第一节-井巷断面设计

2020/6/7,1,第一节井巷断面设计,云南能源职业技术学院,井巷工程,2020/6/7,2,井巷断面设计的主要内容,一、概述二、巷道断面形状三、平巷断面尺寸的确定四、巷道断面内水沟和管线布置五、斜井断面设计六、竖井断面设计七、天井与溜井设计八、马头门设计,2020/6/7,3,一、概述1.巷道断面设计的重要意义巷道是井下生产的动脉。巷道断面设计，主要是选择巷道断面形状和确定尺寸大小，它是矿山井巷工程设计的一项主要内容。设计出的巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井巷工程概预算的依据。因此，巷道断面设计合理与否，直接影响矿山生产的安全和经济效益。2.巷道断面设计的基本原则在满足煤矿安全、生产和施工等方面技术要,2020/6/7,4,求的前提下，最大限度地提高断面利用率，缩小断面、降低造价，有利于快速施工，以获得最佳的经济效果。3.断面设计的内容和步骤巷道断面设计的内容和步骤是：（1）选择巷道断面形状。确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；（2）根据支架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；,2020/6/7,5,（3）布置水沟和管缆；（4）绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗量表。二、巷道断面形状选择（一）巷道断面形状1.巷道断面形状的类型（1）折边形：矩形、梯形、不规则形，如图61（a）、（b）、（c）及图62所示。（2）曲边形：半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、封闭拱形、椭圆形、圆形。如图61（d）、,2020/6/7,6,（e）、（f）（g）、（h）、（i）所示。,图61巷道断面形状a矩形；b梯形；c不规则形；d半圆拱形；e圆弧拱形；f三心拱形；g封闭拱形；h椭圆形；i圆形,2020/6/7,7,图62巷道断面形状,2020/6/7,8,2.各种形状断面的适用性讨论（1）矩形：断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压、侧压都小，服务年限短的巷道。（2）梯形：断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，故梯形断面常用于服务年限不长、断面较小或围岩稳定、地压不大的巷道。（3）不规则形：沿矿体走向开掘巷道时，为了不破坏顶板，根据矿体赋存情况，将巷道开成各种不规则形状。（4）拱形断面：常用于服务年限长（如一、,2020/6/7,9,二十年或更长）或围岩不稳定、地压较大的巷道。如图63所示。（5）椭圆形：四周压力都很大且不均匀时，可采用椭圆形。（6）圆形：四周压力均匀时，可采用圆形。（7）曲墙拱形：在松软或膨胀性大的岩层中开掘巷道，当顶压、侧压都很大时，可采用曲墙拱形（把墙也作成曲线形）。（8）封闭拱形：底鼓严重时，可用带底拱的封闭拱形。,2020/6/7,10,图63拱形巷道,2020/6/7,11,（9）木材、金属能抗压、抗弯；石材的抗压强度大，抗弯性能很差，梯形断面常用于木材、金属支架等棚式支架的巷道；拱形断面则常用于砖石、混凝土砌碹或金属拱形支架的巷道。（10）木棚子可具有较大的可缩性；金属棚子虽可缩性差，但可多次回收复用；而石材支架很难具有可缩性。（11）受采动影响大的回采巷道、准备巷道、常采用梯形；不受或受采动影响很小的开拓巷道、准备巷道，常采用拱形。,2020/6/7,12,（12）若使用可缩性金属拱形支架，即使是回采巷道也可以采用拱形。常用巷道断面及其适用条件如表61所示。（二）断面形状选择考虑因素1.巷道的位置及围岩性质巷道所处于的位置不同，围岩性质均有差异，一般情况下，在选择巷道断面形状时，以巷道地压大小和方向为主要因素。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，可选用直墙拱形断面；当顶压、侧,2020/6/7,13,表61常用巷道断面及其适用条件,2020/6/7,14,压都很大，尤其是有底压时，可采用封闭曲线形断面圆形、马蹄形或椭圆形等封闭式断面，它们的结构稳定，能承受多向压力。2.巷道的用途及服务年限巷道的用途和服务年限也是考虑选择断面形状不可缺少的因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用料石、混凝土和锚喷支护等拱形断面比较有利；服务年限在十年左右的采准巷道,采用金属支架或可缩性金属支架的梯形断面、锚网支护或锚网索支护的矩形断面、矩形略带拱形断面,2020/6/7,15,或折线型断面。3.支护方式和支护材料支护材料和矿区习惯的支护方式也是影响断面形状选择的一个因素。梯形或矩形断面巷道一般采用木支架、钢筋混凝土支架或金属支架支护，一些矿井常用工字钢或废钢轨作为支架材料。为克服矩形断面承受侧压性能差的缺点，我国也有一些矿井采用片石砌墙加钢梁的矩形断面作为主要运输大巷的断面形状。在巷道侧压小、顶板岩石较好的条件下，为避免挑顶破坏顶板的完整,2020/6/7,16,性，也可用锚杆支护的梯形、矩形及折线形断面。马蹄形、椭圆形和圆形等断面多采用料石、砌块砌碹或现浇混凝土支护，拱形断面除此之外，多采用锚网喷支护、U形钢支护。4.