巷道断面设计山科.ppt

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1、1,井巷工程,第2章巷道断面设计,2 巷道断面设计,2,设计的主要内容 选择断面形状和确定断面尺寸。设计的原则 在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。重点与难点 巷道断面尺寸的确定。,3,2 巷道断面设计,2.1 巷道断面形状的选择,2.2 巷道断面尺寸的确定,2.3 巷道水沟与管缆的布置,2.4 巷道断面设计示例,习 题,2.1 巷道断面形状的选择,4,常用巷道断面形状及分类（1）折线型：矩形、梯形、不规则形。（2）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,常用巷道断面形状,选择巷道断面形状一般应考虑的因素,6

2、,（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）需风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全及经济效益。,7,地压大小及方向与巷道断面形状选择的关系示意图,巷道断面的选择使用原则,8,安全稳定性好；满足使用技术要求；断面利用率高；巷道施工速度快、造价低。,2.2 巷道断面尺寸的确定,9,决定巷道净断面面积S的因素：运输；行人；通风；安全设施及设备的安装、检修和施

3、工等。巷道断面设计的方法与步骤：首先根据运输、通风、行人、安装检修、施工和煤矿安全规程、煤炭工业设计规范等的规定，确定巷道净断面尺寸和净断面积。进行风速校验。根据支护参数和道床参数，确定巷道的“设计掘进断面积S1”。再按允许超挖值，确定巷道的“计算掘进断面积S2”。最后按比例绘制包括墙角和水沟在内的巷道断面图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。,巷道净宽度B的确定,10,巷道净宽度B的确定 巷道净高度H的确定 巷道净断面积S的确定 巷道风速v验算巷道的设计掘进断面积S1巷道的计算掘进断面积S2,11,直墙拱形巷道的净宽度指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。,梯形巷道的净

4、宽度1）当其内不通行运输设备时，净宽系指自底板起1.6m高水平的巷道宽度。2）当其内通行矿车、电机车时，净宽系指车辆顶面水平的巷道宽度。,确定巷道的净宽度B,12,以直墙拱形双轨巷道为例，直墙拱形双轨巷道的净宽度：Ba+2A1+c+t,A1运输设备的最大宽度(表2-2)，m；a非人行道侧宽度；c人行道的宽度；t运输设备最突出部分之间的间距（具体数值见煤矿安全规程中有关规定）。,2.2.1.1 双轨巷道净宽度的确定,13,表2.2 煤矿井下巷道常用运输设备类型及规格尺寸表,14,续表2.2 煤矿井下巷道常用运输设备类型及规格尺寸表,15,续表2.2 煤矿井下巷道常用运输设备类型及规格尺寸表,16

5、,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。巷道加宽的范围除曲线段外，用矿车运输时与曲线段两端相联的各长23m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。,曲线段巷道净宽度的加宽,双轨巷道弯曲段轨道中线距的加宽,17,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2.3选取。弯曲段轨道中线距需要加宽200300mm。,巷道净宽的总体规定,18,1）拱形断面(1)主要运输巷道：综采：3.0m；其它：2.2m。(2)

6、其它巷道：2.0m2)矩形断面：2.0m3)梯形巷道：1.8m（顶部）自道渣面起1.6m高度范围内，人行道宽度 0.8m。巷道净宽度值只进不舍，按0.1m进级。,2.2.1.2 无轨运输巷道净宽度的确定,19,无轨运输巷道的净宽度主要根据通风及行人的需要来选取。1）主要运输巷道人行道一侧：1.2m。另一侧：0.5m。车辆对开最突出部位的间距：0.5m。2)其它巷道人行道：。另一侧：。转弯和交叉处，根据无轨运输车辆的转弯半径和运输间距确定。,2.2.2.1 矩形、梯形巷道的净高度 自道渣面或底板起至顶梁或顶部喷层面（或锚杆露出长度终端）的高度。表2.4,20,2.2.2.2 拱形巷道的净高度 自

