井巷工程课程设计——混合斜井断面和施工设计.docx

井巷工程课程设计混合斜井断面与施工设计 学 院： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导老师: 课程设计时间：20162017学年第一学期 周 目录一井巷工程课程设计任务书31.1、设计题目31.2、设计条件31.3、设计要求31.4、提交成果31.5、参考文献4二设计目的4三斜井断面的设计43.1 假定未知参数43.2 巷道形状的选择53.3巷道净断面尺寸63.4 支护参数的选择83.5 布置水沟和管线93.6 风速校核103.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量11四斜井巷道断面的施工114.1爆破参数的确定114.2 选择钻眼爆破的器材134.3 炮眼布置134.4 选择装药结构与起爆方法144.5 拟定爆破说明书和爆破参考图表154.6 定向与钻眼工作164.7 钻眼爆破安全及注意事项164.8 通风防尘及风机的选择174.9防跑车措施19五装岩与运输205.1 装岩机的选择205.2 运输机械的选择21六施工组织与循环图表的制定216.1 巷道施工组织与管理216.2 确定每一循环各工序的工作量226.3 确定一循环各工序所需的时间23一井巷工程课程设计任务书1.1、设计题目混合斜井断面与施工设计1.2、设计条件（1）井筒矿石提升能力：5万吨/年，服务年限10年。（2）地质条件：通过岩层的普氏系数f=6-8，为稳定性中等岩层。（3）提升方式：单钩串车提升。（4）井筒深度：100米；倾角25度。1.3、设计要求（1）巷道断面设计（参照有关设计实例）。（2）巷道施工组织设计（内容构成：工程概况，凿岩设备的型号与数量选择，爆破图表设 计，掘进通风，装岩与运输设备选择，调车或转载方法选择，临时支护，作业人员配备，掘进作业循环图表等）。（3）巷道支护设计（内容构成：支护方式的选择，支护参数的确定，支护设备的选择，支护施工组织等）。1.4、提交成果（1）设计说明书一份（20页纸以内）。可打印，可手写，但必须整洁。（2）图纸两张：断面图、掘进工作面炮眼布置图。可CAD绘制，可手绘。1.5、参考文献（1）采矿设计手册编委会.采矿设计手册3（井巷工程）、采矿设计手册4（矿山机械卷）M. 北京：中国建筑出版社，1989 （2）. 采矿手册编辑委员会. 采矿手册第二卷（凿岩爆破和岩层支护）、采矿手册第五卷（矿山运输与设备）M. 北京：冶金工业出版社，1991 （3）.张荣立主编.采矿工程设计手册中、下册 M. 北京：煤炭工业出版社，2003 （4）. 周昌达主编. 井巷工程 M， 第2版. 北京：冶金工业出版社，1993（5）. 南昌有色冶金设计院. 冶金矿山井巷设计参考资料上、下册M. 北京：冶金工业出版社，1979（6）.金属非金属矿山安全规程，GB164232006. 北京：中国标准出版社，2006（7）.矿山井巷工程施工及验收规范， GBJ213-1990. 北京：中国标准出版社，1990（8）. 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程M. 北京：煤炭工业出版社，2011注：文献和资料可上网收集二设计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全面深入的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料。次设计可以提高学生独立思考、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。三斜井断面的设计3.1 假定未知参数（1）采用2.5m箕斗提升（2） 服务年限10年（3）斜井需风量为30m/秒（4） 斜井掘进中估计涌水量23m/小时（5）巷道内敷设直径为300mm的压风管，一趟直径为300mm的排水管和一趟直径为150mm的供水管 3.2 巷道形状的选择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。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，缩小断面降低造价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，根据采矿守则，年产量在5万t其服务年限为10年，该运输斜巷穿过中等稳定岩层，其岩石坚固性系数又在68，因此选择半圆拱最合适。