掘进方法及设备掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。近年来，由于锚喷支护广泛应用，为了简化设计和有利于施工，巷道断面多采用半圆拱,2020/6/7,17,和圆弧拱，三心拱逐渐被淘汰。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷中，选用圆形断面无疑更为合适，而断面利用率低就不再视为一个严重的缺点。5.通风要求在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力小的断面形状(曲线形)和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。6.注意问题上述因素，彼此密切联系而又相互制约，条,2020/6/7,18,件变化时，影响因素的主次地位也会发生变化。在选择巷道断面形状时，要统筹兼顾，必须综合考虑巷道围岩的性质、地压的大小和方向，巷道的服务年限、用途及位置，巷道的支护方式和支护材料等基本因素，要抓住主导因素兼顾次要因素，以选择最合理的巷道断面。一般先根据前两个因素确定支护方式和支护材料，再根据充分发挥围岩和支架力学性能的原则，确定巷道断面形状。开拓、准备、回采巷道的断面如图64。三、巷道断面尺寸的确定,2020/6/7,19,图6-4矿井生产系统示意图,2020/6/7,20,煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸取决于巷道的用途、存放或通过的机械、器材和运输设备的数量及规格、人行道宽度和各种安全间隙以及巷道的通风量等。为了简化巷道断面设计，提高设计效率和质量，煤矿设计部门根据标准化运输设备、巷道的用途及岩石坚固性系数f,编制了600mm和900mm轨距巷道断面施工图标准设计，可供选用。,2020/6/7,21,（一）巷道净宽度的确定1.主要尺寸（1）巷道的净高度（H0）；（2）巷道的净宽度（0）；（3）巷道的净断面积（S）。2.考虑的主要因素（1）巷道的用途；（2）存放或通过的机械，器材或运输设备的数量与规格；（3）人行道宽度与各种安全间隙；,2020/6/7,22,（4）通过巷道的风速。3.尺寸确定的步骤（1）根据规程、规范和设计因素确定净断面积尺寸；（2）进行通风风速验算；（3）根据支架参数、道床参数、计算出巷道的设计断面尺寸；（4）并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的掘进断面尺寸；（5）绘图、计算工程量和材料消耗表。,2020/6/7,23,4.巷道断面如图65、6所示,图65巷道净断面尺寸示意图B巷道净宽度；a运输设备到支架的间隙；A1运输设备的宽度；t两对开列车最突出部分间隙；C人行道宽度；b双轨运输线路中心线间距；H0巷道净高度；H1轨面起导电弓的高度；h3墙高；h0拱高；h5道碴高度；h6巷道底板到轨面高度；s轨距,2020/6/7,24,图66巷道净断面尺寸计算B巷道净宽度；a非人行道一侧的宽度；A1运输设备的宽度；t两对开列车最突出部分间隙；C人行道宽度；H巷道净高度；h3墙高；h0拱高；hb道碴高度,2020/6/7,25,（1）巷道净宽度的计算直墙拱形（矩形断面)拱形巷道的净宽度指直墙内侧的水平距离，如图66所示。可以用下面公式计算运输巷道净宽度。双轨Ba+2A1+C+t2.4m（61）单轨Ba+A1+C（62）式中：B巷道净宽度,m;a非人行道一侧的宽度,m。煤矿安全规程规定，非人行道一侧的宽度，a0.3m；巷道内安设输送机时，其与,2020/6/7,26,支护或碹墙最突出部分的距离及综合机械化采煤矿井，a0.5m；输送机机头和机尾处与支护的距离，a07m；A1运输设备的宽度,m。几种常用运输设备（如图67所示）的宽度和高度(轨道面以上)见表62；C人行道宽度，m。煤矿安全规程规定的人行道宽度，自道碴面起1.6m高度内，C0.8m；人车停车点和综合机械化采煤矿井，C1.0m；,2020/6/7,27,图67矿用电力机车,2020/6/7,28,表62几种常用运输设置主要计算尺寸mm,2020/6/7,29,t两对开列车最突出部分之间距离,m；煤矿安全规程规定，在双轨运输巷道中，两列对开列车最突出部分之间的距离，t0.2m；采区装载点，t0.7m；矿车摘挂钩地点，t1.0m。梯形巷道梯形巷道净宽，无运输设备的巷道指巷道净高的12处；有运输设备的巷道，指从巷道道渣面起1.6m的高度内设备外形轮廓的最大尺寸处的宽度。综上所述可知，运输巷道净宽度，由运输设备,2020/6/7,30,最大宽度和煤矿安全规程规定的人行道宽度以及有关安全间隙组成；无运输设备的巷道，应根据行人和通风需要选取。（2）需要注意的问题弯道处加宽在弯道处，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，要加大安全间隙，其值与车厢长度、轴距和弯道半径相关。,2020/6/7,31,一般外侧加宽200mm(20t电机车加宽300mm)，内侧100mm，双轨中线距300mm。为简化计算，内外侧均可加宽200mm。曲线相连的直线段除曲线段外，与曲线段两端相联的直线段也要加宽；其加宽段长度，对矿车运输巷道取1.53.5m；对电机车运输巷道，取35m。如图68所示。双轨曲线巷道两轨道中线距加宽起点也应从直线段开始，对电机车取5m，对3t或5t底卸式矿车取57m，对1,2020/6/7,32,t矿车取2m。两条平行轨道的中线距见表63。