井巷工程2.doc

目录一、 .已知参数二、 巷道断面形状的选择三、 .确定巷道净断面尺寸四、 .确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸(1).支护参数的选择(2).道床参数的选择(3).巷道掘进断面设计五、 .布置巷道管线六、 .计算巷道掘进工程量及材料消耗量一.已知参数1).年生产能力为30万吨2).斜井掘进中估计涌水量23m3/小时3).采用1.5t固定式矿车组提升4).斜井穿过中等稳定的石灰岩层和白云岩层,其坚固性系数f=685).斜井需风量为60m3/秒6).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的供水管二.巷道形状的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.前者如矩形、梯形、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。断面形状适用条件半圆供形目前开拓，准备巷道，而硐室普片采用的断面形状，多在顶压大侧压小，无底鼓得条件下使用。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。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，则选用直樯拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，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，往往也直接影响道巷断面形状的选择。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。近年来，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和圆形拱，三心拱也逐渐被淘汰。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30万t其服务年限应在15年以上，该运输大巷穿过中等稳定的石灰岩层和白云岩层，其岩石坚固性系数又在68，因此选择半圆形拱最合适。三. 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）(一）.井巷巷道进宽度 据井巷工程62页查表3-2可知MG1.1-6A固定式矿车宽A1=1050mm、高h=1200mm、长L=2400mm。根据煤矿安全规程且巷道人行道宽C=840mm、非人行道一侧宽a=400mm。故巷道净宽度：B=a+ A1+=400+1050+840=2290mm(二）.确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h0=B/2=2290/2=1145mm 半圆拱半径R= h0=1145mm(三）.确定巷道壁高h31.按管道装设要求确定h3h3h5+h7+hb-1816.5mm2.按人行高度要求求h31800+hb-1800+220-647=1373mm综上所述，考虑一定的余量，确定本巷道的壁高为h3=1820mm。则本巷道高度为H=h3-hb+h0=18200-220+1145=2745mm四.确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸1.支护参数的选择 过去大多数是架设棚式支架与砌筑石材整体支架来维护巷道，现在锚喷支护在矿山得到了较为广泛的使用。而支护主要包括下列几种方法； 1. 采用锚杆支护巷道，就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆架设在锚杆眼内，对巷道围岩给予人工加固。从而维护巷道的稳定性。锚杆的类型钢筋或钢丝绳砂浆锚杆；金属倒锲式锚杆；木锚杆；树脂锚杆；快硬水泥锚杆；快硬膨胀水泥锚杆；管缝式锚杆；可伸缩式锚杆。其作用原理：悬吊作用、组合梁作用、锚杆锲固作用、挤压加固作用。图表文献来自地下建筑工程设计与施工表9-42.喷射混凝土支护 喷谁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：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。喷射混凝土支护结构和支护厚度的选择，应综合考虑，围岩地质条件、结构物的工作条件、巷道有效跨度和服务年限等因素。3.锚喷支护及锚喷网联合支护 锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚杆联合支护，恰能做到使二者相互取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩石形成承载加固拱，喷射混凝土层的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。