3.3巷道净断面尺寸矿山安全规程内有明确规定：机械运输巷道的一侧，必须留有0.7米以上的人行道。另一侧，如果巷道是用木材，混泥土棚或金属支架时，不得小于0.2米，用砖、石、混泥土砌璇以及锚杆喷浆时，不得小于0.2米。运输机距支架或璇墙之间的距离得小于0.4米。（摘自井巷工程112页）（1）井巷巷道净宽度据采矿设计手册（矿山机械卷）305页查表可知GKT21.21.22.4后卸式箕斗宽A1=1200mm、高h=1200mm、长L=2000mm。根据煤矿安全规程，巷道人行道宽C=800mm、非人行道一侧宽a=300mm。故巷道净宽度：B=a+ A1+=300+1200+900=2400mm 表1-2安全间隙（mm）运输设备运输设备之间运输设备与支护之间冶金部门建材部门化工部门冶金部门建材部门化工部门有轨运输无轨运输-皮带-表1-3人行道宽度（mm）部门电机车无轨运输皮带人力运输人车停车处的巷道两侧矿车摘挂钩处巷道两侧14tt冶金部门建材部门化工部门-（2）确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h0=B/2=2400/2=1200mm 半圆拱半径R= h0=1200mm（3）.确定巷道壁高h3 按管道装设要求确定h3, 根据井巷工程（周昌达主编）第7页公式1-7可得：h31967mm 按人行高度要求，根据井巷工程（周昌达主编）第7页公式1-7可得：h31581mm 综上所述，确定本巷道的壁高为h3=1967mm。（4）道床参数的选择道床参数的选择是由钢轨型号，轨枕规格和道渣高度三者共同确定。查井巷工程（周昌达主编）第2页表1-2知，运输量8万t/a的矿山选用轨型为89kg/m，轨距600mm；查井巷工程（周昌达主编）第9页表1-8知，轨型为89kg/m的轨道底板水平与轨面水平的间距h6=260mm，底板至道渣面的高度h5=100mm，则h4=h6-h5=160mm。对轨道敷设的要求是：钢轨的型号应与行驶车辆的类型相适应，轨道敷设应平直，且具有一定的强度和弹性；在弯道处，轨道连接应光滑，接运输巷道内同一线路必须采用同一型号的钢轨；道岔的型号不得低于线路的钢轨型号；在倾角大于15的巷道中，轨道的辅设应采取防滑措施。轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。矿井多使用钢筋混凝土轨枕或木轨枕，个别地点也有用轨枕的。混凝土轨枕主要用于井底车场，运输大巷，上（下）山和中巷。道砟应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石，粒度以2030MM为宜，并不得参有碎末等杂物，使其具有适当空隙度，以利排水和有良好的弹性。道砟的高度以应与选用的钢轨型号相适应。在主要运输巷道，其厚度为160mm，并至少不轨枕1/22/3的高度埋入道砟内。道床宽度可按轨枕长队再加200mm考虑。则本巷道高度为H=h3-h5+h0=1967-100+1200=3067mm（5）确定巷道净断面尺寸掘进断面净断面面积为： S=B0*(0.39B0+h2) h2=h3-h5=1967-100=1867mm 故S=2400（0.392400+1867）=6727200=6.73.4 支护参数的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。其作用原理：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。在综合考虑围岩地质条件、断面形状、巷道有效跨度和服务年限等因素，选用喷射混凝土支护，支护厚度为120mm。巷道设计掘进断面巷道的净尺寸加上支护和床参数后，道便可获得巷道的设计掘进尺寸，进而求算出巷道的设计掘进断面积。半圆拱巷道设计掘进断面积：（） 巷道设计掘进断面尺寸加上允许的掘进超挖误差值（），即可求算出巷道计算掘进断面尺寸。巷道设计掘进宽度B1=B0+2T=2400+120=2520mm巷道计算掘进宽度B2= B1+2=2520+150=2670mm巷道设计掘进高度A1=h3+h0+T=3287mm巷道计算掘进高度H2=H1+=3287+75=3362mm巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)=6.7巷道计算掘进断面面积：S2=B2(0.39B2+h3)=2670（0.392670+1967）=8.033.5 布置水沟和管线 压风管和供水管布置在人行道一侧上方，采用管子托架架设，托架上部敷设压风管，下部悬挂供水管。