检查巷道净宽度确定后，还要检查其是否能满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车以及运输综,图68曲线段加宽,2020/6/7,33,表63双轨巷道轨道中心距数值mm,2020/6/7,34,采支架的要求。一般拱形断面的主要运输巷道净宽度不小于2.4m，采区巷道净宽度不小于2.0m，且确定的巷道净宽度，应按只进不舍的原则，以0.1m进级。梯形巷道断面的净宽度确定梯形巷道断面的净宽度，一般根据标准顶梁的尺寸、棚腿斜角推算巷道净宽度。要求巷道净宽度必须满足从道碴面起1.6m的高度内留有宽度不小于0.8m的人行道。,2020/6/7,35,（二）巷道净高度的确定矩形、梯形巷道的净高度是指自道碴面或巷道底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆出露终端的高度；拱形巷道的净高度是指自道碴面至拱顶或锚杆出露终端的高度（包括墙高和拱高）。1.煤矿安全规程规定（1）主要运输巷道和主要风巷的净高，自轨面起不得低于2m。架线电机车运输巷道的净高，必须符合规定：电机车架空线的悬挂高度，自轨面起在行人巷道、车场以及人行道与运输巷道交叉的地方,2020/6/7,36,不小于2m；（2）在非行人巷道内不小于1.9m；在井底车场，从井底到乘车场不小于2.2m；（3）电机车架空线与巷道顶或棚梁之间的距离不小于0.2m；（4）采区(盘区)内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内不得低于1.8m；（5）在人行道范围内1.8m以下不得架设管、线和电缆。根据上述规定，按表614求得梯形巷道的净,2020/6/7,37,高度H及其他高度(另外应考虑预留100mm下沉量)。2.有关巷道高度的具体选择（1）梯形断面巷道架线电机车运输时，轨面至棚梁的高度可取2200mm或2400mm，架线高则分别为2000mm或2200mm（即电机车架弓线和巷道顶或棚梁之间的距离不得小于200mm）；蓄电池电机车运输应不小于1900m；一般轨道上、下山及木棚支护的轨道巷可取1800mm。不设轨道的采区巷道，底板至棚梁的高度视巷道用途及巷道的倾角大小而定，一般不应小于1800mm。,2020/6/7,38,梯形巷道的棚腿与水平面的倾角一般为8082。（2）拱形断面巷道巷道底板到拱基线高h3是根据电机车架线高度、行人和管道架设等高度的要求计算确定。当用架线电机车时，要求h3满足导电弓顶端两切线交点与拱壁间距不小于200mm；当用蓄电池电机车或其他方式运输时，h3应保证人行道在高度1800mm的范围有不小于600mm的宽度为原则。在架线电机车运输的巷道顶部安装管路，则要求导电弓距管子的距离不得小于300mm，管子下边能满足1800mm高度的人行,2020/6/7,39,道。3.拱形巷道净高度的计算（1）净高度的计算对拱形巷道的净高度，要确定其净拱高和自底板起的壁(墙)高，如图66、9所示，其净高度为(63)式中H拱形巷道的净高度，m；h0拱形巷道的拱高，m；h3拱形巷道的墙高，m；hb道碴高度，见表67，m。,2020/6/7,40,图69巷道断面,2020/6/7,41,（2）确定拱高h0拱的高度常以与巷道净宽之比来表示，通常称高跨比。根据岩体力学原理可知，巷道顶压较大时，宜选择半圆拱形，顶压较小可选用低拱形。但拱高时，巷道断面利用不好，拱高小时，断面利用率较高。一般认为拱高h0=(0.350.4)B是合理的拱高范围。半圆拱的拱高h0为巷道净宽的1/2，即h0B/2。圆弧拱和三心拱形的拱高，一般取巷道净宽的1/3，即h0B/3。为提高圆弧拱的受力性能，也有取拱高h02B/5。金属矿山可取拱高h0,2020/6/7,42,(1/41/5)B。（3）确定墙高h3拱形巷道的墙高h3是指自巷道底板至拱基线的垂直距离(图65)。设计按架线电机车导电弓子顶端两切线的交点处与巷道拱壁间最小安全间隙、管道的装设高度、人行高度、1.6m高度人行宽度和设备上缘至拱壁最小安全间隙等要求，根据图610、图611和表63公式计算，取其最大者，以满足行人安全、运输通畅及安装和检修设备、管线、电缆的需要。,2020/6/7,43,图610半圆拱形巷道断面壁高计算a单轨；b双轨,2020/6/7,44,图611圆弧拱形巷道断面壁高计算a单轨；b双轨；c按行人,2020/6/7,45,注意设有架线电机车的巷道，一般按架线电机车导电弓子和管道安设高度的要求计算就能满足设计要求；其他巷道，一般只按行人高度计算即可满足设计要求。设计巷道时，若有两种以上情况，计算墙高后应取最大值，墙高h3应按只进不舍并以0.1m进级的原则确定。所以在进行拱形巷道净高设计时，通常主要设计工作在于确定拱形巷道墙高（即巷道底板至拱基线之间的距离）。,2020/6/7,46,通常墙高是根据电机车架线要求计算后，再按行人及管道架设等要求验算，经比较后确定选用其中的最大值。半圆拱形巷道的壁高h3(见图6-12)a.按“架线电机车导电弓子高度”要求计算：式中h4电机车导电弓子高度，2.0m（行人），1.9m（不行人），井底车场2.2m。（356条）；hc道床总高度；,2020/6/7,47,图6-12半圆拱形巷道壁高h3的计算图,2020/6/7,48,R半圆拱半径；n导电弓子外缘与拱壁之间的安全间隙(一般取300)；K导电弓子宽度之半；b1轨道中心线与巷道中心线间隙。b.按“管道的装设高度”要求双轨巷道：单轨巷道：,2020/6/7,49,式中m导电弓子与管子之间的安全间隙(一般取400500)；h5管子吊挂的下缘高度，h51800mm。