 0 0 02 1 0 01001501502755)装药结构和起爆方法 掏槽眼和辅助眼的装药结构 采取反向装药方式，先将起爆药装入眼底，然后在装药最后装满炮泥并且需雷管和药包的聚能穴一致朝向眼底。 9 周边眼的装药结构 采用空气间隔分节装药结构， 避免眼口出现“鼓包”现象。 炮眼的填塞 为保质保量地做好装药工作，装药之前必须吹洗炮 眼，将眼中的岩粉和水吹洗干净。起爆药包必须按照规定制作，最后用 1:3 的泥沙混合炮泥，湿度为 18并按安全要求长度充填捣实。 起爆方法 掘进时采用 8号电雷管串联连接连接方式，共六段毫秒雷管。 5)爆破网络计算 因选用串联式电爆网络连接方式，需要检验设计是否合格，一是起爆电源容量；二是通过每一发雷管的电流。成组电雷管的最低准爆电流比单发电雷管要大，规程规定起爆成组电雷管时，对一般爆破，通过每一发雷管的电流直流电不小于 2A，交流电不小于 大爆破，通过 的直流电不小于 流电不小于 4A。 网络总电流 I=U/(Rx+U 电源电压 导线电阻 n 串联电雷管个数 r 单个电雷管电阻 （二） 爆破图表编制 爆破原始条件 炮孔装药量及起爆顺序 眼号 炮眼名 称 眼数 /个 眼深 /m 装药量 起爆顺序 连接方式 装药结构 单孔 合计 卷数 /卷 质量/数 /卷 质量/ 空眼 2 0 0 0 串联 连续反向装药 2 掏槽眼 2 5 3 3 辅助眼 8 2 6 8 4 辅助眼 6 2 6 6 5 帮眼 6 2 5 1 30 6 间隔分节装药 6 顶眼 7 2 5 1 35 7 7 底眼 8 2 4 8 水沟眼 1 2 5 1 5 1 总计 40 213 预期爆破效果 序号 名称 数量 1 掘进面积（含水沟） / 岩石坚固性系数 f 6 3 炸药类型 2号岩石硝铵炸药 4 雷管类型 8号毫秒电雷管 10 名称 数量 名称 数量 炮眼利用率 /% 90 每米巷道炸药消耗量 /kgm 循环工作面进尺 /m 2 每循环炮眼总长度 /m 循环爆破实体岩石/ 1个 m 药消耗量 /kgm 1个 m 三）风压供应与供水 空气压缩机站要设在用风负荷中心，尤其要靠近主要用风地点，一般 布置在井口不超过50缩短供风路线和减少压力损失；站址设在空气洁净、通风良好的地方，与易长生尘埃和废气的地方不小于 50m，并位于全年住封口处，此外还有注意噪音问题空气压缩站应远离办公区，生活区。 掘进巷道必须采用湿式钻眼，爆破喷雾、装岩洒水更综合防尘措施。因此，掘井工作面处风压供应外，还必须有供水系统。矿井的供水系统是由地面和井下的管网系统组成。 掘进工作面同时使用风水的较多，并且装卸、移动频繁。为了提高钻眼工作的效率和各种工序互不影响，必须配舍专用的通风、供水系统，并且予以恰当的布置。 五、 通风防尘及风机的选择 (一 )通风的目的和通风的方式 1）掘进巷道是通风的目的 把爆破以后产生的有害气体在较短时间内排除工作面； 经常提供给工作面新鲜空气，排除掘进时产生的粉尘及瓦斯，降低工作面温度，使工人有良好的工作面条件。 在岩层中单孔掘进时，最广泛的是采用局部扇风机进行工作面通风。 11 2）通风方式 压入式通风：局部扇风机把新鲜空气经风筒压入工作面。新鲜空气与爆破后产生的有害气体混合后。经过巷道流入回风道。扇风机或入风的风筒安装在新鲜风流的巷道中，距离掘 进巷道口不得小于 10m，以免把污秽的空气又压入工作面。