井巷工程(第四章 巷道断面设计).ppt

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1、巷道断面设计,本章主要参考书,1.安全（绝对保证）设计原则 2.技术（先进实用）3.经济（合理有利）,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,施工、使用、维修、报废,一.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,第一节 巷道的断面形状,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

2、或金属支架梯形断面,二.断面的选择,第二节 巷道断面尺寸的确定,梯形巷道净断面尺寸,1.净宽度的确定净宽度的含义：B a+2A1+c+t 2.0m a 0.3m，安设输送机时a 0.5m；A1表41；c 0.8m（道碴面起1.6m高度）在人车停靠点c 1.0m；t 0.2m，采区装载点0.7m，在摘挂钩点1.0m；表42,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

3、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。,2.净高度的确定 净高度：道碴面起至拱顶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

4、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(表410)S（B1+B2）H/2,煤炭工业矿建设计规范第条 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

5、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 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。,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

6、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 钢轨（表45）：型号（15、18、22、24、30、38 kg/m）轨枕（表46）：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47）：厚度（不小于100cm，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。,小资料 建国以来七起死亡百人以上矿难-1950年2月27日

7、，河南新豫煤矿公司宜洛煤矿发生特别重大瓦斯爆炸，死亡174人；-1960年5月9日，山西大同老白洞煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡684人；-2000年9月27日，贵州水城木冲沟煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡162人；-2002年6月20日，鸡西矿业集团城子河煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡124人；-2004年10月20日，河南郑煤集团大平煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡148人；-2004年11月28日，陕西铜川矿务局陈家山煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡166人；-2005年2月14日，辽宁阜新矿业集团公司海州立井发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡214人。,巷道的设计掘进断面积

8、 表410月S1(B3+B4)H1/2,6.巷道的计算掘进断面积 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 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安全间隙要求，P69表43。,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

9、，即可满足设计要求，但在人行道内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）,k,按行人高度要求确定距壁j处有效高度1800mm，j100mm（一般取200mm）,3.净断面面积 表48（半圆拱），49（圆弧拱）P74 半圆拱：S=B（0.39B+h2）圆弧拱：S=B（0.24B+h2）4.风速验算：5.巷道

10、的设计掘进断面积 半圆拱：S1=B1(0.39B1+h3)圆弧拱：S1=0.24B2+1.27BT+1.57 T2+B1h3 6.巷道的计算掘进断面积 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，0.2

11、m运输设备安全距离）、动力线不同侧（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，两挂点间距小于3.0m，电缆与风筒间距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

12、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=1

13、550mm；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 确定巷道壁高h3 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

14、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=3

15、600/21370=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，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。,（四）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（五）用风速校核巷道净断面积 用式（4-

16、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。,（六）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，查表6-14得锚喷支护参数：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。（七）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3

17、60和200mm，道渣面至轨面高度ha=hchb=360200=160mm，用钢筋混凝土轨枕。,（八）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 巷道计算掘进断面面积：S2=B2（0.39B

18、2+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

19、.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；

20、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48），并附上工程量及材料消耗量表412及表413。这些施工图表发至施工单位、作为指导施工的设计依据。,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

21、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？,位于美国纽约的世界贸易中心，是著名的建筑艺术家雅马萨奇最重要的代表作之一。它占地达16英亩之广，是由七栋建筑所组成的,其中“TwinTowers”(双子大厦)是两座外观相同，高110层的双塔楼。该中心高度目前世界排名第三，其主要业务是控制进出口等国际贸易,担负着美国国际贸易的发展重任，里面除贸易公司之外，也有运输公司、通信机构、银行、保险公司、海关等公、私机

22、构，凡与贸易及港湾有关的活动均集中于此，中心内共有企业约1200家,员工5万多名，每天访客高达8万。在这个世界首屈一指的高层建筑物中还有22个餐馆、咖啡馆和快餐酒吧店，其中最有名的是与观瞻台高度相同的“世界餐馆”，在此用餐可以将曼哈顿的全景尽收眼底，很是惬意。然而，“9、11”后，已是一片废墟。它留给人们的只是心底深处的抽搐，是永远也不可能改变的历史。它也促使人们不得不去认真思考，人类社会为恐怖主义行为所要付出的代价是何等沉重。,世贸中心南楼从被撞到倒塌全过程,纽约市市长朱利亚尼周四确认，在世界贸易中心中失踪的人数最新确认为6333人，而不是以前一直公布的5422人，新增加的失踪者主要是外国人。朱利亚尼还表示，失踪者的国籍涉及四十多个国家，其中英国人约为250人，但他没透露其它国家的失踪人数。,