巷道及采区车场设计课件

1、巷道及采区车场设计,用心做事 追求卓越,单 位：主讲人：,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,第一节 巷道断面设计的依据及要求 巷道断面设计的内容与步骤是：首先选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数与道床参数，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；然后，布置水沟与管缆；最后，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。 设计原则：安全绝对保证、技术先进实用、经济合理。 一、巷道断面设计所需掌握的资料 1)巷道层位的选择及地质资料； 2)巷道的服务年限、用途及对通风、排水、防火等方面的要求；,第二

2、节 巷 道 断 面 一、巷道断面形状的选择 主要巷道宜采用拱形断面；采区巷道可选用拱形、矩形、梯形断面。工作面顺槽尽可能选择矩形断面（或不规则形），以方便回采期间维护方便；大巷及采区车场尽可能选择拱形断面。在特殊地质条件下用圆形和带底拱的断面。,用心做事 追求卓越,1、选择断面形状还应考虑的因素： 1)巷道所处的位置及围岩的物理力学性质； 2)巷道的服务年限和用途； 3)巷道支护方式和支护材料； 4)施工技术及其装备的情况； 5) 本矿井及邻近矿井同类巷道的断面形状及其维护情况等。 2、常用巷道断面形状选择及适用条件： 1）半圆拱形； 2）矩形（或者说不规则形）； 3）梯形断面； 4）其他形状

3、：三心拱形、圆形、椭圆形等不常用。,用心做事 追求卓越,二、巷道断面尺寸的确定 巷道断面净尺寸，应根据该巷道内运行车辆或其他运输设备的最大轮廓尺寸以及架设管线、行人、设备的运送、安装、检修和施工要求等因素确定，并且应按通风要求进行验算。,用心做事 追求卓越,第三节 巷 道 支 护 一、巷道支护的分类及选型要求 （一）对巷道支架的要求 1、在巷道整个服务期间，支架能承受住围岩压力而不破坏并有良好的技术经济指标； 2、有助于生产活动的正常进行； 3、在支设以后，支架应尽快达到承载能力； 4、有良好的工作特性； 5、支架尽可能少占巷道空间且风流阻力系数小；,用心做事 追求卓越,6、支架构件应具有一定

4、抗压、抗拉和抗剪强度，以适应井下拉伸、弯曲、压缩、剪切、扭转等复杂的受力状态； 7、支架材料的机械性能和物理化学性能稳定，要能防腐、防锈、无毒； 8、制造工艺简单，零部件互换性好，且便于组装、保管、拆卸和运输，并尽可能满足支护机械化的要求； 9、支架的材料费，制造费，运输、架设和维修费用总和最低。,用心做事 追求卓越,（二）巷道支护分类 第一类为各种被动支护形式，包括木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等； 第二类是以锚杆支护为主，旨在改善巷道围岩力学性能的积极支护形式，包括锚喷支护、锚网支护、锚喷网支护等； 第三类是以锚杆和注浆加固为主的积极主动加固形式，如锚

5、注支护、预应力锚索支护技术等。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,（三）巷道主要支护形式 1、金属支架； 2、钢筋混凝土支架； 3、锚杆及组合锚杆支护； 4、联合支护； 5、砌碹或浇筑混凝土。,用心做事 追求卓越,二、巷道支护锚杆类型及特征 我国于1956年开始试用锚杆支护巷道；60年代初期，在岩巷中使用了锚杆与喷浆支护，60年代中期，随着喷射机具的改进，又发展为喷射混凝土支护；70年代起，光面爆破与锚喷技术结合，形成光爆锚喷支护。 现在，锚杆从钢筋、钢丝绳水泥砂浆锚杆发展到快硬水泥锚杆、树脂锚杆、管缝锚杆、长锚索等，逐步形成一套比较完善的光爆锚喷和光爆锚网喷支护方式。由于锚喷支护机理、