7、道渣面至拱顶喷层面内沿（或锚杆露出长度终端）的高度。主要是确定净拱高和自巷道底板起的墙高。H=h0+h3-hb H拱形巷道净高；h0拱形巷道拱高；h3拱形巷道墙高；hb巷道内道碴高度。,2.2.2 确定巷道的净高度H,煤矿安全规程中有关净高的规定,21,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，薄煤层内的不得低于1.8m。此外，巷

8、道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。,拱形巷道拱高h0、墙高（壁高）h3的确定,22,1）拱高h0的确定 拱高的确定常用其与巷道净宽的比来表示（高跨比）：半圆拱：h=R=B/2；圆弧拱：h=B/3或0.4B。2）墙（壁）高h3的确定 自巷道底板至拱基线的垂直距离。,有轨拱形运输巷道壁高h3的设计要求：按以下五种方法计算取最大值,23,(1)按架线电机车导电弓顶端与巷道拱壁间最小安全间隙n的要求计算；(2)按管道的装设高度m要求计算；(3)按人行高度要求j计算；(4)按1.6m高度人行宽度C 要求计算；(5)按设备上缘至拱壁最小安全间隙C 要求计算。上述计算的有关公式见P4950

9、表2.5，依次计算出壁高h3，然后取其最大值，并且“只进不舍，按0.1m进级”。一般架线电机车运输的巷道，按其中架线电机车导电弓子和管道装设要求计算即能满足要求；其它如矿车运输、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即能满足要求，但在人行范围1.8m高度以下，不得架设管线和电缆。,半圆拱形巷道壁高h3的计算,24,1)按“架线电机车导电弓子高度”要求计算：式中，h4电机车导电弓子高度；2.0m（行人），1.9m（不行人），井底车场 2.2m。（356条）hc道床总高度；R 半圆拱半径；n 导电弓子外缘与拱壁之间的安全间隙(一般取300)；K导电弓子宽度之半；b1轨道中心线与巷道中心

10、线间隙。,2）按“管道的装设高度”要求计算双轨巷道：单轨巷道：式中，m-导电弓子与管子之间的安全间隙(一般取400500)；h5-管子吊挂的下缘高度，h51800mm。3）按“人行高度”要求计算：式中，j 大于100，一般取 200mm,25,4）按“1.6m高度人行宽度”要求计算 双轨巷道：单轨巷道：式中，C-运输设备上缘和拱璧间距(一般大于等于700mm)；5）按“设备上缘距拱璧的最小安全间隙”要求计算：双轨：单轨：非人行侧：,26,27,架线电机车管道安装行人人行宽度设备上缘,28,单轨巷道壁高,29,无轨运输巷道的净高度需要同时满足以下要求：1）行人需要；2）通风需要；3）无轨运输设备

11、的顶部距巷道顶部（支护）或管缆下缘的距离不得小于0.6m；4）满足安全间隙对巷道净高度的要求。,无轨运输巷道净高度,2.2.3 确定巷道的净断面积S,31,1）矩形巷道净断面积：SBH B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渣面起巷道壁的高度。4）圆弧拱巷道：SB(0.24B+h2),32,矩形巷道,33,梯形巷道,34,半圆拱形巷道,35,圆弧拱形巷道,2.2.4 巷道风速验算,36,生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还要进行最优的风速验算：V通过巷道的风速，Q通过巷道的风

12、量，Vmax巷道允许通风的最高风速，ms。,37,煤矿工业设计规范规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s；输送机巷道、采区风巷一般不大于4m/s。,2.2.5 确定巷道的设计掘进断面积和计算掘进断面积,38,2.2.5.1 支护参数的选择 2.2.5.2 道床参数的选择2.2.5.3 巷道的设计掘进断面积 2.2.5.4 巷道的计算掘进断面积,支护参数的选择,39,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。支护形式 过去棚式支架和料石、混凝土砌碹以及金属支架是主要支护形式。现在普遍采用锚网（喷）支护或与其他支护形式联合支护。支架参数 是各种支架的规格尺寸，锚喷支护的锚杆类型、长

