井巷工程-3-1巷道断面设计VIP

引子,(1)净断面应该满足哪些要求？(2)净断面、掘进断面（设计和计算）的区别？(3)断面设计的内容和步骤？,第一节矿井巷道类型与断面形状第二节巷道断面尺寸第三节水沟设计和管线布置第四节巷道断面设计示例,2巷道断面设计,一、巷道断面设计原则设计的原则：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，减小断面，取得最佳的经济效果，有利于快速施工。设计主要内容：选择断面形状和确定断面尺寸。,2巷道断面设计,二、巷道断面设计的步骤1.选择巷道断面形状;2.确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；3.根据支护参数和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；4.布置水沟和管缆；5.绘制巷道断面施工图，巷道特征表、每米工程量及材料消耗量表。,第一节煤矿巷道类型与断面形状,一、煤矿巷道类型1按照巷道用途划分（1）为开采水平服务的巷道：运输大巷、主石门等（2）为采区服务的巷道：采区集中巷、采区山下山等（3）为采煤工作面服务的巷道：工作面运输、回风平巷等（4）联络巷：连接2条或3条以上的短巷。（5）硐室：变电所、水泵房、绞车房等（6）交叉点,井巷工程,2按照巷道层位分（1）岩石巷道（2）半煤岩巷道（断面岩石的面积在1/5-4/5)（3）煤层巷道（断面煤层的面积在4/5以上),二、巷道断面形状分类：（一）折线型：矩形、梯形、不规则形；（二）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。,巷道断面形状,二、影响巷道断面形状选择的因素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）；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）；矿区富有的支护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）；木支架、工字钢支架和钢筋混凝土-梯形和矩形；U型钢支架或砖石、喷射混凝土-曲线断面；锚杆支护-任何形状的断面。掘进方法和设备（对于巷道断面形状的选择也有一定影响）；岩石平巷-钻爆法；全断面掘进机组-圆形巷道。需风量大的矿井，选择通风阻力小的断面形状和支护方式，有利于安全和具有经济效益。,巷道地压大小和方向与断面形状的选择,一、巷道净宽度B的确定二、巷道的净高度H三、巷道的净断面积S四、巷道风速V的验算五、巷道的设计掘进断面积和计算掘进断面积,3.2巷道断面尺寸,（1）直墙拱形巷道的净宽度指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。,（2）矩形巷道的净宽度巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。,（3）梯形巷道的净宽度1）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；2）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。煤矿安全规程要求的安全距离见表3-1,一、巷道净宽度B的确定,Ba十2A1十c十t（2.1）,A1运输设备的最大宽度(表2.2)，m；a非人行道侧宽度；c人行道的宽度；t运输设备最突出部分之间的间距。,（以直墙拱形巷道为例）：,一、巷道净宽度B的确定,煤矿安全规程（2016）,第二十二条运输巷两侧（包括管、线、电缆）与运输设备最突出部分之间的距离，应符合下列要求：（一）新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起1.6m的高度内，必须留有宽0.8m（综合机械化采煤矿井为1m）以上的人行道，管道吊挂高度不得低于1.8m；巷道另一侧的宽度不得小于0.3m（综合机械化采煤矿井为0.5m）。（二）巷道内安设输送机（皮带）时，输送机与巷帮支护的距离不得小于0.5m；输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于0.7m。（三）巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于0.3m。（四）在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起1.6m的高度内，必须留有宽1m以上的人行道，管道吊挂高度不得低于1.8m。,煤矿安全规程（2016）,第二十三条：在双轨运输巷中，2列列车最突出部分之间的距离，对开时不得小于0.2m，采区装载点不得小于0.7m，矿车摘挂钩地点不得小于1m。车辆最突出部分与巷道两侧距离，必须符合本规程第二十二条的要求。,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；电机车运输时曲线两端直线段加宽长度为3m。,巷道曲线段加宽,双轨巷道线路中心距加宽,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1-2或表2.3选取；,巷道净宽度的总体规定,1）拱形断面：(1)主要运输巷道：综采：3.0m；其它：2.2m。(2)其它巷道：2.0m2)矩形断面：2.0m3)梯形巷道：顶部一般要求1.8m，具体可根据标准顶梁尺寸和柱腿斜角来推算规定处的净宽度。此外还应满足如下规定：巷道的净宽度必须满足自道碴面起1.6m范围内，人行道宽度0.8m。按公式（3-1）计算的B值按照“只进不舍”的原则，以0.1m进级。,无轨（胶轮车）运输巷道的净宽度,主要根据通风、行人选取。1）主要运输巷道：(1)人行道：1.2m；另外一侧：0.5m。(2)列车对开间距：0.5m2)其它巷道：人行道：0.8-1.0m；另外一侧：0.3-0.5m。3)转弯和交叉处，根据无轨运输车转弯半径、运输间距确定。,二、巷道的净高度,1）矩形、梯形巷道：自碴面或底板到顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度。表3.4,2）拱形巷道净高：自碴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-hbH拱形巷道净高；h0拱形巷道拱高；h3拱形巷道墙（壁）高；hb巷道内道碴高度。