c.按“人行高度”要求计算：式中j大于100，一般取200mm。d.按“1.6m高度人行宽度”要求双轨巷道：,2020/6/7,50,单轨巷道：式中C运输设备上缘和拱璧间距(一般大于等于700mm)；e.按“设备上缘距拱璧的最小安全间隙”要求计算：双轨：单轨：,2020/6/7,51,非人行侧：式中a运输设备上缘与拱壁间间距，一般取200。（三）巷道净断面面积巷道的净宽和净高确定后，巷道的净断面面积S便可求出。半圆拱巷道净断面面积为：(64)圆弧拱巷道净断面面积为：(65)梯形巷道支架棚腿与水平面一般有8082的,2020/6/7,52,倾角，需按表614求出巷道顶部净宽B1与底部净宽B2后，再计算。梯形巷道净断面面积为：(66)以上各式中符号意义见图66、图610和表63。（四）巷道风速验算巷道的通风量是根据矿井生产通风网络而得，通风量确定后，断面越小风速越大。风速大，既会扬起岩粉煤尘，损害工人身体健康，影响工作效率，,2020/6/7,53,又会引起瓦斯煤尘爆炸事故。煤矿安全规程规定：巷道允许最高风速见表64。但是，按煤炭工业设计规范规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s以满足矿井增产和经济风速的要求。所以设计的巷道净断面，必须进行风速验算，即(67)式中v通过巷道的风速，m/s；Q设计要求通过巷道的通风量，m3/s；S巷道的净断面面积，m2；vmax巷道允许通过的最大风速(见表64)，,2020/6/7,54,m/s。,表64井巷中的允许风流速度,注：1.没有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8ms；梯子间四周经封闭后，井筒的最高允许风速可按表中规定执行。2.无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于表中的规定值，但不得低于0.5ms。3.综采工作面采取煤层注水浸润煤体和采煤机喷雾降尘等措施后，经批准风速可以适当加大，但不得超过5ms。,2020/6/7,55,m/s。对于低瓦斯矿井，按上述方法设计的巷道净断面均能满足通风要求。但对于高瓦斯矿井一般不满足，还要根据允许的巷道最高风速和煤炭工业设计规范的要求重新计算。（五）巷道设计和计算掘进断面面积1.道床参数的选取钢轨以下的部分称为道床。道床参数包括钢轨型号、轨枕规格和道碴高度。（1）钢轨,2020/6/7,56,煤矿常用的钢轨有11kg、15kg、18kg、22kg、24kg、30kg、43kg等型号。应根据巷道类型、运输方式及设备、矿车容积和轨距等选择钢轨型号，如表65所列。（2）轨枕轨枕的类型和规格要与钢轨型号相适应，现主要使用钢筋混凝土轨枕，木轨枕一般用在道岔处。常用的轨枕见表66。（3）道碴选用坚硬、不易风化的碎石或卵石作道床道碴，,2020/6/7,57,粒度以2030mm为宜，且不应掺有碎末等杂物，保持适当孔隙，以利排水和具有良好的弹性。道碴高度也应与钢轨型号相适应，其厚度不得小于100mm，至少要将轨枕1/22/3的高度埋在道碴内，见图613。,图613道床尺寸关系,巷道底板结构图1钢轨；2垫板；3轨枕；4道碴,2020/6/7,58,（4）道床宽度道床宽度应比轨枕长200mm，轨枕中心线距一般为0.70.8m，但在钢轨接头、道岔和弯道处应适当减小。常用道床参数见表67。,2020/6/7,59,（4）道床宽度道床宽度应比轨枕长200mm，轨枕中心线距一般为0.70.8m，但在钢轨接头、道岔和弯道处应适当减小。常用道床参数见表67。,2020/6/7,60,（5）整体(固定)道床另外，还有种整体(固定)道床，用于大型矿井特别是采用底卸式矿车运输的井底车场和主要运输大巷，以减少维护工作量、降低经营费用和提高列车运行速度。这种道床是用混凝土一次浇灌而成，也可在轨道下铺设轨枕后，再浇灌混凝土。2.支护参数的确定（1）支护形式巷道支护优劣是影响煤矿技术经济指标和安全生产的重要因素。棚式支架和料石、混凝土砌碹是,2020/6/7,61,煤矿巷道的传统支护形式。随着金属支架和锚喷支护的快速发展，锚喷支护在岩石巷道所占比例已超过70。一般应根据巷道的类型和用途、服务年限、围岩的物理力学性质以及支架材料的特性和来源等，综合分析并选择合理的支护方式。其原则应力求强度大、能就地取材、施工方便、经济耐用、维修量小。（2）支护参数确定支护方式后，再选择支护参数。支护参数是指各种支架的规格尺寸，如矿用工字钢和U型钢,2020/6/7,62,的型号，锚喷支护的锚杆类型、长度、直径、间距和排距，喷射混凝土的厚度与标号等。（3）支护参数的选择目前，锚喷支护已形成系列，包括喷射混凝土支护、锚杆支护、锚喷支护、锚网喷支护、锚网索喷支护、锚网喷与金属支架的联合支护、锚网喷与混凝土的联合支护等。各种形式的支护参数，参考表68、表69、表610和表611选择。3.巷道设计及计算掘进断面面积巷道净尺寸加上支护和道床参数，就是巷道设,2020/6/7,63,计的掘进尺寸，再算出巷道设计的掘进断面面积。半圆拱形巷道设计掘进断面面积为：(68)圆弧拱形巷道设计掘进断面面积为：(69)梯形巷道设计掘进断面面积为：(610)式中符号意义参见图66、图610和表612、表613、表614。巷道设计掘进断面尺寸再加允许超挖误差,2020/6/7,64,(规定为75mm)，就是巷道计算掘进断面尺寸。所以，在计算锚杆巷道、喷射混凝土巷道和粉刷面积周长时，应在设计掘进宽度的基础上增加2来计算掘进宽度，以便保证施工过程中的材料消耗量。