13、度直径、间距、排距、喷层厚度及标号等，如坑木的直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度。,2.2.5.2 道床参数的选择,40,道床参数：钢轨型号、轨枕规格和道碴厚度。钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积和轨距来选取。每米长度的质量来表示。15、22、30、38kg/m 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。道床：一般采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，颗粒度以2030mm为宜。,41,42,钢轨型号,43,轨枕规格,44,常用道床参数,巷道设计掘进断面积S1,45,巷道净尺寸加上支架参数和道床参数，便得到巷道的设计掘进尺寸，从而可求

14、得巷道设计掘进断面积S1。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、底梁设计掘进宽度；H1设计掘进高度。,巷道的计算掘进断面积S2,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(75mm)，作为计算掘进断面尺寸（增加2），并以此计算出巷道的掘进工程量和支炉材料消耗量。,46,巷道断面尺寸计算公式,47,梯形巷道断面尺寸和工程量、材料消耗计算公式，如表2.4所示。（4748页）半圆拱巷道断面

15、尺寸和工程量、材料消耗计算公式，如表2.6所示。（5253页）.圆弧巷道断面尺寸和工程量、材料消耗量计算公式，如表2.7所示。（5455页）,2.3 巷道内水沟和管缆的布置,48,2.3.1 水沟设计1)排水沟断面系根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计。2)排水沟一般布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输线路。3)平巷排水沟的坡度一般取35(或与巷道坡度相同)。4)常用的水沟断面及尺寸如图2.7和2.8所示。2.3.2 管缆布置1)巷道内管线布置的原则“保证安全，便于安装、检修”。2)电力电缆与管道应布置在巷道的不同侧。3)电话和信号电缆应布置在电力电缆的另一侧。,2.3.1 水沟设计,49,水沟

16、的位置：（1）倾角16的巷道：与人行台阶一侧；与人行台阶分设。（3）布置在巷道中间；（4）巷道横向水沟。,50,水沟的施工要求（1）平巷水沟坡度真可取35，或与巷道的坡度相同，但一般不小于3，以利于水流通畅。（2）运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可用钢筋混凝土预制成构件，然后送到井下铺设，服务年限短，排水量小的巷道其水沟可不用支护。（3）棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿距不小于300mm，图2-7。（4）为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15斜巷的水沟，应铺放钢筋混凝上预制盖板，盖扳顶面要与巷道渣面齐平。,51,52,水沟的断面常用的水沟断面形状有对称倒梯形、半倒梯形和矩形。各种水沟断面尺寸

17、应根据水沟流量，坡度，支护材料和断面形状等因素决定，常用的水沟断面和尺寸见图2.7和图2.8所示。拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗见表2.12。为了使巷道内不积水，巷道横向水沟的一侧也应有2的坡度，并在水沟的侧面壁上每隔一定距离开设50的泻水孔。,53,拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗表,54,2.3.2 管缆布置,55,管道的布置：（1）管道通常应布置在人行道一侧，也可布置在非人行道一侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上方，管道下部与道渣面或水沟盖板面保持1.8m以上的距离，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。（2）在架线式电机车运输巷道内，不要将管道

18、直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。（3）管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。,56,电缆的布置：（1）通信电缆和电力电缆不宜设在同一侧。（2）高压电缆和低压电缆在巷道同侧布置时，相互之间距离应大于0.1m以上；同时高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。（3）电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上的距离。（4）电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上。（5）人行道一侧最好不要敷设动力电缆。,57,2.3.3 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