通讯电缆和照明电缆设于人行道一侧，都悬挂在支护侧墙上。具体水沟参数由实际情况参考表1-5决定.表1-5 水沟断面选用参考表水沟类型最大排水量（m/h）水沟净尺寸（mm）水沟断面积（）每米水沟混凝土量（m）i=3i=5上宽下宽深度净掘1001502003001201802603403103303504002802803103602302803303800.070.090.110.140.110.140.170.220.050.060.070.081001502003001201802603403103303504002802803103402002503003500.060.080.100.130.150.180.200.260.090.100.100.131001502003001201802603403103303504002802803103602002503003500.060.080.100.130.150.180.200.260.120.130.130.163.6 风速校核根据井巷工程（周昌达主编）第11页公式（1-17）可得： =Q/S=4.4m/s（允）表1-6 井巷允许最大风速井巷名称允许最大风速，m/s专用风井、风硐15专用物料提升井12风桥10提升人员和物料井筒，主要进回风道8运输巷道，采区进风道6采矿场、采准巷道43.7 计算巷道掘进工程量及材料消耗量每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S21=8.03m每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=（2.40.12+21.9670.12+（1.32-1.2）*/2）1=0.945m四斜井巷道断面的施工4.1爆破参数的确定爆破参数主要包括炮眼直径.炮眼深度.炮眼数目.单位炸药消耗量等。（1）炮眼直径炮眼直径对钻眼效率，全断面炮眼数目，炸药消耗量和爆破岩石块度等与岩壁平整度均有影响。因此，应根据巷道断面的大小、块度要求、炸药性能和凿岩机性能综合考虑，进行选择。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27mm，32mm和35mm三种药卷，炮眼直径需比药卷直径大68mm左右，所以目前沿岩巷掘进的炮眼直径多采用3542mm。（2） 炮眼深度合理的炮眼深度应以高速、高效、低成本、便于组织正规循环作业为原则。采用气腿式凿岩机时，炮眼深度以1.82.5m为宜，眼深超过2.5m后，钻眼速度明显降低。故选用炮眼深度为2m。 （3） 单位炸药消耗量q单位炸药消耗量是指爆破1.0m实体岩石所需要的炸药量，也就是工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比，即 q=Q/V，/m影响单位炸药量消耗的主要因素有炸药性能、岩石的物理力学性质和自由面的大小和数目以及炮眼直径和炮眼深度等。到目前为止，还没精确计算单位炸药消耗量的方法，计算数据一般只作参考，所以多按定额选用。查井巷工程（周昌达主编）第103页表8-1知，q=2.02kg/m，火雷管310发。则每循环炸药消耗量为Q=q*V=32.32kg（4） 炮眼数目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。按确定炮眼数目公式：得N=32式中 炮眼数目； 单位炸药消耗量，kg/ 巷道掘进断面积， M每个药卷长度，m 装药系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般取0.5左右。 P每个药卷的重量，kg4.2 选择钻眼爆破的器材（1）钻眼器材的选择根据孔径，孔深等参数选择YT27气腿式凿岩机，其最大钻凿深度5米，钻孔直径为2442mm，气管内径为25mm，水管内径13mm。（2） 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水炸药（乳化、浆化、水胶炸药）。对于坚硬石可考虑采用粉状搞威力炸药。