具有的优点：工作面得到新鲜风流较大，能较快的冲淡和排出工作面的跑烟；回风的方向与炮烟的散出方向相同，能加快排出炮烟，缩短通风时间；可以采用胶质风筒，安设方便，减少漏风。 抽出式通风：新鲜空气自巷道进入与工作面炮烟混合，然后由局部扇风机把污风吸入，经风筒排到回风巷中。这种通风方式的优点和缺点正好与压入式相反。 混合式通风：压入式和抽出式结合使用的通风方式。这种通风方式在长距离、较大断面巷道内，单独采用压入式或抽出式一台扇风机能力不足时， 可以采用该种方式通风。 3）长距离掘进通风的措施 巷道愈长，通风愈困难。混合式通风是长距离单孔掘进时比较好的通风方式，但需要有两路风筒，占用巷道断面较大。 实践证明：搞好长距离独头通风最主要的措施是最大限度的减小风筒阻力，防止漏风。改进风筒接头是减少漏风、降低风阻的有效措施，加强通风管理也是减少通风阻力的重要办法。在安设风筒时，必须吊挂平直、拉紧拉稳，弯道处应尽量使风筒缓慢拐弯。结合本巷道是运输大巷，掘进时是独头掘进，因此本次施工采用联合式通风，两种方式互补，便能达到良好的通风效果。 （二）通风设备 1）应用局扇冲击波启动器，保证爆破后及时启动风机，提高通风效果。 2）使用局扇消声器，矿山使用的局扇噪声为 95 110A），超过了冶金矿山安全规程中关于井下各作业点的噪声水平不得超过 90A）的规定。 3）选择塑料柔性风筒，直径 300 六、装岩和运输 平巷掘进过程中，岩石的装载与转运工作是最繁重、最费时的工序。一般情况下，这一工序约占掘进循环时间的 35 50%。因此，在平巷施工中意义重大。 （一）装岩 1）装岩机类型 该运输大巷为双轨运输大巷，巷道较宽、较高，断面 大，爆破岩体体积多。可采用 2）铲斗侧卸式装岩机优点 这种装岩机是正面取岩，在设备前方侧转卸载，行走方式为履带式。它铲斗插入力大，斗容大（ 提升距离短，生产能力大；履带行走机动性好，装岩宽度受限制小；铲斗还可以兼作活动平台，用于安装锚杆和挑顶；工作机构采用液压传动，提升能力大，提升距离小，消耗功率小，性能稳定，操作轻便，安全可靠。 3）装岩机台数 12 由于巷道一次性爆破下的岩石体积为 34于 90选用一台装岩机即可。 4）装岩机性能 生产能力为 90m3/h，铲斗容积为 度为 4250度 1800度 2100作时最大高度 2950载高度为 1300走方式为履带行走，动力为电力，总功率为 52量为 7430 （二）运输 由于转载和运输在施工工序中最费时耗工，为了能节约更多时间，提高生产效率，所以选用转载、运输和卸载合一的设备，而梭式矿车具有这种功能，故选用梭式矿车转载、运输、卸载。为不影响下一组人员的施工，故采用两组矿车运输，为了缩短两车的调车时间应采用一种省时省力的调车设备。 活动式错 车场调车法中浮放道岔是在原有轨道基础上安设的一组完整道岔，它结构简单，移动方便，可以紧跟工作面前进，现场可自行设计加工，故调车设备选用浮放道岔。 七、支护施工 巷道采用一次性成形施工，不必设临时支护，但当顶板破碎时，每次放炮后立即喷射混凝土封闭围岩，也应适当缩短掘进和永久性支护间距。 （一）喷射混凝土工艺流程及施工机具 1）工艺流程 过滤石子、沙子称重加水泥搅拌运料上料喷射 2）施工机具 选用 旋式喷射机，它体积较小，结构简单、重量较轻、成本较低，向上输送距离为 5m、水平为 812m，外型尺寸（长宽高）为 1330 730 750 （二）参数 1）混凝土的材料及配合比 水泥选用标号不低于 325 号硅酸盐水泥； 细骨料采用坚硬干净的中砂或粗中砂混合的石英砂，细度模数大于 水量控制在 46%； 粗骨料径大于 15于 25 按照我国实践经验，井巷支护中喷射混凝土的配合比，即水泥：砂：石子 =1： 2： 2； 水灰比为 右； 速凝剂选用红星一型，掺量控制在水泥质量的 %，以加速凝固。 2）风压和水压 本设计选用的是 干式喷射，故喷嘴出口处的风压应控制在 外工作风压随输料管的长度增大而增大，公式为：风压（ =料管的长度（ m）。水平输料每增加 100m，工作风压提高 直向上每增加 10m，压应比风压大 右。 13 （三）施工工艺 1)准备工作 包括处理岩面浮石，用风水冲洗岩面，埋设控制混凝土的标桩，检查与掩盖机械设备及管线，做好照明和防尘措施等。 2）喷射作业 喷射顺序与操作：喷嘴要缓慢、均匀地 呈螺旋形轨迹移动，每次喷射宽度为 1序应先墙后拱，自下而上，为防止混凝土因自重而产生裂缝和脱落，并且合理的划分喷射区段。 喷嘴与受喷面的距离和夹角：距离保持在 射两帮时，喷射混凝土时喷嘴向下 10 25，喷浆时喷嘴向下 5 10。 一次喷射厚度：喷射两帮时一次不超过 100射拱顶时一次不超过 50也不宜过薄。本设计喷射厚度均为 50以可以一次喷射完成。 喷射混凝土作业紧跟工作面时，混凝土喷完到下一次循环放炮时间不小于 4h。 （四）施工中问题处理 1)回弹率高 严格按照工艺和操作要求施工，使墙部和拱部的回弹率分别控制在 15%和 20%以下。为了减少浪费，应积极回收、处理回弹物，可掺入新材料继续使用，掺入量控制在 30%以下；也可用于强度要求较低的工程或构件，如灌注混凝土水沟、地板、预制水沟盖板等。 2）局部剥落 薄喷层局部剥落主要有三种情况：围岩风化潮解膨胀，喷局与岩石黏结不良，酸性介质的腐蚀。对此采用喷射厚度不小于 50洗岩石以提高黏结力；对遇水能解体或膨胀的围岩，采用喷锚网联合支护以隔绝水的影响；工作面及时挖沟排导积水；有硫酸盐介质侵蚀的 地段宜采用抗硫酸盐水泥。 3）失脚（即墙根露出岩帮，上部喷层悬空）的防止 墙根应挖至底板标高以下 200设计为 250 500根底清理干净并首先喷好；围岩有底鼓现象时，应浇灌混凝土反拱。 4）产生裂缝 混凝土配合比欠妥，喷层厚度不均，水泥品种选用不当，养护工作差及外力（如爆破）等。施工时应注意要规定要求实施。 5）渗漏水 当大面积渗漏水时，找出水源，然后将掺有速凝剂的混凝土或砂浆高速射向水源点，使之堵塞迅速凝结；当有压力的漏滴水时，先估测出水线的走向，之后钻孔将水导出；当大 裂隙漏水时，先在裂隙一侧完好的整体岩石上钻一个 的孔眼，之后安上导水管使水畅通引出，同时，在大裂隙处用块石镶砌，表面喷以 300的混凝土堵水。 14 八、巷道施工组织管理与安全建议 （一）施工组织及编制循环图表 1）施工方式与组织 掘进采用“四六制”作业，一次成巷、独头掘进的施工方法，并且采用掘进、支护平行作业，即永久支护在掘进工作面之后一定距离处与掘进同时进行。因采用喷射混凝土为永久支护，故在施工时喷射混凝土工作要紧跟工作面在相距 40m 的范围内几个工种和几道工序同时进行，同时在有限的工件内， 组织安排好各工种和工序的密切配合，做到协调一致。以达到每班两循环。 2）掘进作业循环图表 全 循 环 8 3 m i 075706560555045403530252015105掘进作业循环