,煤矿安全规程,第二十一条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。（二）采区（包括盘区，以下各条同）内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得低于1.8m。采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的净断面或净高，由煤矿企业统一规定。巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。,2）拱形巷道净高,（1）拱高h0常与巷道净宽的比来表示（高跨比）：半圆拱：h=R=B/2；圆弧拱：h=B/3；煤矿多用0.4B；提高圆弧拱的受力性能。（2）墙高（壁高）h3自巷道底板至拱基线的距离。,(2)拱形巷道壁高,设计要求：(1)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n；(2)管道的装设高度；(3)人行高度要求j；(4)1.6m高度人行道宽度C；(5)设备上缘至拱壁间最小安全间隙C。计算壁高h3，然后取大值。“只进不舍，0.1m进级”,关于巷道的净高度：（1）一般来说，对于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；（2）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。（3）以上计算的墙高h3值，必须按只进不舍的原则，以0.1m进级。,二、巷道的净高度(续),1）矩形巷道净断面积：SBHB巷道净宽；H巷道净高。2）梯形巷道净断面积：S(B1+B2)H/2；B1、B2巷道顶梁、底板处净宽；H巷道净高。3）半圆拱巷道净断面积：SB(0.39B+h2)h2碴面起的巷道壁高。4）圆弧拱巷道净断面积：SB(0.24B+h2)h2碴面起的巷道壁高。5）三心拱巷道净断面积：SB(0.26B+h2)h2碴面起的巷道壁高。,三、巷道的净断面面积,四、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。,四、巷道风速验算,五、巷道设计和计算掘进断面积,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,（一）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。支护形式过去，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主要形式。近来，锚喷支护和金属支架尤其锚喷支护已成为主要支护形式。支护参数通常根据巷道的类型和用途，巷道服务年限，围岩的物理和力学性质以及支架材料的特性、来源等因素，综合分析选择合理的支护形式。支护形式确定后，即可进行支护参数的选择。支护参数是指各种支架的规格尺寸，如U型钢的型号、锚喷支护的锚杆类型、长度、直径、间距和排拒，喷射混凝土的厚度与标号等。,（二）道床参数的选择,道床参数：钢轨型号、轨枕规格和道碴厚度。钢轨型号简称轨型，是根据巷道类型、运输方式及矿车容积和轨距来选取。轨型是以每米长度的质量来表示，如15、22、30、38kg/m等。轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。道床：一般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2030mm为宜。,（二）道床参数的选择,钢轨型号,轨枕规格,常用道床参数,（三）巷道的设计掘进断面积,巷道的净断面尺寸加上支架参数和道床参数便可得到巷道的设计掘进尺寸，从而求得巷道的设计掘进断面积。半圆拱巷道的设计掘进断面积：S1=B1（0.39B1+h3）；B1拱形巷道掘进宽度；h3墙高；圆弧拱巷道的设计掘进断面积：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3；B巷道净宽；T墙厚；梯形巷道的设计掘进断面积：S1=（B3+B4）H1/2；B3、B4顶梁、底梁设计掘进宽度；H1设计掘进高度。,（四）巷道的计算掘进断面积,考虑到巷道在施工内出现超挖观象，因此，设计掘进断面尺寸应加上允许超挖值，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炉材料消耗量。,2.2巷道断面尺寸,五、巷道断面尺寸计算公式梯形巷道断面尺寸和工程量、材料消耗计算公式，如表2.4所示。（47页）半圆拱巷道断面尺寸和工程量、材料消耗计算公式，如表2.6所示。（52页）圆弧拱巷道断面尺寸和工程量、材料消耗量计算公式，如表2.7所示。（54页）,贵州省要求,根据贵州省安监局和煤监局黔安监办2011205号文件：1.选用综采工艺的，运输巷净断面不得小于12m2，回风巷净断面不得小于10m2。2.选用高档普采工艺的，运输巷、回风巷净断面均不得小于8m2。3.选用炮采工艺的，运输巷、回风巷净断面均不得小于6m2。运输巷和回风巷巷道净高均不得低于2m，薄煤层巷道不得低于1.8m。,2.3巷道断面内水沟和管缆布置,一、排水沟布置设计1)排水沟断面系根据矿井排水量设计。2)排水沟一般布置在人行生产时通过该巷道的一侧，并尽量少穿越运输线路。3)平巷排水沟的坡度一般取35(或与巷道坡度相同)。4)常用的水沟断面及尺寸如图2-6、2-7和2-13所示。二、巷道管缆布置(设计)1)巷道内管线布置的原则“保证安全，便于安装、检修”。2)电力电缆与管道应布置在巷道的不同侧。3)电话和信号电缆应布置在电力电缆的另一侧。,一、水沟设计,（一）水沟位置（1）对于倾角16的巷道与人行台阶一侧；与人行台阶分设。（3）布置在巷道中间；（4）巷道横向水沟。,一、水沟设计,（二）施工要求（1）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。（2）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。（3）棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿距不小于300mm，图2-7。