巷道断面设计.资料课件.ppt

第四章 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。,一.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,二.断面形状的选择 围岩应力条件及围岩性质 断面形状与巷道围岩应力大小、分布有关，由于属于脆性材料，周边只出现压应力不出现拉应力时稳定性最好，因此曲线形比折线形断面要好，围岩松动破碎、强度较低多用曲线形；围岩强度较高时，拉应力没有超过抗拉强度也采用折线形；圆形巷道如果压力均匀分布出现等压情况，最为稳定。用途及服务年限 稳定性考虑：圆、拱、马蹄、梯、矩形；断面利用率：梯、矩形、拱、马蹄、圆形；施工难度：梯、矩形、拱、马蹄、圆形；服务年限长，需要考虑长期稳定性和尽量少的维修量，拱形；深井、松软破碎岩巷考虑圆形或马蹄形；采准巷道：梯、矩形。支护材料和支护方式 掘进的方式和设备岩石巷道，锚喷支护，拱形断面煤层巷道，锚杆、锚索支护或金属支架，梯形断面,第一节 巷道的断面形状,第一节 巷道的断面形状,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）B a+2A1+c+n主要运输巷B 2.4m采区巷道B 2.0m a 0.3m，安设输送机时a 0.5m；非行人侧的宽度 A1表41，运输设备的最大宽度；c 0.8m（道碴面起1.6m高度）在人车停靠点c 1.0m；行人侧宽度 n 0.2m，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。,煤炭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、38 kg/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48半圆拱，49圆弧拱，表4-10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=75mm S2(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）B a+2A1+c+t 2.4m2.巷道净高度的确定 h=h0+h3 hb h0拱高：半圆拱 h0B/2；圆弧拱 h0B/3 h3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h5 1800mm。,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 表48（半圆拱）P73，49（圆弧拱）P74 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+1.57 T2+B1h3 6.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+1.57 T2+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4-11 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。,二确定巷道断面尺寸 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 确定巷道墙高h3 1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=10814400 mm2=10.8 m2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=12.5 m2 巷道计算掘进断面积 S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=13194075mm2 取S2=13.2 m2,三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=6.2m a、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=B22 T=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1.01.3 m。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32mm100g160mm 1：3 t矿车 1、3、5：ZK76/250 3：1.5 t矿车 5：1 t矿车 7：3 t矿车7、9、11：ZK79/550 9：1.5 t矿车 11：1 t矿车 13：3 t矿车13、15、17：ZK106/250 15：1.5 t矿车 17：1 t矿车 19：3 t矿车19、21、23：ZK109/550 21：1.5 t矿车 23：1 t矿车 25：3 t矿车25、27、29：ZK149/550 27：1.5 t矿车 29：1 t矿车,双号：圆弧拱，药卷规格35mm150g170mm 2：3 t矿车2、4、6：ZK76/250 4：1.5 t矿车 6：1 t矿车 8：3 t矿车8、10、12：ZK79/550 10：1.5 t矿车 12：1 t矿车 14：3 t矿车 14、16、18：ZK106/250 16：1.5 t矿车 18：1 t矿车 20：3 t矿车20、22、24：ZK109/550 22：1.5 t矿车 24：1 t矿车 26：1 t矿车26、28、30：ZK149/550 28：1.5 t矿车 30：3 t矿车,作业要求：统一用A4纸，钢笔书写或打印；图、表、公式统一编号；用铅笔按比例画图；统一封面（题目，姓名，班级、学号、指导教师、日期等）,2班：水量200m3/h，风量35 m3/s。3班：水量180m3/h，风量30 m3,本章要求,1简述巷道断面设计的原则和步骤。2巷道断面设计的基本原则是什么？巷道断面尺寸应满足哪些要求？3拱形巷道的墙高受哪些因素的制约？4在确认巷道净断面规格时，为什么必须验算风速？5净断面、设计掘进断面和计算掘进断面有何区别？巷道超挖和欠挖的后果是什么？6根据什么原则选择水沟断面？对水沟的坡度有何要求？,