4、巷道断面设计课件

1,第四章巷道断面设计,巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响煤矿生产的安全和经济效益。巷道断面设计的原则：在满足安全、生产和施工要求条件下，力求提高断面利用率，以取得最佳经济效果。,2,巷道断面：是指垂直于巷道长轴线的横断面。,3,断面形状选择和断面尺寸的确定；用风速校核净断面；选择支架参数和道床参数；计算巷道的设计掘进断面，并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的计算掘进断面积；水沟参数的确定及管线布置；绘制断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。,巷道断面设计的内容与步骤,4,第一节巷道断面形状,按构成的轮廓线分两种：折线型：矩形、梯形、不规则形；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。,5,第一节巷道断面形状,巷道所处的位置及穿过的围岩性质。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。,影响巷道断面选择的因素,6,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，则应选用拱形断面;当顶压侧压大底鼓严重时，须采用封闭式断面,第一节巷道断面形状,7,第一节巷道断面形状,8,开拓巷道：拱形断面料石、混凝土、锚喷支护准备巷道：拱形断面钢筋混凝土棚子、金属支架、现在采用锚喷支护回采巷道：梯、矩形金属支架、锚杆支护,第一节巷道断面形状,9,木支架和钢筋混凝土棚子适用于梯形和矩形等折线形断面料石和混凝土支护只适用于曲线形断面金属支架、锚杆支护可适用于任何形状的断面喷射混凝土支护则适用于曲线形断面,第一节巷道断面形状,10,钻眼爆破方法适应任何形状的断面三心拱则逐渐被淘汰全断面掘进机组掘进圆形断面煤巷掘进机组掘进多种断面,第一节巷道断面形状,11,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、设备安装、检修和施工的需要。巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量和规格，人行道宽度和各种安全间隙以及通过巷道的风量等。,第二节巷道断面尺寸,12,13,14,15,一.巷道净宽度的确定,定义：巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端间的平距。梯形巷道：通行矿车、电机车时，车辆顶面水平间的宽度。无运输设备时，指底板起1.6m水平的宽度。宽度的计算：按规程要求进行，无设备时根据行人和通风的需要进行计算。,第二节巷道断面尺寸,16,Ba+2A1+c+t2.4m,a：非行人侧宽度，0.3m，（综采0.5m）A1：运输设备的最大宽度。（见表4-1）c：行人侧宽度，0.8m，（综采1.0m）t：双轨巷道两列车对开时突出部分之间的距离。0.2m。,拱形双轨巷道净宽度计算,17,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1.53.5m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35m。,拱形双轨巷道净宽度计算,18,双轨巷道中心线加宽,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4-2选取；,19,H=h0+h3hbh0拱高。h3墙高。hb道碴高度。,二.巷道净高度的确定,20,拱高h0的确定通常用与巷道净宽的比来表示（称为高跨比）。半圆拱拱高为巷道净宽的1/2；圆弧拱与三心拱拱高多取巷道净宽的1/3；个别矿为提高圆弧拱的受力性能，将拱高取为巷道净宽的2/5；金属矿山由于围岩坚固稳定，可将圆弧拱拱高降低为巷道净宽的1/41/5。,21,壁高h3的确定,一般需按以下五种情况计算，取其中最大者。按架线电机车导电弓顶端两切线的交点处与巷道拱壁间最小安全间距，n200mm计算。按管道悬吊高度与导电弓和电机车最小安全间距计算，m300mm。按人行高度要求，有效高度1800mm按道碴面以上1.6m高度内行人宽度要求计算。按运输设备上缘至拱壁最小安全间隙计算。,22,道碴高度hb的选取,按表4-7选取,23,拱形巷道墙高按图4-3、图4-4和表4-3中的公式计算并取最大值。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。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.巷道净高度的确定,24,三.净断面面积,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道碴面起巷道壁的高度。4圆弧拱巷道：SB（0.24B+h2）,25,四.风速验算：,各巷道最高风速表见表4-4。对低瓦斯矿井一般能通过验算，高瓦斯矿井往往不能满足。,生产矿井的巷道通常兼作通风用，要进行风速验算：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。,26,五.巷道设计和计算掘进断面积,1、支护参数的确定。2、道床参数的选择。指钢轨型号选取、轨枕规格和道碴高度确定。3、巷道设计掘进断面。巷道净尺寸加上支护和道床参数。4、计算掘进断面面积。再加上允许的超挖值。,27,1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，长期以来，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主要形式，近年来，金属支架和锚喷支护得到发展。根据巷道的类型、用途、服务年限、围岩性质等综合选择合理的支护形式。要求：承载能力强、取材方便、施工简单、经济耐用、维修量小。支护参数确定：支架的规格尺寸，锚喷支护的锚杆类型、长度、直径、间排距，喷射混凝土的厚度、标号等。具体将在巷道支护中介绍。