6、设计方法、检测手段的不断发展，锚喷机具及操作工艺不断完善，锚喷支护技术逐步配套，使用范围不断扩大，已成为煤矿岩石巷道的主要支护形式，并已推广应用到煤巷中。 目前常用锚杆类型有木锚杆、竹锚杆、管缝式锚杆、金属锚杆、树脂锚杆、注浆锚杆、锚杆桁架。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,1. 砂浆锚杆：全长锚固钢筋砂浆锚杆、钢丝绳砂浆锚杆。 杆体材料宜用20锰硅、25锰硅或5号钢筋，亦可采用3号钢筋。 杆体钢筋直径一般为1422mm，锚杆的抗拉拔力不得低于50kN。,用心做事 追求卓越,2. 木锚杆 38mm，L=1.21.8m，缝长250mm，设计锚固力1020kN，不防腐1年，帮支护 竹锚杆：

7、最经济，主要用于围岩稳定的巷道支护以及断面小或服务年限短的回采巷道两帮支护。安装在煤体中不影响爆破和采煤机割煤等。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,3.管缝式锚杆：全长锚固型 管体宜用16锰、20猛硅等低合金钢，壁厚为22.5mm 锚杆外径为3842mm，开缝宽度为1318mm 托板宜采用盆形，板厚不应小于4mm，面积不小于120mm120mm 钻孔直径应小于管缝锚杆外径2.03.0mm。 锚固力可达5070kN。,4. 树脂锚杆： 中速25min，快速0.51min，一个药包的锚固力可达50kN以上、端头锚固，（K2350和Z2350, 长度为2.00m、20mm螺纹钢，每孔安装两个

8、树脂药卷，成本在30元左右） 。 杆体直径1824mm，锚固力不应低于5吨，托板厚度不应小于810mm，面积不应小于150150mm。,用心做事 追求卓越,5.玻璃钢锚杆 采用玻璃纤维作为增强材料，以聚脂树脂为基材，经专用拉挤机的牵引，通过预成型模在高温高压下固化成为全螺纹玻璃纤维增强塑料杆体。加上树脂锚固剂、托盘和螺母组成玻璃钢锚杆。玻璃钢杆体具有可割性，很适合于综采工作面临时支护使用，而且具有良好的防腐性能，可以部分取代钢锚杆。 当杆体直径为16mm，粘结长度分别为100mm和200mm时，拉力分别为30kN和40kN，平均扭力小于10 Nm，可满足锚杆安装的要求。 这种玻璃钢锚杆杆体可切

9、割、轻质高强、便于安装；成本低，与金属锚杆相比，成本降低40%左右，可替代现有煤帮金属锚杆、木锚杆、竹锚杆等煤帮支护。,用心做事 追求卓越,三、喷射混凝土 1、支护作用原理 封闭围岩，防止风化 改善围岩的应力状态恢复三向应力状态 填凹补平消除应力集中 密切岩体、柔性支护结构作用共同变形，围岩应力释放，抑制更大变形。 射入缝隙，增加黏结岩块间的连接咬合作用得以维持组合拱。 防护锚杆间危岩掉落。,用心做事 追求卓越,2、喷射混凝土厚度与强度： 单独支护时50150cm之间，锚喷支护时50120cm。最小不应小于50mm，最大不宜超过200mm。 强度不小于C15。 技术规范：4.3.1 喷射混凝土

10、的设计强度等级不应低于C15；对于立井及重要隧洞和斜井工程，喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20；喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于5MPa。钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20，其抗拉强度不应低于2MPa，抗弯强度不应低于6MPa。,用心做事 追求卓越,四、锚杆联合支护 1锚喷支护 支护主体锚杆；喷射混凝土封闭围岩、防止危岩掉落。 2.锚喷网支护 支护主体锚杆 。 喷射混凝土封闭围岩、防止危岩掉落 ，增加抗裂性能和韧性。 网铁丝网和钢筋网均匀分布喷层应力，提高喷层的抗拉能力和变形能力。,用心做事 追求卓越,3.锚网支护 锚网支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护