硝铵类炸药价格较低廉，为矿山普通使用，本次施工选用2号硝铵岩石炸药，其药卷长度为190mm，重0.15kg。起爆器材一般采用8号雷管，延秒、半秒、毫秒等都能满足使用。 4.3 炮眼布置除合理选择掏槽方式和爆破参数外，还需要合理布置炮眼，以取得理想的爆破效果。炮眼布置方法和原则如下：（1）掏槽眼掏槽眼的作用是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上崩出第二个自由面来，为其他炮眼的爆破创造有利条件。掏槽效果的好坏对循环掘进起着决定性作用。掏眼槽一般布置在巷道断面中央靠近底板处，这样便于打眼时掌握方向，并有利于其他多数炮眼的岩石能借助于自重崩落，两眼底距离为200mm左右，眼深比一般炮眼深200mm。每眼装药长度系数为0.40.6.适用于各种岩层。可充分利用自有面，逐步扩大爆破范围；掏眼槽面积较大，适用于较大面积巷道，但因炮眼倾斜，掏槽眼深度受到巷道宽度的限制；碎石抛掷距离较大，易损伤设备和支护，当掏槽眼角度不对称时尤其如此。（2） 辅助眼辅助眼要均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，其间距一般为500700mm，炮眼方向一般垂直于工作面，装药系数一般为0.450.60.如采用光面爆破，则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层，即光面厚度比较均匀，且多与周边眼的最小抵抗线。（3） 周边眼周边眼是爆落巷道周边岩石，最后形成巷道断面设计轮廓的炮眼。周边眼布置合理与否。直接影响巷道成型是否规整。现在光面爆破已经较为成熟，一般应按光面爆破要求进行周边眼布置。光面周边眼的间距与其最小抵抗线存在着一定的比列关系，即 K=E/W式中，K为炮眼密集系数，一般为0.81.0，岩石坚硬时取最大值，较小时取最小值；E为周边眼距，一般取400600mm，W为最小抵抗线。按照光面爆破要求，周边眼的中心都应布置在巷道设计掘进断面的轮廓上，而眼底应稍向轮廓线外偏斜，一般不超过100150mm，这样可是下一循环打眼的凿岩机有足够的工作空间，同时还要尽量减少超挖量。光爆周边眼的装岩量必须严格控制。4.4 选择装药结构与起爆方法（1）根据起爆药包所在位置不同，有正向装药与反向装药两种方式。正向装药先将被动药包依次装入眼内，然后装入起爆药包。所有药包和雷管的聚能穴一致朝向眼底，最后用炮泥填满炮孔。 反向装药先将起爆药包装入眼底，然后再装被动药包，最后装满炮泥，并且雷管和药包的聚能穴一致朝向眼口。这样炮轰波由里向外传播，与岩石朝向自由面的方向一致，有利于反射拉伸波破碎岩石，同时起爆药距自由面较远，爆炸气体不会立即从眼口冲出，爆炸能量能得到充分利用，因此能取得较好的爆破效果。（2） 周边眼的装药在光面爆破中，周边眼的装药结构，在目前普遍采用3235mm粉状硝铵类炸药卷的情况下，可采用单段空气柱式装药结构。眼口炮泥必须堵塞好，以使炸药爆炸后空气柱能起到缓冲作用，延长眼内爆生气体做功时间，将岩口部分岩石爆落下来，避免眼口出现“鼓包”现象。这装药结构简单易行，使用于1.52.0m深的炮眼，眼深超过2.0m后效果不好。为了克服以上不足之处，可采用小直径药卷空气间隔分节装药结构。两药包的间隔距离，一般不能大于该种炸药在炮眼内的殉爆距离。为了控制间隔距离，防止药包串动，药包之间还要有间隔物。（3） 炮眼的填塞为了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的要求制作。炮眼的填塞质量对提高爆破效率和减少爆破有害气体也有很大作用，因此，装岩完毕必须充填以符合安全要求和炮泥并搞实。这种炮泥既有良好的。4.5 拟定爆破说明书和爆破参考图表爆破说明书是井巷施工组织设计中的一个重要组成部分，是指导、检查和总结爆破工作的技术文件。爆破作业图表是在爆破说明书基础上编制出来的，一般包括炮眼布置图，爆破原始条件，炮眼布置参数，装药参数表，预期爆破效果和经济指标等。在执行过程中，要严格执行岗位责任制，按劳动效率、材料消耗、爆破效果等全面检查，使爆破图表更符合实际。 爆破原始条件序号名称数量/单位1掘进断面6.95m2岩石普氏系数f683工作面瓦斯情况无瓦斯4工作面涌水情况23m/h5炸药和雷管的类型2号岩石炸药 预期爆破效果名称数量名称数量炮眼利用率0.9每米巷道炸药消耗量16.16kgm每循环工作面进尺2m每循环炮眼总长度34m /循环每循环爆破实体岩石16m每立方米岩石雷管消耗量3个m3炸药消耗量2.02kgm每米巷道雷管消耗量24个m4.6 定向与钻眼工作先进测量仪器和工具的推广应用，促进了测量工作的现代化方向的发展。