巷道断面设计-冶金矿山地质-工程科技.ppt

,1.安全（绝对保证）设计原则 2.实用（先进实用）3.经济（合理有利）,内容与步骤,1.形状与支护(年限、用途、岩性）、净断面尺寸（设备、安全间隙、行人）、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。,第三章 巷道断面设计 巷道用途：行人、运输、通风、设备安装、安全、施工、检修,施工、使用、维修,矿井系统示意图,第一节 巷道类型与断面形状一、巷道类型 1、按用途分类：（1)为开采水平服务:大巷、石门、井底车场。（2)为采区服务：采区上下山巷道、采区石门、车场。（3)为回采面服务：顺槽（轨道、皮带、回风）、切眼。2、按层位分：（1）岩石巷（2）半煤岩巷（岩石面积大于1/5、小于4/5）（3）煤巷,二.常用的断面形状折线形：矩形、梯形和 不规则形曲线形：拱形、圆形、马蹄形 及椭圆形稳定性顺序：h-igde fbac.考虑因素：位置、岩性及地应力，用途与年限，支护方式与材料，施工与生产设备。,位置及围岩性质（地压的大小和方向及围岩强度）用途及服务年限（支护的形式支护成本）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、带、网支护或金属支架梯形断面,二.断面的选择,第二节 巷道断面尺寸,巷道净宽度确定1.梯形巷道净宽度的确定净宽度的含义：运输设备(运输巷）顶面或距地板1.6m高(行人巷）水平宽度。B a+2A1+n+c 2.0m a非人行侧 0.3m，安设输送机时a 0.5m；A1运输设备宽度-（表31）；n设备安全间隙 0.2m，采区装载点0.7m，在摘挂钩点1.0c人行道宽度 0.8m（道碴面起1.6m高度）在人车停靠点c 1.0m；,2.拱形巷道净宽度的确定净宽度的含义：指直墙内侧的水平宽度 B a+2A1+t+c 2.0m a非人行侧 0.3m，安设输送机时a 0.5m；A1运输设备宽度-（表31）；t设备安全间隙 0.2m，采区装载点0.7m，在摘挂钩点1.0c人行道宽度 0.8m（道碴面起1.6m高度）在人车停靠点c 1.0m；,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，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，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）。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。,Z-直流，k-矿用，7-吨位，6-600轨距，250-额定电压，x-蓄电，A-安全,二.净高度的确定 1.矩形、梯形巷道净高度：道碴面（地板）起至顶梁或锚杆终端的垂直高度。计算公式见表3-4,煤炭安全规程要求 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。（二）采区上山、下山和平巷,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。,2.拱形巷道净高度的确定 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 hb-道渣高度，见表3-5 壁高h3应满足巷道内电机车架线、管道铺设、行人高度和宽度以及运输设备上缘距拱壁的安全间隙要求，P59表33。,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。,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）,k,按行人高度要求确定距壁j处有效高度1800mm，j200mm（200mm）,三.净断面面积 表38（半圆拱），39（圆弧拱）P63 半圆拱：S=B（0.39B+h2）圆弧拱：S=B（0.24B+h2）四.风速验算煤矿安全规程规定 必要性：风速大扬起煤尘、身心健康、工作效率、煤尘爆炸,五.巷道设计掘进断面积=净断面面积支护面积道床面积（一）支护参数确定：锚喷、砌碹、支架（二）道床参数：钢轨（表35）：型号（15、18、22、24、30、38 kg/m）；轨枕（表36）：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:厚度不小于100mm，道床参数的选择(表3-5）,（三）巷道设计掘进断面积 半圆拱：S1=B1(0.39B1+h3)圆弧拱：S1=0.24B2+1.27BT+1.57 T2+B1h3 梯形：S=（B1+B2）H/2六、巷道的计算掘进断面积 考虑 超挖值=75mm 半圆拱：S2=B2（0.39B2+h3）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：坡度：纵向：35 横向：2 形状：支护：,设计规范第条 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 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；,三、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 巷道断面图与工程量及材料消耗量表统称为巷道断面施工图。这些施工图，发至施工单位，作为指导施工的设计依据。目前常用的不同轨距的巷道断面施工图的标准设计已由设计单位编出。,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48m3/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，故选用左旋螺纹钢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3-2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3-3知本巷双轨中线距b=1300mm，则两电机车之间距离为 t=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(或：B=a+2A1+t+c=400+21060+240+840=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3-6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3-10选30kg/m钢轨，再查表3-7得hc=410mm，道碴高度hb=220mm；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。