11、系统，是近几年来发展起来并得到广泛应用的新的锚杆支护形式，主要用于煤巷支护，其类型主要有锚网支护、锚带（梁）网支护等。 1）锚网支护 锚网支护是将铁丝网或钢筋网、塑料网等用托盘固定或绑扎在锚杆上所组成的复合支护形式。 2）锚网带支护 锚网带支护是由锚杆、钢带（钢筋梯）及金属网等组成。其中钢带是锚带网支护系统的关键部件。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,五、可缩金属支架支护 可缩性金属支架适用于各种围岩变形较大的巷道，尤其是受采动影响的巷道，当受动压影响后金属支架有一定的让压作用，即不致造成棚梁破坏，又有效支护围岩。如梯形可缩性支架，圆形可缩性支架、方形可缩性支架，拱形可缩性支架。 设计

12、原则和方法： 1、满足运输设备与管线布置、行人所需要的基本矩形断面； 2、确定巷道预留变形断面； 3、确定巷道掘进断面。,用心做事 追求卓越,六、软岩巷道支护 （一）软岩巷道支护的基本原则 1、根据不同压力选择不同的巷道支护方法 软岩岩层存在三种不同的围岩压力类型，即松动压力、变形压力、膨胀压力。 2、改善围岩力学性质充分发挥围岩自稳能力 其主要措施是采用封闭暴露面，安装锚杆，向岩体内注浆以及支架壁后充填等力法，以便在巷道周壁上形成保护层。 3、选择合适的支护特性 软岩中不宜采用刚性支架。实践中常采用金属可缩性支架和可塑垫层等措施。支护体刚性或柔件的确定，目前尚无可靠的计算方法，只能在现场试验

13、的基础上通过经验对比的方法加以确定。,用心做事 追求卓越,4、选择合适的二次支护时间 在松软岩层中应采用先“柔”后“刚”的二次支护方式。一次支护应紧跟掘进尽早安设，并适当扩大断面。刚性永久支架通常应在掘巷引起的围岩变形基本上趋于稳定时安设，一般约掘后50天左右。可缩量较大的永久支架可提前到掘后10天左右安设，并应在设计巷道断面时考虑足够的变形余量。 在掘进引起的围岩变形量特别大，流变速度很大且持续时间很长，可采用先开小断面施工，采用临时支护，待能量充分释放，围岩变形趋向稳定后，再按要求刷大巷道断面，安设承载能力和刚度都较大的永久支护。,用心做事 追求卓越,5、支护应有较高的初撑力、初期增阻速度

14、和工作阻力根据现场经验，软岩巷道的支护必须及早承载；支架的初期增阻速度应达3Kpa/mm，支架的工作阻力应不小于300KPa；支架达到额定工作阻力后，均匀下缩保持恒阻状态，使支架与固岩长期处于平衡状态；就能有效地控制围岩变形发展、使支架保持良好状态。 6、加强对巷道底板的支护，尤其是遇水崩解和膨胀的粘土岩，及时封闭，防止脱水后又浸水，是控制底板强烈膨胀的根本措施。应用封闭式支护时应在支架架后充填，封闭围岩防止水的浸入和风化，才能更有效地控制底鼓。对于地压较大引起的底鼓，还可采用开卸压槽方式解决。 7、控制超挖减少对围岩破坏 采用光爆技术，另外还可采用机械开挖，采用综掘机施工。,用心做事 追求卓

15、越,（二）软岩巷道的支护方法 1软岩巷道的围岩加固 1)围岩注浆；2)围岩锚固； 在软岩中采用锚喷支护应注意几点： 1)适当增加锚杆长度和密度，长度尽可能超过围岩松动圈的深度，锚杆应尽可能沿垂直于失稳块体主滑动面的方向布置； 2)使用钢筋、钢带和钢梁等把单根锚杆组合成整体的支护体系，使巷道周边轮廓形成能承受较大压力的闭合拱，以防止松动圈的扩大及岩块的冒落。 3)混凝土喷层应分两步进行。巷道掘进后，作为一次支护的喷层须紧跟工作面，作为二次支护的复喷混凝土，滞后适当时间和距离施工。 4)疏干、封闭； 对含水量大，渗透性强的含水层，可采取疏干措施。水量不大，或渗透性较差的含水层中开掘巷道，则采用及时