现代化的测量仪器，在矿井建设时期，尤其在巷道长距离贯通工程快速施工中，发挥了重大作用。 测量定眼位工作钻眼工作必须严格按照爆破图表所要求的眼位、方向、深度和角度进行，并组织好凿岩机的分区、分工作面，保证钻眼质量和提高钻眼速度。掘进巷道时，为了在工作面上正确布置炮眼位置和掌握巷道掘进的方向和坡度，常采用中线指示巷道的掘进方向，用腰线控制巷道的坡度。工作面上的炮眼巷道中线为基准，准确的定出周边眼、辅助眼和掏槽眼的位置，并做好标志。中线的测量多采用激光指向仪。激光指向仪操作简单，定向准确，节省时间，。激光指向仪的氦氖激光管光束发射角小，经望远镜调光后，其光束在300m远处，不超过20mm，其输入电源的电压127V，为矿用安全电压。4.7 钻眼爆破安全及注意事项（1） 钻眼爆破安全技术钻眼爆破安全技术必须严格按煤矿安全规程有关规定执行。一般应注意以下事项：开眼时必须使钎头落在实岩上，如有浮矸，应处理好后在开眼。不允许在残眼上继续钻眼开眼时给风闸门不要突然开大，待钻进一段后，再开大为防止断钎伤人，推进凿岩机是不要用力过猛，更不要横向用力，凿岩时钻工应站稳，应随时提防突然断钎（2）爆破安全注意事项在规定的安全地点装配起爆药卷。爆破母线要妥善的挂在巷道的侧帮上，并且要和金属物体、电缆、电线离开一定距离；装药前要试一下爆破母线是否贯通。装药前应检查顶板情况，撤出设备与机具，并切断除照明以外的一切设备的电源、照明灯及导线也应撤离工作面一定的距离。装药前要细心地将药卷送到眼底，防止擦破药卷、装错雷管段号、拉断角线。有水的炮眼，尤其是底眼，必须使用防水药卷或加防水套，以免受潮而距爆。爆破后要等工作面通风散烟后，爆破员率先进入工作面，并进检查认为安全后方能进行工作。4.8 通风防尘及风机的选择（1） 通风方式掘进巷道是通风的目的有两个：一个是把爆破以后产生的有害气体在较短时间内排除工作面；另一个是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。因该斜井为独头掘进，故采用抽出式通风。这种通风方式的优点和缺点如下：优点是：可利用副井进风，进风段风速小，人行、运输条件好；不需专用进风井巷和井口密闭；排烟速度快，且风流主要在回风段调节，不妨碍人行运输，便于维护管理；矿井风压呈负压状态，对自燃发火矿井的防止火灾蔓延或主扇停风时不引起采空区有毒有害气体突然涌出方面比较有利。主要缺点是：当工作面经崩落空区与地表沟通时较难控制漏风；污风通过主扇，腐蚀性较大（2） 风压供应与供水压风供应空气压缩机也称压风机，是矿山四大固定设备之一。通过空气压缩机，可将自由空气压缩到所需要的压力而成为压缩空气，用以驱动风动机具，如风动凿岩机、风镐、抓岩机、风水泵等，在矿山岩巷开拓中广泛应用的喷混凝土技术，也用压缩空气作喷射动力。此外，矿山还经常用压缩空气进行清理水仓，驱动副井上下口的风动设备和主井上下口的风动设备。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50m处，以缩短供风路线和减少压力损失；站址应设在空气洁净、通风良好的地方，与易产生尘埃和废气的地方不小于50m，此外还有注意噪音问题空气压缩站应远离办公区，生活区。工作面风压管、供水管布置掘井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。掘井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，必须配备专用的通风、供水系统，并且予以恰当的布置。4.9防跑车措施（1）提升运输必须设置可靠的“一坡三挡”，地面距井口7m处设置可靠的阻车器；井口利用22kg/m轨道设置立柱，砼浇筑底座，利用1084.5mm无缝钢管加工第一道安全门，井口向下距第一道安全门15米处设置挡车栏，并与井口安全门联动；（2）井口向下距第一道挡车栏50m处设置第二道斜井跑车保护装置。距迎头不超过30m设置第三道挡车栏。随着井筒的沿伸跑车防护装置向前延伸五装岩与运输5.1 装岩机的选择装岩机按工作原理分立爪式、蟹爪式、铲斗式和耙斗式等；按使用的动力分电动、气动及柴油机驱动几种。耙斗式装载机耙斗式装载机适用于平巷及倾角不大于30的斜巷掘进装碴。按耙斗容积分类，分别适用于净断面4.5m、6m