(a1=a+A1/2=400+1060/2=930）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h7=900mm；m导电弓子距管子间距，取m=300mm；D压风管(200mm)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。(C1=A1/2+C=1060/2+840=1370)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=200mm。hb-道渣高度，hb=220mm 故 mm。综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为h3=1820m 则巷道净高度H=h0+h3hb=1800+1820220=3400mm。,确定巷道净断面积S和净周长P 由表3-7得净断面积 式中h2道碴面以上巷道壁高，h2=h3hb=1820220=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（3-6）校核：查表3-4，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=48m3/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20年等条件，得锚喷支护参数：锚杆长2.0m，间距a=0.780.8m，排距a=0.8m，锚杆直径d=18mm，托板为8150150mm钢板，喷射混凝土层厚T1=100mm。故支护厚度T=T1=100mm。选择道床多数 根据本巷道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为410和220mm，道渣面至轨面高度ha=hchb=410220=190mm。来用钢筋混凝土轨枕。,确定巷道掘进断面尺寸 由表3-7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+220+100=3720mm 巷道计算掘进高度H2=H1+=3720+75=3795mm 巷道设计掘进断面面积 S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1820）=12547600mm2 取S1=12.55 m2 巷道计算掘进断面积 S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1820）=13273975mm2 取S2=13.27 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3-12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3-8计算公式得：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+21.820.101=0.968m3 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=0.968+0.02=0.988m3 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+2 h3=1.573.95+21.82=9.84m,a、a锚杆间距、排距，a=a=0.8m，故 根 根,折合重量为：kg式中 l锚杆长度，l=2.0m；d锚杆直径，d=18mm；锚杆材料密度，=7850kg/m3。每排锚杆数为：N0.8=14.750.8=11.812根 每排树脂药卷数量：M0.8=29.50.8=23.624支 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311），并附上工程量及材秒消耗量表313及表314。这些施工图表发至施工单位、作为指导施工的设计依据。,作业一：巷道断面设计,某煤矿，年设计生产能力150万吨，属低瓦斯矿井，采用中央并列式通风，井下最大涌水量为180m3/h，风量为 36 m3/s；采用 ZK10-9/250 直流架线电机车 牵引 1.5 t 矿车运输。巷道内铺设一趟200mm的压气管和一趟100mm的供水管。大巷穿过较稳定岩层。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。,作业要求：统一用A4纸，钢笔书写；统一封面（题目，班级、姓名、日期等）；计算步骤、公式、图表要全，用铅笔按比例绘图。,单号：半圆拱，药卷规格32mm100g150mm 1：3 t矿车 1、3、5：ZK109/250 3：1.5 t矿车 5：1 t矿车 7：3 t矿车7、9、11：ZK106/5507c 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：ZK149/550 21：1.5 t矿车 23：1 t矿车 25：3 t矿车25、27、29：ZK76/250 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：ZK109/250 4：1.5 t矿车 6：1 t矿车 8：3 t矿车8、10、12：ZK106/5507c 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：ZK149/550 22：1.5 t矿车 24：1 t矿车 26：1 t矿车26、28、30：ZK76/250 28：1.5 t矿车 30：3 t矿车,作业要求：统一用A4纸，钢笔书写；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）；,1班：水量160m3/h，风量40 m3/s。2班：水量200m3/h，风量35 m3/s。3班：水量180m3/h，风量30 m34班：水量240m3/h，风量500 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？,