4.巷道断面计算公式锚喷支护半圆拱形、圆弧拱形和梯形巷道断面的计算公式，见表612、表613和表614。四、巷道断面内水沟和管线布置（一）巷道内水沟布置1.水沟布置,2020/6/7,65,设计巷道断面，应根据矿井生产时通过该巷道的涌水量设计水沟。水沟一般布置在人行道一侧，并尽量避免穿越运输线路。在特殊情况下，可将水沟布置在巷道中间或非人行道一侧。2.水沟坡度平巷水沟坡度取35，或与巷道坡度相同，但不小于3。3.水沟支护运输大巷可用混凝土浇筑水沟，也可将钢筋混凝土预制件运到井下铺设。采区中间巷的水沟，应,2020/6/7,66,根据巷道底板性质、服务年限、涌水量和运输条件等考虑是否支护。回采巷道服务年限短、排水量小，其水沟不用支护。4.棚式支架棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿应不小于300mm，水沟中心线至轨道中心应不小于1100mm。如图615所示。5.水沟盖板主要运输大巷和倾角小于15斜巷的水沟应铺设钢筋混凝土预制盖板，盖板顶面与道碴面齐平，,2020/6/7,67,以便行人。无运输设备的巷道或倾角大于15的斜巷以及采区中间巷和顺槽可不设盖板。当混凝土支护或不支护时，水沟侧帮坡度一般为1：0.11：0.25；水沟充满系数取0.75；水沟中的最大流速：当混凝土支护时为510ms；不支护时为34.5ms；水沟的最小流速应满足泥砂不沉淀的要求。6.水沟断面形状水沟断面形状有对称倒梯形、倒直角梯形和矩形几种，其断面尺寸应根据水沟的流量、坡度、支护材料和断面形状等确定，常用水沟断面及尺寸见,2020/6/7,68,图614拱形巷道水沟断面,图615采区梯形巷道水沟断面,2020/6/7,69,图614、图615。也可直接在表615中选取。（二）管线布置巷道内管线布置的原则是要保证安全和便于架设与检修，如图616所示。其要求如下：1.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，则管道下部与道渣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。,2020/6/7,70,图616（a）巷道管线布置图；（b）管道敷设大样图1洒水管；2压风管；3机车架线；4动力电缆挂钩；5信号电缆挂钩；6日光灯及保护架,（a）,（b）,2020/6/7,71,（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。1.电缆布置（1）井筒和巷道内的通信电缆和电力电缆不宜设在同一侧。（2）如受限制必须在同一侧时；在井筒内通信电缆应敷设在距动力电缆上方0.3m以外的地方；在,2020/6/7,72,巷道内，通信电缆应敷设在动力电缆上方0.1m以上的地方。（3）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。（4）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。（5）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,2020/6/7,73,运输设备上。其高度一般为1.51.9m，电缆悬挂点的间距不大于3.0m，电缆与运输设备之间的安全距离不小于0.25m。（6）人行道一侧最好不要敷设动力电缆。,五、巷道断面设计示例,我国煤矿设计部门对常用的巷道断面已编制出巷道断面施工图标准设计，可供查阅选用。现举例说明巷道断面设计的步骤和方法。（一）已知条件某煤矿年设计能力为90万t，为低瓦斯矿井，,2020/6/7,74,采用中央分列式通风，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60m3/h，采用ZK106/250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，大巷需通过的风量为28m3/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。（二）选择巷道断面形状年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一股眼务年限在20年以上，采用600mm轨距双轨运输的大,2020/6/7,75,巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用螺（左旋）纹钢树脂锚秆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。（三）确定巷道断面尺寸1.确定巷道净宽度B查表6-1知ZK106/250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6-2知本巷道双轨中心线b=1300，则两电机车之间的距,2020/6/7,76,离为：1300-（1060/2+1060/2）=240200mm,符合安全要求。故巷道净宽度：B=a1+b+c1=（400+10602）+1300（10602+840）=930+1300+1370=3600mm2.确定巷道拱高h0半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800，其半圆拱半径R=h0=1800。3.