,28,2道床参数的选择,钢轨型号选取、轨枕规格和道碴高度的确定,29,2道床参数的选择,钢轨型号是根据巷道类型、运输方式、设备和矿车容积及轨距选用。煤矿常用11kg/m、15kg/m、18kg/m、24kg/m、30kg/m和33kg/m。表4-5轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。目前多使用钢筋混凝土轨枕，木轨枕主要用在道岔处。轨枕中心距0.70.8m，接头、道岔、弯道处加密。表4-6道床：选用坚硬和不易风化的碎石或卵石，粒度以2030mm为宜。宽度=轨枕长度+200mm，表4-7道碴的高度应与选用的钢轨型号相适应。主要运输巷道，其厚度不得小于100mm，至少把轨枕的1/22/3的高度埋入道碴。,30,3巷道设计掘进断面积,巷道净尺寸加上支护、道床参数后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、底板设计掘进宽度；H1设计掘进高度。,31,4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，作为计算掘进断面尺寸。如B2=B1+2并以此计算出巷道的掘进工程量和支炉材料消耗。,32,六.拱形巷道断面计算,煤矿设计部门已提供了常用的拱形、梯形和矩形等巷道断面计算公式。表4-8是锚喷支护的半圆拱形巷道断面计算公式。表4-9是锚喷支护的圆弧拱形巷道断面计算公式。表4-10是梯形巷道断面计算公式。,33,七.水沟及管线的布置,为排出井下涌水及其他污水，设计巷道断面时应根据矿井生产通过该巷道的排水量设计水沟。水沟位置：通常布置在人行道一侧，尽量少穿越运输线路。在特殊情况下可布置在巷道中间或非人行道一侧。水沟坡度：纵向35或与巷道坡度相同。横向2水沟形状：对称倒梯形、半倒梯形、矩形支护：混凝土浇筑、钢筋混凝土预制、不支护盖板：在主要运输大巷和倾角倾角小于15的斜巷的水沟应铺放盖板，盖板顶面与道碴面齐平。,34,七.水沟及管线的布置,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。,35,36,管线布置管（人行道一侧，1800mm，0.2m运输设备安全距离）、线不同侧（否则0.3m）；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；具体参见P77,七.水沟及管线的布置,37,绘制巷道断面施工图(150)、绘制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表,38,第三节巷道断面设计示例,某煤矿，年产设计能力为0.90Mt/a，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。,39,年产0.90Mt/a矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20a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，故选用高中强度螺纹钢锚杆、锚索和喷射混凝土支护，巷道断面为半圆拱形。,一、选择巷道断面形状,40,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。,二、确定断面尺寸,1.确定巷道净宽度B,41,2.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,42,（1）按架线电机车导电弓子要求确定h3由表4-8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3-5选24kg/m钢轨，再查表3-7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,3.确定巷道壁高h3,43,（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1800mm；h7管子悬吊件总高度，取900mm；m导电弓子距管子间距，取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,44,（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=200mm。故综上计算，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。,45,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=10814400mm210.8m2净周长P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500mm=12.5m,4.确定巷道净断面积S和净周长P,46,用式（4-6）校核：查表4-4，知vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=28m3/s，代入式（4-9）得设计的大巷断面积，风速没超过规定，可以使用。,5.用风速校核巷道净断面积,47,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10a等条件，选定锚喷支护参数：锚杆长2.0m，锚杆直径d=18mm，2卷Z2335树脂药卷加长锚固，锚杆间排距为0.8m，喷射混凝土层厚T1=100mm。故支护厚度T=T1=100mm。,6.选择支护参数,48,7.选择道床参数,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360mm和200mm，道碴面至轨面高度ha=hchb=360200=160mm。采用钢筋混凝土轨枕。,49,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=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=13.2m2,8.确定巷道掘进断面尺寸,50,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、