光弹模拟实验表明，用锚杆进行支护时，在两锚杆之间的围岩表面附近，会产生拉应力。如果岩石松软，则在拉应力作用下。可能产生局部的破坏和掉快，而局部小岩块的坠落又可能导致深部岩石的松动和破坏，这样将消弱岩石加固拱稳定性和承载能力。因此，锚杆与喷射混凝土联合使用，就可以防止局部岩块的松动和坠落，从而加固与提高了岩石拱的承载能力。 喷射混凝土能有效控制锚杆间的石块掉落，但其本身是脆性的，当岩石变形大时，易开裂剥落。解决方法之一就是在喷射混凝土中加刚纤维，增加混凝土的抗弯强度和韧性。另外就是在喷射混凝土之前敷设金属网，喷后形成钢筋混凝土层，提高了喷层的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚喷网联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层，金属网用钢筋直径一般为612mm，钢筋间距一般为200400mm。4联合锚杆支护组合锚杆支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护系统。其类型主要有锚网支护、锚梁（带）网支护和锚杆木行架支护。5.普通支架包括：木支架、金属支架、钢筋混凝土（棚式）、石材整体支护。 摘自井巷工程教材p1071396.选用的支护方式、优点及作用原理，以及支护材料的选取。锚杆支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，二和又可单独使用，成为锚杆支护与混凝土支护。锚杆支护还可与金属网联合进行支护。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，因此我们选择的是锚喷支护。1. 锚喷支护的优点：锚喷支护突破传统的支护形式和支护理论，吧再是消极的承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性，限制岩石的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体自身的支承作用。把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素，这是锚喷支护和一切旧支护形式最根本最本质的差别，也是锚喷支护大大优于其他支护形式的根本所在。 我国矿山大量使用锚喷支护的实践证明，锚喷支护不但可以用于比较稳定的岩层中，而且可以用于破碎带、断层多、有底鼓受强烈采动地压影响的巷道和大跨度的硐室。锚喷支护与其他支护形式相比，在技术上和经济上具有以下优越性。 由于锚喷支护是高压喷射成的混凝土层，致密、强度高，能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力，并与岩层构成共同承载整体。这样，支护厚度可减薄一半以上，掘进断面可减少1020。某矿对26000米锚喷巷道同料石碹巷道比较，少掘岩石91000m3，节省炸药91吨，料石78000 m3，坑木3600 m3，工日21.8万个，大大节约了投资。 工艺简单，操作方便，混凝土、砂浆直接喷到岩面，省去立模、拆模邓繁琐工序，节省了木材和钢材。 机械化程度高，减轻工人的笨重体力劳动。在平巷和立井施工中，料石砌碹，每个工人一个班搬运料石多则一万多井，而锚喷支护，除喷射手劳动强度较大外，其余工序都是机械操作。随着平巷喷射混凝土简易机械手的推广，以及立井喷射机械手的使用，为实现锚喷支护全部机械化施工打下良好的基础。 施工速度快、效率高，可以实现远距离输料，占用巷道空间少，为快速掘进，掘喷平行作业创造有利条件，平巷中锚喷支护功功效一般为0.20.35米/工，每米成巷35个工，掘进速度为100120米/月。最高700米/月以上，而料石碹每米成巷1015个工，一般掘进速度为6070米/月。最高240米/月。 锚喷支护可以紧跟工作面，取消临时支护，基本上解决支护落后掘进的矛盾。支护后的巷道失修率低，维护方便，并且可以处理冒顶，有利于安全生产。 节约坑木，减少巷道维修量。根据某矿对26054m巷道普查，锚喷15789.7m由于严重破坏而需要返工维修的占19%。锚喷支护巷道质量良好和基本良好的占全部锚喷巷道的96.5%，严重破坏而需要返修的仅占3.5%，锚喷支护的巷道局部破坏时 ，只在破坏处进行补喷即可，而坏棚坏碹返修时间需要全部拆除，重新砌碹和架棚。作用原理:： 悬吊作用：当巷道的直接顶板是一层或几层不稳定的岩层时，通过锚如一系列的锚杆，将直接顶板吊挂在其上部坚硬稳固的上部岩层上； 组合梁作用：将层状岩石的巷道顶板中安设锚杆以后，将锚杆长度以内的薄岩层石锚成一个整体，组合成一个岩石 板梁，从而提高了顶板岩层的强度和刚度。工人们形象的把这一作用比喻为“纳鞋底”、“打锚杆后围岩锚成一个整体，打多深的锚杆就等于砌了多厚的碹”。显然，以上两种支护原理，可以解释在层状岩层起到支护作用的道理，而对于块状层岩的支护作用就无法解释了。 