确定巷道壁高h3,2020/6/7,77,（1）按架线电机车导电弓子要求确定h3根据表6-3中半圆拱巷道拱高公式得：,式中h4轨面起电机车架线高度，按煤矿安全规程规定：取h42000mm；hc道床总高度。根据表65选24kg/m钢轨，又根据表67得hc360mm，道碴高度hb=200mm；n导电弓子距拱壁的安全距离，取n=,2020/6/7,78,300mm；K导电弓子宽度之半，K718/2=359mm，取K360mm；b1轨道中线与巷道中线距离，b1=B2-a1=36002-930=870mm。,mm,（2）按管道装设要求确定h3，即：,式中h5碴面至管子底高度，按煤矿安全规程,2020/6/7,79,规定：取h5=1800mm；h7管子悬吊件总高度，取h7=900mm；m导电弓子距管子距离，取m=300mm；D压气管法兰盘直径，D=335mm；b2轨道中线与巷道中线距离，b2=B/2-C1=3600/2-1370=430mm。,mm,（3）按人行高度要求确定h3，即：,2020/6/7,80,式中j距巷道壁的距离，距壁j处巷道有效高度不小于1800mm，j100mm，一般取j=200mm。,mm,根据上述计算，并按管道要求且考虑一定的富余量，确定本巷道壁高为h3=1800。则巷道高度为：H=h3-hb+h0（R）=1800-200+1800=3400。4.确定巷道净断面面积S和净周长P由表6-12得净断面面积,2020/6/7,81,S=B（0.39B+h2）式中h2为道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb=1800-200=1600。故S=3600（0.393600+1600）=10814002=10.8P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500=12.5m5.用风速校核巷道净断面面积查表6-4，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=28m3/s，计算得：,2020/6/7,82,设计确定的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。6.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、服务时间大于l0年等条件，根据表61选择锚喷支护参数；锚杆长1.8m，间距a=0.8m，排距a=0.8m，锚杆直径d=18，喷射混凝土层厚T1=l00mm，而锚杆露出长度T2=50mm。故支护厚度T=T1=100。,2020/6/7,83,7.选择道床参数根据本巷道通过的运输设备，选用24kg/m的钢轨，其道床参数hc=360、hb=200，道渣面至轨面高度ha=hc-hb=360-200=160。选用钢筋混凝土轨枕。8.计算巷道掘进断面尺寸（根据表612）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。,2020/6/7,84,巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700。巷道计算掘进高度H2=H1+=3700+75=3775。巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1800）=124716002，取S1=12.5。巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=131940752，取S2=13.2。（四）布置巷道内水沟和管线,2020/6/7,85,已知通过本巷道的水量为160m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表6-15，确定水沟深400、宽400，水沟净断面面积0.16，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。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6-17所示。（五）计算巷道掘进工程量和材料消耗量根据表612知：每米巷道拱与墙计算掘进体积,2020/6/7,86,图6-17运输大巷断面施工图,600,2020/6/7,87,V1=S21=13.21=13.2m3每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2-T1）T1+2h3T11=1.57（3.95-0.10）0.10+21.800.101=0.96m3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每米巷道墙脚喷射材料消耗,2020/6/7,88,V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）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P1为计算锚杆消耗周长,P1=1.57B2=1.573.95=6.2m；M、M为锚杆间距、排距M=M=0.8m。，取值为4，则N(24+1)/0.811.3根,2020/6/7,89,折合质量为其中，l为锚杆深度，l1.8m；0.05m为锚杆露出长度；d为锚杆直径，d=18mm；为锚杆材料密度，=7850kg/m3。每排锚杆数为根每米巷道锚杆注孔砂浆消耗其中，Sk、Sm分别为锚杆孔和锚杆的断面积。