（4）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，盖扳顶面要与巷道碴面齐平。,一、水沟设计(续),一、水沟设计,（三）水沟断面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2-6和表2-13。,一、水沟设计(续),二、管缆布置,（一）管道布置（1）管道通常应布置在人行道一侧，也可布置在非人行道一侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上方，管道下部与道碴面或水沟盖板面保持1.8m以上的距离，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。（2）在架线式电机车运输巷道内，不要将管道直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。（3）管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。,二、管缆布置,（二）电缆布置（1）通信电缆和电力电缆不宜设在同一侧。（2）高压电缆和低压电缆在巷道同侧布置时，相互之间距离应大于0.1m以上；同时高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。（3）电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上的距离。（4）电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上。（5）人行道一侧最好不要敷设动力电缆。,三、绘制巷道断面施工图、编制两表,（1）按1:50的比例绘制巷道断面施工图；（2）巷道特征表；（3）每米巷道工程量及材料消耗量表。,2.4巷道断面设计示例,已知条件：某煤矿，年设计能力为90万t，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。巷道内敷设一道直径为200mm的压风管和一趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷直线段的断面。,一、选择巷道断面形状年产90万t矿井的第一水平运输大巷，一水平服务年限在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。故选用螺纹钢树脂锚秆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。,2.4巷道断面设计示例,二、确定巷道断面尺寸确定巷道净宽度B查表2-2（44页）知ZK10-6/250电机车宽A1=1060，高h=1550；1.5吨矿车宽1050，高1150。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。确定巷道拱高h0半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800；半圆拱半径R=h0=3600/2=1800。,2.4巷道断面设计示例,二、确定巷道断面尺寸确定巷道净宽度B=3600。确定巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800,确定巷道壁高h3,1）按架线电机车导电弓子要求确定h3,由表2.5中半圆拱巷道壁高公式得,2.4巷道断面设计示例,2）按管道装设要求确定h3,3）按人行高度要求确定h3,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。,2.4巷道断面设计示例,确定巷道净断面面积S和净周长P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）=10.8m2；净周长P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12.5m。,2.4巷道断面设计示例,用风速校核巷道净断面面积查表2.8，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=48m3/s，计算得：,设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。,2.4巷道断面设计示例,选择支护参数（180页，表6.6）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l0年等条件，得：锚喷支护参数；锚杆长2.0m，间距a=0.8m，排距a=0.8m，锚杆直径18，托板8mm厚150*150的方形钢板。树脂药卷锚固，锚固长度700mm，设计锚固力80KN。喷射混凝土层厚T1=l00mm，分两次喷射，每次各喷50mm，故支护厚度T=T1。,2.4巷道断面设计示例,选择道床参数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，道碴至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190。采用钢筋混凝土轨枕。,2.4巷道断面设计示例,确定巷道掘进断面面积巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道计算掘进宽度B2=B1+2=3800+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。,2.4巷道断面设计示例,三、布置巷道内水沟和管线（一）水沟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（62页）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。（二）管缆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2-10（69页）所示。,2.4巷道断面设计示例,四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量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