16、封闭的技术措施。,用心做事 追求卓越,2可缩性金属支架支护措施 在软岩及采动影响强烈的巷道中，常使用U型钢可缩件支架支护。 3封闭式碴体支护措施,用心做事 追求卓越,(三)巷道底鼓的防治方法 1.加固法： 1)底板锚杆； 2)底板注浆； 3)封闭性可缩性金属支架； 4)混凝土反拱。 2.卸压法： 1)切缝卸压钻孔卸压； 2)钻孔卸压； 3)松动爆破卸压； 4)卸压槽卸压。,用心做事 追求卓越,(四)巷道围岩注浆加固 1 注桨材科： 水泥注浆、化学注浆。 2注浆孔布置： 1 ）孔径； 2）孔深； 3）孔的排列方式和间距。,用心做事 追求卓越,第一节 交岔点分类及计算 一、交岔点分类 矿井水平巷道

17、交岔点的结构形式，可分为柱墙式交岔点和穿尖交岔点两种；断面形状与相连接的巷道断面形状相同。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,二、交岔点平面尺寸确定 1、确定交岔点平面尺寸的依据 巷道交岔点的布置和断面设计应满足矿井井下运输、管线布置、通风、行人和安全的要求；所用钢轨轨型，应与其相连接的直线巷道的轨型相一致，也可选大一级的钢轨型号。交岔点道岔型号及曲线半径应根据所采用的运输车辆的型号、运量和运行速度确定，并应符合煤矿矿井井底车场设计规范中的有关规定 2交岔点平面尺寸计算公式 其常用交岔点计算公式见设计手册。,用心做事 追求卓越,三、交岔点柱墙、墙高及斜率 1.交岔点柱墙及墙高 1)交岔点

18、柱墙(牛鼻子)的最小宽度，一般取500mm； 2)交岔点柱墙的长度，在直线分岔巷道一侧不得小于2m；曲线分岔巷道一侧，沿轨道中心线不得小于2mm； 3)交岔点柱墙采用砌碹支护时，其基础深度，无水沟时，不得小于250mm；有水沟时，取500mm，且墙基掘进底面不得高于水沟掘进底面； 4)在交岔点的巷道断面宽度变化区段内，墙高应随巷道断面宽度的增加而相应降低。降低后的墙高应符合安全间隙、行人、运输要求。,用心做事 追求卓越,2交岔点斜率 大断面宽度B4减去小断面宽度Bl与B1至B4两断面之间变化段的长度L0的比值i为交岔点斜率。小断面一般位于道岔基本轨起点，也可以根据矿车及设备运行的安全间隙计算选

19、取。 为方便设计和施工，选取常用斜率表示巷道宽度的变化规律。一般的常用斜率为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6。 设计交岔点时，经计算选取与其接近的常用斜率后，需按下公式算出断面变化段的水平距离L0及起点位置，再逐一计算每间隔1m的断面宽度，如下图。,用心做事 追求卓越,选择常用斜率后，交岔点最小断面和最大断面处需对运输设备、管线敷设、行人及安全要求进行验算,用心做事 追求卓越,第二节 交岔点支护 1、支护的一般原则 1)锚喷支护交岔点的支护参数，应按交岔点最大宽度选取，并取上限值。 2)交岔点分岔巷道的加强支护长度，应根据围岩性质确定，宜取2-5m（加密锚杆、增加锚索或双层网支护）。 3

20、)砌喧支护的交岔点，砌碹厚度应按交岔点最大宽度选取。分岔巷道的砌碹厚度F3时，应按各自的宽度选取；当F3时，应按交岔点最大宽度选取。 4)交岔点柱墙是两条分岔巷道顶板的支撑点，应采用料石或混凝土砌筑。锚喷支护交岔点当不用混凝土或料石砌筑柱墙时，其柱墙处应采取措施加强支护。,用心做事 追求卓越,二、交岔点支护类型 1、浇筑混凝土支护； 2、交岔点料石支护； 3、交岔点锚喷支护； 4.交岔点U型钢拱形金属支架。 5.交岔点工字钢梯形金属刚性支架,用心做事 追求卓越,有抬棚,无抬棚,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,第一节 采区车场设计依据及要求 一、有关规定 1煤矿安全规程的规定 1)在双轨