则每米巷道粉刷面积,2020/6/7,90,式中B3为计算净宽则(六)绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和材料消耗量表根据计算结果，按1：50比例绘制巷道断面图(图617)，并附工程量及材料消耗量表(表616及表617)。,2020/6/7,91,六、斜井断面设计,斜井是地表或地下有一个出口的倾斜井筒，是采用斜井开拓的大中型地下矿山最重要的咽喉工程，它承担着地表生产系统与井下生产系统或地下不同阶段生产系统之间连通的重任。如图618所示。,2020/6/7,92,图618水城大河边矿斜井开拓,2020/6/7,93,（一）斜井常用断面斜井常用断面一般为半圆形、三心拱形和梯形，在围岩不稳固、侧压和底压大的矿山为保护斜井安全，也采用圆形、马蹄形、椭圆形等。断面尺寸根据斜井用途、提升运输设备、管线布置、人行道、支护厚度等确定；对于通风井，其断面尺寸根据所需通风量和风速确定。（二）提升方式（图619）斜井可采用各种提升容器（提升方式），斜井所能适应的斜井倾角可按以下原则进行选取：,2020/6/7,94,图619矿井提升方式分类,2020/6/7,95,1.串车提升井筒倾角最好为15-20，最大不超过25。2.箕斗提升（图620）一般取20-30，个别情况大于35。胶带运输机提升，一般不大于17，个别情况可达18。倾角在斜井全长内应保持不变，或变化很小，特别不允许上大下小，否则对提升、运输带来不利影响。（三）井筒断面形状与设备布置斜井井筒断面布置形式按提升类型可分三种情况：,2020/6/7,96,图620斜井箕斗提升系统示意图,2020/6/7,97,1.胶带机斜井断面布置断面内布置设有胶带机、检修道和人行道。有的矿山将检修道兼作提人的人车道。按照胶带机、检修道和人行道的相对位置，其断面布置分为三种方式，如图621所示。图a布置方式的优点是：工作人员在检修胶带机和轨道、装卸设备以及清扫撒矿都比较方便，故国内采用的较多。2.箕斗斜井井筒断面布置规程规定，箕斗斜井禁止进风，一般也不铺设管缆（洒水管除外），故断面布置较简单，断,2020/6/7,98,图621断面布置方式（a）人行在中部；（b）检修道在中部；（c）胶带机在中部；A、F提升设备至井帮的距离；B胶带机宽度；C人行道宽度；D矿车宽度；E人行道在右侧时两提升设备的间距,2020/6/7,99,面尺寸也以箕斗的尺寸为主要依据，而人行道与水沟以设于同侧居多。3.串车斜井井筒断面布置斜井中无论是单轨还是双轨，其断面布置均按轨道、人行道、管路和水沟的相对位置,分为以下四种：（1）管路和水沟布置在人行道一侧如图622a所示，此种布置使管路距轨道稍远，万一发生跑车或掉道事故，不易砸破管路，且水管架在水沟上，斜井断面利用较好，缺点使行人出入躲避硐时，因,2020/6/7,100,管路妨碍不够方便和安全。,图622管路和水沟布置A矿车宽度；C非人行道侧宽度；D人行道侧宽度。,2020/6/7,101,（2）管路和水沟布置在非人行道一侧如图622b所示，管路靠近轨道，易被跑车或掉道车砸坏，但出入躲避硐安全方便。（3）管路和水沟分开布置，管路布置在人行道一侧如图622c所示，它与图622a相似，此时需要加大非人行道宽度以布置水沟。,（4）管路和水沟分开布置，如图622d所示，它与图622b相似，但人行道一侧应适当加宽。,图622A-矿车宽度；C-非人行道侧宽度；D-人行道侧宽度,2020/6/7,102,考虑到以后可能扩大生产和运送大型设备，矿山采用后两种布置较多，其缺点是断面稍大，工程量有所增加。（四）斜井井筒断面尺寸斜井断面尺寸的确定方法，与平巷断面的确定方法基本相同，即根据斜井的用途和通过斜井的运输设备类型、数量、人行道宽度和各种安全间隙要求，并考虑水沟、管路、电缆等的合理布置，并用通过该巷道的允许风速进行校核后确定。（五）斜井井内设施,2020/6/7,103,1.斜井防滑设施斜井中当矿车或箕斗运行时，迫使轨道沿倾斜方向产生很大的下滑力，轨道下滑会引起上部轨缝增大，下部轨缝缩小，甚至使上部轨道接头处螺栓被拉断，从而影响行车安全。为此，当倾角超过25时，轨道必须采取防滑措施，方法是将钢轨固定在斜井底板上。通常是每隔3050m，在斜井底板上设一混凝土防滑底梁，或用其他的固定装置将轨道固定，以达到防滑目的。有的先固定枕轨，再固定钢轨，有的直接固定钢轨。,2020/6/7,104,2.人行台阶与扶手根据斜井倾角大小的不同，设置人行台阶与扶手。台阶踏步尺寸可按下表选用。倾角30左右时，须设扶手，扶手常为钢管或塑料管作成。置于距斜井井帮80-100mm处。3.水沟水沟坡度与斜井坡度相同：因水沟内水流速度较大，故水沟多用混凝土浇筑。若井筒围岩稳定，又基本无水，可不设水沟。斜井除有纵向水沟外，还须设横向水沟逐段截水排至纵水沟，以避免斜井,2020/6/7,105,底板作为矿井排水通道。横向水沟设置在含水层下方，胶带机斜井的接头硐室上方以及井底车场与斜井连接处附近。4.管路与电缆通常铺设在副斜井内，一是方便检修，二是副井提升频率比主井小，对管缆的安全因素要大。管缆的铺设要求与平巷的铺设要求相同。5.躲避硐按规定在串车斜井或箕斗斜井中，提升时一律不准行人。但生产实践中，又必须有检修人员在提,2020/6/7,106,升间隙内进行检修作业，为了检修人员安全考虑，在斜井内须安设躲避硐，通常躲避硐间的距离为30-50m，硐室的宽为1m、高1.6-1.8m、深1-1.2m。斜井井内设施见图623串车斜井井筒断面实例。七、竖井断面设计（一）概述1.