3-巷道断面设计

1,3巷道断面设计,2,3巷道断面设计,重点与难点：巷道断面形状；巷道断面尺寸；巷道断面内水沟和管线布置；巷道断面设计示例。技能要求：识记：常用的巷道断面形状；领会：巷道断面尺寸确定及巷道断面内水沟和管线的布置原则；综合应用：巷道断面设计。,山东科技大学资源与环境工程学院,3,3.1巷道断面形状,(1)选择巷道断面形状一般考虑的因素巷道断面承载能力、围岩性状、地压大小与方向；断面利用率；巷道类别用途、位置及服务年限；巷道支护方式及支架材料等。常用断面形状：有直墙半圆拱形、直墙圆弧拱、不规则梯形、不规则矩形等。此外，三心拱、椭圆拱等均有使用。(2)巷道断面使用原则安全稳定性好；满足使用技术要求；断面利用率高；巷道施工速度快、造价低。,山东科技大学资源与环境工程学院,4,巷道断面形状,5,3.1巷道断面形状,(3)巷道断面选择依据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。,6,7,8,一、巷道净宽度B的确定二、巷道的净高度H三、巷道的净断面面积S四、巷道风速v验算五、巷道设计和计算掘进断面面积,3.2巷道断面尺寸,9,一、净宽度确定,决定巷道净断面尺寸的因素：运输；行人；通风；安全设施及设备的安装、检修和施工等。巷道断面设计方法与步骤：首先根据运输、通风、行人、安装检修、施工和煤矿安全规程、煤炭工业设计规范等的规定，确定巷道净断面的尺寸；进行风速校验；根据支护参数和道床参数，计算出巷道的“设计断面尺寸”；再按允许超挖值，计算出巷道的“掘进断面尺寸”；最后按比例绘制包括墙角和水沟在内的巷道断面图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。,山东科技大学资源与环境工程学院,10,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。,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。,梯形巷道，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。,一、净宽度确定,11,以直墙拱形巷道为例：Ba十2A1十c十t,A1运输设备的最大宽度(表2-1)，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。（具体数值见煤矿安全规程）,12,煤矿安全规程,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：(表2.142页)（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。,13,煤矿安全规程,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。,14,一、净宽度确定,15,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；用电机车运输时曲线两端直线段加宽长度为3.0m。,16,双轨巷道中线距加宽,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选取；,表2-345页,17,巷道净宽的总体规定,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：1.8m（顶部）梯形巷道净宽：标准顶梁尺寸+立柱斜角净宽。4)自道渣面起1.6m范围内，人行道宽度0.8m。5）只进不舍，0.1m进级。,18,无轨巷道,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：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，根据列车转弯半径、运输间距确定。,19,二、巷道的净高度,1）矩形、梯形巷道：自渣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2.4,2）拱形巷道净高：自渣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拱形巷道墙高；hb巷道内道碴高度。,20,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本规程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。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。,21,2）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、0.4B。（2）墙高h3自巷道底板至拱基线的距离。,22,(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m；(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”,23,(2)拱形巷道壁高h3,半圆拱形巷道的壁高h3(见图2-3)。(1)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；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。,24,(2)拱形巷道壁高h3,（4）按“1.6m高度人行宽度”要求双轨巷道：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)；（5）按“设备上缘距拱璧的最小安全间隙”要求计算：双轨：单轨：非人行侧：,25,架线电机车管道安装行人人行宽度设备上缘,26,单轨巷道壁高,27,28,1）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：SB(0.39B+h2)h2渣面起巷道壁的高度。4）圆弧拱巷道：SB(0.24B+h2),三、巷道的净断面面积,29,矩形巷道,30,梯形巷道,31,半圆拱形巷道,32,圆弧拱形巷道,33,四、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。,34,四、巷道风速验算,煤矿工业设计规范规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s；输送机巷道采区风巷一般不大于4m/s。,煤矿安全规程,35,五、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,36,（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，金属支架和锚喷支护。支架参数是各种支架的规格尺寸，锚喷支护的锚杆类型、长度直径、间距、排距、喷层厚度及标号等。如坑木的直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度。,37,（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。钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积和轨距来选取。每米长度的质量来表示。15、22、30、38kg/m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。,38,（二）道床参数的选择,39,钢轨型号,表2.958页,40,轨枕规格,表2.1058页,41,常用道床参数,表2.1159页,42,（三）巷道设计掘进断面积,巷道净尺寸加上支架、道床参数使可得到巷道的设计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。半圆拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）；B1拱形巷道掘进宽度；h3墙高；圆弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3；B巷道净宽；T墙厚；梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2；B3、B4顶梁、底梁设计掘进宽度；H1设计掘进高度。,43,（四）巷道计算掘进断面积,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(矩形、梯形棚子)，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。,44,3.2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）,45,3.3巷道断面内水沟和管线布置,3.3.1排水沟布置设计(1)排水沟断面系根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计。(2)排水沟一般布置在人行道一侧，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)。3.3.2巷道管线布置(设计)(1)巷道内管线布置的原则“保证安全、便于检修”。(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。,山东科技大学资源与环境工程学院,46,47,3.4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。,48,3.4巷道断面设计示例,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。锚杆支护参数表（页）。,49,二、确定巷道断面尺寸确定巷道净宽度B查表2-2（45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。,3.4巷道断面设计示例,50,3.4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,51,2）按管道装设要求确定h3,3.4巷道断面设计示例,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。,52,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。,3.4巷道断面设计示例(续),53,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：,3.4巷道断面设计示例(续),设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。,54,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；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。,3.4巷道断面设计示例(续),55,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，道渣至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190。采用钢筋混凝土轨枕。,3.4巷道断面设计示例(续),56,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。,3.4巷道断面设计示例(续),57,三、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。,3.4巷道断面设计示例(续),58,四、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；每米巷道拱与墙喷射材料消耗：V2=1.57(B2-T1)T1+2h3T11=1.57(3.95-0.10)0.10+21.820.101=0.968m3；每米巷道墙脚喷射材料消耗：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=0.968+0.02=0.988m3；,3.4巷道断面设计示例(续),59,3.4巷道断面设计示例(续),四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量每米巷道锚杆消耗,折合质量,