21、运输巷道中2列列车车体的最突出部分之间的距离，采区装载点不得小于0.7m，矿车摘挂钩地点不得小于1m； 2)使用绞车提升的倾斜井巷上端，必须有足够的过卷距离。（过卷距离根据巷道倾角、设计载荷、最大提升速度和实际制动力等参量计算确定，并有1.5倍的备用系数）； 3)串车提升的各车场必须设有信号硐室及躲避硐；运人斜井各车场设有信号和候车硐室，候车硐室具有足够的空间； 4)倾斜井巷内使用串车提升时必须遵守相关规定。,用心做事 追求卓越,2煤矿矿井采区车场和硐室设计规范的规定 1)采区车场和硐室的设计，应根据采区巷道布置、采区生产能力和服务年限、运输方式和矿车类型、地质构造和围岩性质、煤尘、瓦斯及水文

22、情况等因素进行全面考虑确定； 2)采区车场和硐室应根据围岩情况尽量布置在稳定岩层或煤层内； 3)采区车场巷道断面形状应根据围岩情况确定，可为半圆拱形，跨度较大时视围岩情况也可采用三心拱形。应优先选择锚喷支护，当锚喷支护有困难时也可采用其他支护方式； 4)采区上、中、下部车场摘挂钩段人行道布置应符合相关规定； 5)采区车场信号硐室和躲避硐规定； 6)采区车场安设风门的规定； 7)甩车场排水，可在低道起坡点处水沟最低点向上(下)山侧开凿泄水孔洞或预埋泄水管道。,用心做事 追求卓越,二、设计要求 1)采区车场设计必须符合国家现行的有关规程、规范的规定； 2)采区车扬应满足采区安全生产、通风、运输、排

23、水、行人、供电及管线敷设等各方面的要求； 3)采区车场布置应紧凑合理，操作安全。行车顺畅，效率高，工程量省，方便施工； 4)采区车场装车设备和调车、摘钩应尽量采用机械和电气操作。,用心做事 追求卓越,第二节 采区上部车场设计 一、采区上部车场形式 基本形式有平车场、甩车场和转盘车场三类。 1、平车场又分为顺向平车场和逆向车场,用心做事 追求卓越,顺向平车场,逆向平车场,2、甩车场又分为单侧甩车场和双侧甩车场。,用心做事 追求卓越,单侧甩车场,双侧甩车场,3、转盘车场,用心做事 追求卓越,二、上部车场线路布置和上部车场线路坡度 （一）上部车场线路布置 1、采区上部车场的线路布置可采取单道变坡方式

24、。当采区生产能力大，采区上山作主提升；下山采区的上部车场和接力车场的第二车场运输量大，车辆来往频繁时，也可采取双道变坡的线路布置方式。 2、采区上部平车场曲线半径和道岔的选择； 3、采区上部甩车场曲线半径和道岔的选择； 4、存车线有效长度应符合相关规定。,用心做事 追求卓越,（二）上部平车场线路坡度 1、上部平车场线路坡度确定 1）单道变坡和不设高低道的双道变坡轨道坡度应以3-5向绞车房方向下坡； 2）上山采区上部车场水沟坡度以3-4向上山方向下坡； 3）下山采区上部车场以3-5向运输大巷方向下坡。 2、设高低道的双道变坡轨道坡度 高道坡度为9-11；低道坡度为7。高、低道最大高差不宣大于0.

