第三章--巷道断面设计VIP

第三章巷道断面设计,1.断面形状设计原则2.断面尺寸确定，梯形、拱形3.水沟、管线布置、断面尺寸确定实例,内容与步骤,1.形状、净断面尺寸、风速验算；2.设计掘进断面尺寸、计算掘进断面尺寸；3.布置水沟、管缆；4.绘制施工图、特征表、工程量及材料表。,巷道用途：行人、运输、通风、设备安装、安全、施工、检修,本章重点是拱形断面尺寸设计、高度确定、以及各参数的含义。,煤矿巷道类型用途分类层位分类二、常用的断面形状折线形：矩形、梯形和不规则形曲线形：半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、圆形、马蹄形及椭圆形,第一节巷道的断面形状,第一节巷道的断面形状,二、影响巷道断面选择的因素,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。矿区的支架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；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。需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。,补充几个定义,开拓巷道：一般来说，为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道，称为开拓巷道。准备巷道：为一个采区或数个区段服务的巷道，称为准备巷道。回采巷道：仅为采煤工作面生产服务的巷道，如区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼叫做回采巷道。,煤层倾角、厚度及其变化情况（即煤层稳定性）对采矿技术影响很大，所以在采矿工作中常将煤层据此加以分类。1、按煤层倾角分类煤层露天开采地下开采近水平煤层58缓倾斜煤层510825倾斜煤层10452545急倾斜煤层45452、按煤层厚度分类煤层露天开采地下开采薄煤层3.5m1.3m中厚煤层3.510m1.33.5m厚煤层10m3.5m,半圆拱形巷道,适用条件1、开拓、准备巷道和硐室2、顶压大、侧压小，无底鼓,圆弧拱形巷道,适用条件1、拱形成形好，施工方便2、多用于准备巷道3、跨度较大时，比前者断面利用率高,三心拱形巷道,适用条件1、与半圆拱形比承压能力小，断面利用率高2、围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室,梯形巷道,适用条件1、顶板暴露面积较矩形小2、多用于采区巷道,矩形巷道,适用条件1、断面利用率高2、顶压与侧压小，维护时间不长的采区巷道,马蹄形巷道,适用条件1、围岩软，有膨胀性2、顶压及侧压较大，具有一定底压,圆形巷道,适用条件1、周围压力较大2、其它巷道无法抵抗周围压力,不规则形巷道,适用条件1、在薄煤层中，为了不破坏顶板,第二节巷道断面尺寸的确定,梯形巷道净断面尺寸,1.净宽度的确定（内壁或锚杆外端之间的水平距离，通车时车辆顶面水平的巷道宽度，不通车时底板起1.6m水平的巷道宽度）Ba+2A1+c+n主要运输巷B2.4m采区巷道B2.0ma0.3m，安设输送机时a0.5m；非行人侧的宽度A1表32，运输设备的最大宽度；c0.8m（道碴面起1.6m高度）在人车停靠点c1.0m；行人侧宽度n0.2m，采区装载点0.7m，摘挂钩点1.0m；双轨列车之间的距离。,煤矿安全规程第二十二条新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，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）。巷道内安设输送机时，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。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。从巷道道渣面起1.6m的高度内，必须留有宽0.8m（综合机械化采煤矿井为1.0m）以上的人行道；,2.净高度的确定净高度：道碴面起至顶板内沿或锚杆终端的垂直高度。,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。架线电机车运输巷的净高必须符合第三百五十六条和第三百五十七条的有关要求。（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。第三百五十六条自轨面算起，电机车架空线的悬挂高度应符合下列要求：（一）在行人的巷道内、车场内以及人行道与运输巷道交叉的地方不小于2.0m；在不行人的巷道内不小于1.9m。（二）在井底车场内，从井底到乘车场不小于2.2m。（三）在地面或工业场地内，不与其他道路交叉的地方不小于2.2m。第三百五十七条电机车架空线与巷道顶或棚梁之间的距离不得小于0.2m。,3.巷道净断面面积S（B1+B2）H/2,煤炭工业矿建设计规范第3.3.4条采区巷道断面尺寸，应根据回采和掘进工作面的装备、运输、通风、行人、管线安装及采后断面压缩率复用要求等确定。综合机械化工作面胶带输送机顺槽巷道净断面不宜小于12m2，回风顺槽净断面不宜小于10m2，输送机上、下山的净断面不宜小于12m2，运料、通风和行人上、下山的净断面，不宜小于10m2。,4.风速验算煤矿安全规程规定巷道通过风量根据通风网络求得定值，必要性：风速大扬起煤尘、身心健康、工作效率、煤尘爆炸。,煤炭工业设计规范,巷道风速若选用国家现行标准煤矿安全规程规定的最高风速，不适应巷道变形、破坏以后的风速调整，同时巷道的通风能力没有余量，矿井在生产期间调整产量及改变巷道布置会很困难。,主要进风巷：,5.巷道的设计掘进断面积净断面面积支护面积道床面积支护参数的选择：支护方式与支护参数第六章内容。煤炭工业矿建设计规范第3.3.8条主要运输大巷、总回风巷及采区巷道支护形式的选择，应根据巷道埋深、围岩岩性、巷道用途及服务年限、巷道受采动影响的程度、通风安全要求等因素确定。岩石巷道宜采用光爆锚喷支护。煤层巷道和半煤岩巷道可采用金属支架、锚杆等支护。,道床参数的选择（是指钢轨型号、轨枕型号、道碴高度）钢轨（表4-5）：型号（15、18、22、24、30、38kg/m）轨枕（表4-6）：开拓巷道（预应力）钢筋混凝土轨枕采准巷道和回采巷道木轨枕,道床（表4-7）：厚度（不小于100mm，把轨枕1/22/3的高度埋入）、宽度（轨枕200mm）,第三百五十二条新建或改扩建的矿井中，对运行7t及其以上机车或3t及其以上矿车的轨道，应采用不低于30kg/m的钢轨。,巷道的设计掘进断面积表37半圆拱，39圆弧拱，表3-4梯形梯形断面S1(B3+B4)H1/2,6.巷道的计算掘进断面积（梯形）超挖值=75mmS2(B5+B6)H2/2,二.拱形巷道的断面尺寸的确定1.巷道净宽度的确定（拱基线）Ba+2A1+c+t2.4m2.巷道净高度的确定h=h0+h3hbh0拱高：半圆拱h0B/2；圆弧拱h0B/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。,按架线电机车导电弓子要求确定导电弓子外缘与拱璧间距n200mm（300mm）,施工与验收规范第6.6.6条架线电机车的导线吊挂高度，应符合下列数值：导线距巷道顶或棚梁之间不得小于200mm，距金属管线之间不得小于300mm。,按管道的安设要求确定导电弓子外缘与管子间距m300mm（300mm），管路到道碴面行人高度h51800mm。,k,按行人高度要求确定距壁j处有效高度1800mm，j100mm（200mm）,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。,3.净断面面积（半圆拱），（圆弧拱）半圆拱：S=B（0.39B+h2）（h2不包括道碴面的高度）圆弧拱：S=B（0.24B+h2）4.风速验算：5.