井巷施工技术4、巷道断面设计

1 第四章巷道断面设计 巷道是井下生产的动脉 巷道断面设计合理与否 直接影响煤矿生产的安全和经济效益 巷道断面设计的内容与步骤是 首先选择巷道断面形状 确定巷道净断面尺寸 并进行风速验算 其次 根据支护参数与道床参数 计算出巷道的设计掘进断面尺寸 并按允许的超挖值 求算出巷道的计算掘进断面尺寸 然后 布置水沟与管缆 最后 绘制巷道断面施工图 编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 本章重点是拱形断面尺寸设计 2 位置及围岩性质用途及服务年限支护材料和支护方式掘进的方式和设备岩石巷道 锚喷支护 拱形断面煤层巷道 锚杆 锚索支护或金属支架 梯形断面 第一节巷道的断面形状 3 一 巷道净宽度的确定 定义 巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端间的平距 梯形巷道 车辆顶面水平间的宽度 无运输设备时 指底板起1 6m水平的宽度 宽度的计算 按规程要求进行 无设备时根据行人和通风的需要进行计算 4 B a 2A1 c t 2 4m a 非行人侧宽度 0 3m 综采0 5m A1 运输设备的最大宽度 见表4 1 c 行人侧宽度 0 8m 综采1 0m t 双轨巷道两列车对开时突出部分之间的距离 0 2m 综采1 0m 5 H h0 h3 hbh0 拱高 半圆拱h0 B 2 圆弧拱h0 B 3h3 墙高 只进不舍 并按0 1m进级墙高h3应满足巷道内 电机车架线 管道铺设 行人高度和 宽度 运输设备上缘距拱壁的安全间隙要求 二 巷道净高度的确定 6 对于架线电机车运输的巷道 一般按其中架线电机车导电弓子和管道装设高度要求计算即能满足设计要求 其他如矿车运输 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计算即可满足设计要求 但在人行道范围内1 8m以下 不得架设管 线和电缆 7 半圆拱 S B 0 39B h2 表4 8圆弧拱 S B 0 24B h2 表4 9 三 净断面面积 四 风速验算 各巷道最高风速表见表4 4 主要进风巷为6m s 8 五 巷道设计和计算掘进断面积 1 支护参数的确定 2 道床参数的选择 指钢轨型号选取 轨枕规格和道碴高度确定 3 巷道设计掘进断面 巷道净尺寸加上支护和道床参数 4 巷道掘进断面面积 再加上允许的超挖值 9 六 水沟及管线的布置 1 水沟 位置 坡度 纵向 3 5 形状 支护 设计规范 第9 5 12条大巷水沟应布置在人行道同侧 水沟宜采用混凝土浇灌 并设置预制钢筋混凝土盖板 当水中含煤泥较多 沿沟清理不便时 应在适当地点设置小型沉淀池 10 11 管 人行道一侧 1800mm 0 2m运输设备安全距离 线不同侧 否则0 3m 电话和信号电缆与电力电缆不同侧 否则在上方大于0 1m 电缆悬挂1 5 1 9m 两挂点小于3 0m 电缆与风筒0 3m 与运输设备安全距离0 25m 2 管线的布置 12 3 绘制巷道断面施工图 1 50 绘制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表 13 第三节巷道断面设计示例 某煤矿 年产设计能力为90万t 矿井属低瓦斯矿井 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 5t矿车运输 该大巷穿过中等稳定的岩层 岩石坚固性系数f 4 6 大巷需通过的风量为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 试设计运输大巷直线段的断面 14 年产90万t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 故选用高中强度螺纹钢锚杆 锚索和喷射混凝土支护 巷道断面为半圆拱形 一 选择巷道断面形状 15 查表4 1知ZK10 6 250电机车宽A1 1060mm 高h 1550mm 1 5t矿车宽1050mm 高1150mm 根据 煤矿安全规程 取巷道人行道宽C 840mm 非人行道一侧宽a 400mm 又查表4 2知本巷双轨中线距b 1300mm 则两电机车之间距离为 1300 1060 2 1060 2 240mm故巷道净宽度 B a1 b c1 400 1060 2 1300 1060 2 840 930 1300 1370 3600mm 二 确定断面尺寸 1 确定巷道净宽度B 2 确定巷道拱高h0 半圆拱形巷道拱高h0 3600 2 1800mm 半圆拱半径R 1800mm 16 1 按架线电机车导电弓子要求确定h3由表3 8中半圆拱形巷道拱高公式得式中 h4 轨面起电机车架线高度 按 煤矿安全规程 取h4 2000mm hc 道床总高度 查表3 5选24kg m钢轨 再查表3 7得hc 