25、6m 三、上部车场有关尺寸的确定（具体见设计手册）,用心做事 追求卓越,第二节 采区中部车场设计 一、中部车场形式 (一)采区中部车场基本形式 采区中部车场基本形式有：甩车场、吊桥式车场和甩车道吊桥式车场三类。当上(下)山倾角小于和等于20时，应采用甩车场；当上(下)山倾角大于20时，可采用吊桥式车场或甩车道吊桥式车场。,用心做事 追求卓越,单侧甩车场 双侧甩车场 1轨道上山 2胶带上山 3车场中间巷 k起坡点 KG高道起坡点 KD低道起坡点,用心做事 追求卓越,(二)中部车场线路布置 1)甩车场的线路布置可分为单道起坡和双道起坡两种，一般情况下，宜采用双道起坡。 2)双道起坡甩车场的道岔布置

26、，可采用甩车道岔和分车道岔直接相连接。分车道岔可采用向外、向内分岔的布置方式。围岩条件好、提升量大时，可采用内分岔的布置方式。 3)甩车场平、竖曲线位置有以下三种布置方式，一船情况下宜采用前两种布置方式：,用心做事 追求卓越,(1)先转弯后变平，即先在斜面上进行平行线路联接，再接竖曲线变平，平、竖曲线间应插入不少于矿车轴距1.5-2.0倍的直线段，起坡点在联接点曲线之后； (2)先变平后转弯，即在分车道岔后直接布置竖曲线变平，然后再在平面上进行线路联接，起坡点在联接点曲线之前； (3)边转弯边变平，平、竖曲线部分重合布置。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,二、甩车场设计主要参数选择 （

27、一）甩车场提升牵引角 矿车上提时，钩头车的运行方向与提升钢丝绳的牵引方向间的夹角。不应大于20，以10一15为宜。 （二）道岔 道岔型号选择：甩车道岔：主提5号，辅助提升4、5号；分车道岔和末端道岔：主提4、5号，辅助提升4号。,用心做事 追求卓越,（三）平、竖曲线半径 1、平曲线半径 RP取决于轨距、矿车轴距及行车速度。,用心做事 追求卓越,2、竖曲线半径 竖曲线半径Rs是甩车场中一个重要参数。过大，增加甩车场坚曲线弧长，推后摘挂钩点位置，延长提升时间。过小，矿车变位太快，使相邻两车箱上缘挤撞，从而造成矿车联接处车轮悬空而掉道。另外过小，运送长材料时产生搁置于轨道上，影响提升或造成矿车掉道。

28、,用心做事 追求卓越,（四）甩车场线路的坡度 甩车场空重车线的坡度与矿车型式、铺轨质量、车场有无弯道及自动滑行要求等因素有关。一般空车线取11，重车线9。然后在存车线高低道闭合点标高计算中进行部分调整。不设高、低道的甩车场取34。 （五）甩车场存车线长度 根据使用量确定，一般11.5列车长度或23钩串车长度。,用心做事 追求卓越,（六）甩车场的高低道 1、中部甩车场高、低道的最大高差一般取0.5m，设计规范规定最大不超过0.8m； 2、高、低道竖曲线起点错距； 3、高、低道线路中心距 高低道线路中心距1t、1.5t矿车600mm轨距1.9m，900轨距2.1m。,用心做事 追求卓越,二、甩车场

29、线路设计 甩车场线路主要包括三个部分：斜面线路、坚曲线及平面存车线路。甩车场的设计计算，主要是计算甩车道的平、立面尺寸。在此基础上，算出一个车场的闭合线路，即由轨道上山甩车道岔算至轨道巷(石门、绕道)存车线道岔末端的全部平、立面尺寸，从而构成一个完整的甩车场线路。 设计作图及计算方法 按照下表计算相关数据，进行作图，利用EXCEL进行计算，较为简便。计算后进行作图，互为印证。,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,第三节 采区下部车场设计 一、下部车场基本形式 采区下部车场包括采区装车站和轨道上山下部车场两部分，其相对位置根据采区巷道布置及调车方式确定。当轨道上山作主提升或运输大巷用胶带输送机运煤时，都不设采区装车站。因此，这两种情况只有轨道上下部车场。 采区下部车场的基本形式，根据装车地点的不同可分为大巷装车式、石门装车式、绕道装车式及轨道上山作主提升的下部车场。设计较为简单，基本形式如下：,用心做事 追求卓越,用心做事 追求卓越,二、下部车场设计 采区轨道上山下部车场由轨道上山下部斜面线路、竖曲线和平面绕道线路