竖井井筒分类竖井井筒按其用途又分为主井、副井、混合井和风井。,2020/6/7,107,图623串车斜井井筒断面实例,2020/6/7,108,（1）主井主井是专门用作提升矿石的井筒，在大、中型矿井中，提升矿石的容器多采用箕斗，所以主井又常称作箕斗井。（2）副井副井是用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒，并常兼作入风井，由于副井采用的提升容器是罐笼，所以副井又称为罐笼井。在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时，该井筒称为混合井，它主要用于小型矿井和,2020/6/7,109,老矿井改扩建的延深井。（3）风井风井尽管有时也安设有提升没备，该井筒仍然按其主要用途命名为风井。2.竖井井筒的组成竖井井筒的组成自上而下可分为：井颈、井身和井底三个部分，如图624所示。,图624主井井筒纵断面1壁座；2箕斗装载硐室；3水窝；4收集撒煤漏斗,2020/6/7,110,（1）井颈井颈的深度可为浅表土的全厚，也可为厚表土深度的一部分。一般要求井颈的深度为15-20m。井颈部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配有钢筋。（2）井身井颈以下至井底车场水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主要组成部分。（3）井底井底车场水平以下部分的井筒叫做井底,2020/6/7,111,罐笼井的井底深度一般为l0m左右；箕斗井井底深度一般为3575m，风井井底深度45m。3.井筒设计与井筒施工的关系井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一。竖井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5%左右，而工期却占矿井井筒总工期的4050%。井筒工程施工的快慢直接影响其它井巷工程、有关的地面工程和机电安装工程的施工。因此，加快井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节。同时，井筒是整个矿井的咽吼,其,2020/6/7,112,设计和施工质量的优劣，直接关系着矿井建设的成败和生产时期的使用。（二）井筒断面设计1.竖井井筒断面布置形式（1）竖井井筒横断面形状有圆形和矩形两种。矩形多用木支护，适于服务年限短(15年以下)，提升量小，井筒穿过岩层的物理力学性质较好，无渗水或少渗水的中、小型矿山。（2）矩形井筒的特点是通风阻力大，但断面利用率较高。圆形井筒多采用料石、混凝土块、钢筋,2020/6/7,113,混凝土支护，少数井筒用砖支护。竖井采用喷射混凝土支护的越来越多，特别是配合钢丝绳罐道多绳提升，其优越性更加显著。（3）圆形井筒多用于提升量大，服务年限长(大于15年)，地压较大的大、中型矿山。圆形井筒的特点是通风阻力小、维护费少，但断面利用率低。（4）井筒断面形状及支护形式的选择主要考虑井筒用途、井筒装备、服务年限、井筒所穿过岩层的物理力学性质、水文地质等条件，还要考虑施工方便。,2020/6/7,114,（5）另外，井筒横断面布置应力求紧凑，也要保证必要的安全间隙，以达到既经济合理又安全的目的。由于井筒的用途和所采用的设备不同，井筒横断面布置方式是多种多样的。如图6-25、26所示。在图6-25的a、b、c、d中，采用的是刚性罐道；e和f采用的是钢丝绳（或柔性）罐道。刚性罐道的布置方式有单侧布置（6-25，c）、双侧布置（6-25，a，d）和正面布置（6-25，b）三种。,2020/6/7,115,1,图6-25井筒断面布置方式1箕斗；2罐笼；3梯子间；4管路电缆间；5罐道梁；6刚性罐道；7钢丝绳罐道；8防坠钢丝绳；9防撞钢丝绳,2020/6/7,116,图6-26罐道梁的布置方式,2020/6/7,117,钢丝绳罐道的布置方式如图6-25e和f所示。钢丝绳罐道的根数为24根，在大、中型矿井中通常采用四根罐道。四根钢丝绳罐道可布置在提升容器的一侧或布置成四角形。2.提升容器选择提升容器的选择是由井筒用途和矿井年产量决定的。专门用作提升矿石的容器，通常选用箕斗；用作升降人员、材料、设备、提升矸石的容器选用罐笼。,2020/6/7,118,一套提升设备兼作提矿石和升降人员用时，应选用罐笼。当一个井筒装有两套提升设备时，矿石容器选用箕斗，而升降人员的提升容器仍选用罐笼。提升容器的大小应通过具体计算来确定，也可以参照表618选取。表中提升容器具体规格尺寸，可参照有关的产品目录查取。3.井筒装备（1）罐道梁罐道梁是为安设罐道、梯子间、管路和电缆等,2020/6/7,119,装备用的，立井井筒采用刚性罐道时，在井筒内需设罐道梁。罐道梁每隔一定距离布置一层，一般采用金属材料。罐道梁按截面形式分有工字钢罐道梁、型钢,表618提升容器的选择,2020/6/7,120,组合空心罐道梁、整体轧制的封闭空心罐道梁和异形罐道梁等，如图6-27所示。罐道梁的型号应该用计算方法来确定，也可以按经验选择，如表6-19所示。,图6-27罐道梁截面形式a槽钢焊接成的封闭形空心罐道梁；b轧制封闭形空心罐道梁,罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用锚杆固定两种。（2）罐道罐道是提升容器运行的在井筒中运行的导向装,2020/6/7,121,表619选取罐道梁、罐道的经验数