360mm 道碴高度hb 200mm n 导电弓子距拱壁安全间距 取n 300mm K 导电弓子宽度之半 K 718 2 359 取K 360mm b1 轨道中线与巷道中线间距 b1 B 2 a1 3600 2 930 870mm 故mm 3 确定巷道壁高h3 17 2 按管道装设要求确定h3式中 h5 渣面至管子底高度 按 煤矿安全规程 取1800mm h7 管子悬吊件总高度 取900mm m 导电弓子距管子间距 取300mm D 压气管法兰盘直径 D 335mm b2 轨道中线与巷道中线间距 b2 B 2 C1 3600 2 1370 430mm 故mm 18 3 按人行高度要求确定h3式中 j 距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm j 100mm 一般取j 100mm 故mm 综上计算 并考虑一定的余量 确定本巷道壁高为h3 1800mm 则巷道净高度H h3 hb h0 1800 200 1800 3400mm 19 由表3 8得净断面积式中h2 道碴面以上巷道壁高 h2 h3 hb 1800 200 1600mm故 10814400mm2 10 8m2净周长P 2 57B 2h2 2 57 3600 2 1600 12500mm 12 5m5 用风速校核巷道净断面积用式 3 6 校核 查表3 4 知vmax 8m s 煤炭工业设计规范 vmax 6m s 取vmax 6m s 已知通过大巷风量Q 28m3 s 代入式 3 9 得m s设计的大巷断面积 风速没超过规定 可以使用 4 确定巷道净断面积S和净周长P 20 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 服务年限大于10年等条件 查表5 15得锚喷支护参数 锚杆长l 8m 间距a 0 78 0 8m 排距a 0 8m 锚杆直径d 18mm 喷射混凝土层厚T1 100mm 故支护厚度T T1 100mm 6 选择支护参数 7 选择道床多数 根据本巷道通过的运输设备 已选用24kg m钢轨 其道床参数hc hb分别为360和200mm 道渣面至轨面高度ha hc hb 360 200 160mm 来用钢筋混凝土轨枕 21 由表3 8计算公式得 巷道设计掘进宽度B1 B 2T 3600 2 100 3800mm巷道计算掘进宽度B2 B1 2 3800 2 75 3950mm巷道设计掘进高度H1 H hb T 3400 200 100 3700mm巷道计算掘进高度H2 H1 3700 75 3775mm巷道设计掘进断面面积S1 B1 0 39B1 h3 3800 0 39 3800 1800 12471600mm2取S1 12 5m2巷道计算掘进断面积S2 B2 0 39B2 h3 3950 0 39 3950 1800 13194075mm2取S2 13 2m2 8 确定巷道掘进断面尺寸 22 已知通过本巷道的水量为160m3 h 现采用水沟坡度为3 查表3 11得 水沟深400mm 水沟宽400mm 水沟净断面积0 16m2 水沟掘进断面积0 203m2 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 通讯电缆挂在管子上方 三 布置巷道内水沟和管线 23 由表3 8计算公式得 每米巷道拱与墙计算掘进体积V1 S2 1 13 2 1 13 2m3每米巷道墙脚计算掘进体积V1 0 2 T 1 0 2 0 1 0 075 1 0 04m3 四 计算巷道掘进工程量及材料消耗量 24 每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2 1 57 B2 T1 T1 2h3T1 1 1 57 3 95 0 10 0 10 2 1 80 0 10 1 0 96m3每米巷道墙脚喷射材料消耗V4 0 2T1 1 0 2 0 10 1 0 02m3每米巷道喷射材料消耗 不包括损失 V V2 V4 0 96 0 02 0 98m3每米巷道锚杆消耗 仅拱部打锚杆 式中 计算锚杆消耗周长 1 57B2 1 57 3 95 6 2ma a 锚杆间距 排距 a a 0 8m 故 取为4故根 25 折合重量为 kg式中l 锚杆深度 l 1 8m d 锚杆直径 d 18mm 锚杆材料密度 7850kg m3 每排锚杆数为 N 0 8 11 3 0 8 9根每米巷道锚杆孔注砂浆消耗式中Sk Sm 分别为锚杆孔和锚杆的断面积则m2每米巷道粉刷面积 Sn 1 57B3 2h2式中B3 B2 2T 3 95 2 0 10 3 75m故Sn 1 57 3 75 2 1 60 9 1m2 26 根据以上计算结果 按1 50比例绘制出巷道断面图 图3 8 并附上工程量及材秒消耗量表3 12及表3 13 这些施工图表发至施工单位 作为指导施工的设