巷道设计和计算掘进断面积半圆拱：S1=B1(0.39B1+h3)（B1设计掘进宽度，包括支护宽度）圆弧拱：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h36.巷道的计算掘进断面积超挖值=75mm半圆拱：S2=B2（0.39B2+h3）（B2计算掘进宽度，包括超挖宽度）圆弧拱：S2=0.24B2+1.27BT+1.57T2+0.24T+0.1B+0.01+B1h3,第三节水沟及管线的布置,一.水沟位置：行人侧坡度：纵向：35形状：倒梯形、矩形表3-12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。,二.管线的布置压风管、排水和供水管、动力和照明通信电缆。管（人行道一侧，距道碴、水沟盖板1800mm，0.2m运输设备安全距离）、线不同侧（否则在其0.3m以下，位于矿车翻轨弧线外侧）；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1.51.9m，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；,第四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ZK106/250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=46，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。,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，故选用钢筋砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道断面为半圆拱形。,二确定注的面面尺寸确定巷道净宽度B查表4-1知ZK106/250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,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确定巷道壁高h31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4-5选24kg/m钢轨，再查表4-7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/2a1=3600/2930=870mm。故mm,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h5=1800mm；h7管子悬吊件总高度，取取h7=900mm；m导电弓子距管子间距，取m=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/2C1=3600/21370=430mm。故mm,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。j100mm，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=h3hb+h0=1800200+1800=3400mm。,确定巷道净断面积S和净周长P由表4-8得净断面积式中h2道碴面以上巷道壁高，h2=h3hb=1800200=1600mm故=10814400mm2=10.8m2净周长P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500mm=12.5m用风速校核巷道净断面积用式（4-6）校核：查表4-4，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。,选择支护参数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，锚喷支护参数：锚杆长l.8m，间距a=0.780.8m，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。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=hchb=360200=160mm。选用钢筋混凝土轨枕。,确定巷道掘进断面尺寸由表4-8计算公式得：巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800mm巷道计算掘进宽度B2=B1+2=3800+275=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（0.393800+1800）=12471600mm2取S1=12.5m2巷道计算掘进断面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=13194075mm2取S2=13.2m2,三布置巷道内水沟和管线已知通过本巷道的水量为160m3/h，现采用水沟坡度为3，查表4-11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。四计算巷道掘进工程量及材料消耗量由表4-8计算公式得：每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S21=13.21=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,每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2T1）T1+2h3T11=1.57（3.950.10）0.10+21.800.101=0.96m3每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T11=0.20.101=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=1.573.95=6.2ma、a锚杆间距、排距，a=a=0.8m，故，取为4，故根,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：N0.8=11.30.89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=B22T=3.9520.10=3.75m故Sn=1.573.75+21.60=9.1m2,五绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量及材料消耗量根据以上计算结果，按150比例绘制出巷道断面图（图38），并附上工程量及材秒消耗量表312及表313。这些施工图表发至施工单位、作为指导施工的设计依据。,巷道断面设计作业,兖州矿业集团济宁三号井为1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。地面标高+38m，生产水平为520m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为，风量为；采用直流架线电机车牵引矿车运输。内设压风管1084.0一路和供水管763.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.40.5m，泥岩为1.01.3m。试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进工程量和材料消耗量，绘制巷道断面施工图。,单号：半圆拱，药卷规格32mm100g160mm1：3t矿车1、3、5：ZK76/2503：1.5t矿车5：1t矿车7：3t矿车7、9、11：ZK79/5509：1