挤压加固作用：锚杆将巷道围岩锚牢挤紧，起到对围岩的挤压加固作用。但这些作用原理，无法解释我国当时应用最广泛的钢丝绳砂浆锚喷的支护作用。因为这类锚杆无预应力，同样可以起到良好的支护作用。 减小跨度的作用:巷道顶板打了锚杆，就相当于在该处打了点柱，因而相当于使巷道顶板岩石悬露的跨度缩小了。7.锚喷材料的选择几中常用锚杆锚杆种类很多，而且常用的有金属楔缝式锚杆、金属倒楔式锚杆、普通木锚杆、压缩木锚杆和钢丝绳砂浆锚杆等几种。一般应根据地层、围岩性质、层节理的发育情况以及技术及原材料的供应情况来选定使用锚杆支护的形式。 金属楔缝式锚杆 安设锚杆时，先把楔块夹在杆体上端的楔缝中，一同轻轻送入钻孔，然后再杆体下端加保护套或拧上螺丝帽保护螺纹，在不断地锤击下，使楔快在尖劈作用下挤入楔缝，而使杆体上端张开并牢牢嵌紧孔底眼壁，最后，穿上托板，拧紧螺帽锚杆安装完毕。 楔缝式锚杆的锚固力一般可达到810t。（2）.道床参数的选择道床参数的选择是指钢轨型号,轨枕规格和道咋高度三者的确定。下面可根据图表说明道床参数。 常用道床参数表3-5巷道类型钢轨型号/kg道床总高度道咋高度道咋面至枕轨面垂高井底车场及主要运输巷道采区运输巷道上，下山可不铺道砟，轨枕沿底板浮放，也可在浮放轨枕两侧充填掘进矸石运输巷，回风巷钢轨型号是以每米长度的重量来表示的。煤矿常用的型号是15，22, 30和38。钢轨型号是根据巷道类型，运输方式及设备，矿车容积与轨枕来选用。巷道轨枕选择表3-10使用地点运输设备轨枕规格斜井箕斗人车运送液压支架设备车，.0t,1.5t平硐大巷井巷车场8t及以上机车3t及以上矿车2.4Mt/a及以上矿井送液压支架设备车301.0t ,1.5t22采区巷道2.4Mt/a及以上矿井送液压支架设备车30,221.0t ,1.5t22,15 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；木轨枕主要用于道岔等处，钢轨枕主要用于固定道床。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性，构建刚度大，节约木料，造价低等优点，所以应大力推广使用。常用的桂珍规格见表3-11。常用轨枕规格 表3-11 单位：mm轨枕类型轨距轨型/kg 全长全高上宽下宽木轨枕钢筋混凝土轨枕或预应力钢筋混凝土轨枕或道咋道床有钢轨及连接件，轨枕，道咋等组成。道咋道床的优点是施工简单，容易更换，工程造价较低，有一定的弹性和良好的排水性，并有利于轨道调平。但在生产过程中，煤，岩粉洒落在道床上之后，使其弹性降低，排水受到阻碍，可能影响机车正常运行。只要加强维修，这种道床完全能够满足机车运行要求。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，其厚度不小于100mm，并至少不轨枕1/22/3的 高度埋入道砟内，二者关系如图3-8所示。道床宽度可按轨枕长队再加200mm考虑。相邻两轨枕中心线距一般为0.70.8m,在钢轨接头，道岔和弯道处应适当减小。道床参数见表为了减少维护工作量和提高列车运行速度，大型矿井，特别是采用底卸式矿车运输时，井底车场和主要运输大巷应积极推广整体道床。固定道床一般是用混泥土整体浇注，将枕轨和道床固定在一起，这种道床具有维修工程量小，运营费用低，车辆运行平稳，运输速度高，服务年限长等优点。因此，这种道床主要用于大型矿井的斜井井筒，井底车场和个别运输大巷的轨道铺设中。但这种道床初期投资高，施工复杂，道床的弹性也较差。无轨运输巷道底板的岩石强度要求。否则需铺混泥土，其强度等级不低于C（3）.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：（）（）圆形拱巷道设计掘进断面积：（）梯形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。因此在计算布置锚杆的巷道周长，喷射混泥土周长和粉刷面积周长时，就应用比原设计净宽大的计算净宽作为计算的基础，以便保证巷道施工时材料应有的消耗量。则斜井巷道掘进断面尺寸为：由表3-7的公式得巷道设计掘进宽度B1=B+2T=2290+200=2490mm巷道计算掘进宽度B2= B1+2=2490+150=2640mm巷道设计掘进高度A1=H+hb+T=3065mm巷道计算掘进高度H2=H1+S=3065+75=3140mm巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)=2490(0.392490+1820)=6949839mm2=6.95巷道计算掘进断面面积：S2=B2(0.39B2+h3)=2640（0.392640+1820）=7522944 mm2=7.52五.巷道管线布置 巷道内排水沟外尚有管线需要布置，为了保证安全和便于检修，布置要点如下：一侧棚腿上部，管线则布置在另一侧棚腿下部，管径细的在上，粗的在下，与道渣面保持150mm距离，且任何一根管子与运行车辆的距离都不应小于200mm拱形巷道内，管道一般布置在人行道一侧，管