19、料消耗量表,58,按1:50的比例绘制巷道断面施工图；编制巷道特征表；编制每米巷道工程量及材料消耗量表，如64-65页图2.9及表2.132.14所示。,2.4 巷道断面设计示例,59,已知条件：某煤矿，年设计能力为90万t，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ZK10-6/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输.该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f=46，需通过的风量为48m3/s。巷道内敷设一道直径为200mm的压风管和一趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷直线段的断面。,60,选择巷道断面形状 对

20、于年产90万t矿井的第一水平运输大巷，一水平服务年限在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。故选用螺纹钢树脂锚秆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。,61,确定巷道断面尺寸1）确定巷道净宽度B 查表2-2（45页）知ZK10-6/250电机车宽A1=1060，高h=1550；1.5吨矿车宽1050，高1150。根据煤矿安全规程，取巷道人行道宽C=840，非人行道一侧宽a=400。又查表2-3知本巷双轨中心线b=1300，两电机车之间的距离为：1300-（1060/2+1060/2）=240 故巷道净宽度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400

21、+21060+240+840=3600。2）确定巷道拱高h0 半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800；半圆拱半径R=h0=3600/2=1800。,62,3）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2.5中半圆拱巷道壁高公式得,63,（2）按管道装设要求确定h3,（3）按人行高度要求确定h3,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1820。则巷道高度H=h3-hb+h0=1820-220+1800=3400。,64,4）确定巷道净断面面积S和净周长P 由表2.6得净断面面积 S=B（0.39B+h2）式中：h2为道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb

22、=1820-220=1600。故，S=3600（0.393600+1600）=10.8m2；净周长 P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12.5m。,65,5）用风速校核巷道净断面面积查表2.8，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=48m3/s，计算得：,设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。,66,6）选择支护参数（180页，表6.6）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、服务时间大于l0年等条件，得：锚喷支护参数：锚杆长2.0m，间距a=0.8m，排距a=0.8m，锚杆直径18。喷射混凝土层厚T1=l00mm，而锚杆露出长度T

23、2=50mm故支护厚度T=T1=100。,67,7）选择道床参数 根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m的钢轨，其道床参数hc、hb分别为410和220，道渣至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190。采用钢筋混凝土轨枕。,68,8）确定巷道掘进断面积巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道计算掘进宽度B2=B1+2=3800+275=3950。巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720。巷道计算掘进高度H2=H1+=3720+75=3795。巷道的设计掘进断面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+18

24、20）=125476002，取S1=12.55。巷道的计算掘进断面积S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1820）=132739752，取S2=13.27。,69,2.4.3 布置巷道内水沟和管线1）水沟设计 已知通过本巷道的水量为160m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表2.12（62页）得：水沟深400、水沟宽400，水沟净断面面积0.16；水沟掘进断面面积0.203，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。2）管缆布置 管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通信电缆挂在管子上方，如图2-10（69页）所示

25、。,70,2.4.4 计算巷道掘进工程量和材料消耗量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：V3=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(B2-T1)T1+2h3T11=1.57(3.95-0.10)0.10+21.820.101=0.968m3；每米巷道墙脚喷射材料消耗：V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3；每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）：V=V2+V4=0.968+0.02=0.988 m3；,每米巷道锚杆消耗：,71,折合质量,式中，P1为计算锚杆

26、消耗周长，P1=1.57B2+2h3=1.573.95+21.82=9.84m；M、M 为锚杆间距、排距，M=M=0.8m。,故，,每排锚杆数：N0.8=14.750.8=11.8=12根每米巷道粉刷面积：Sn=1.57B3+2h2式中，B3计算净宽，B3=B2-2T=3.95-20.10=3.75m所以，Sn=1.573.75+21.60=9.1m2。,72,73,2.4.5 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和材料消耗量表。根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面图（图2.10），并附上工程量及材料消耗量表，如表2.15及表2.16。做好的施工图表发至施工单位，即

27、可作为指导施工的依据。,74,75,运输大巷特征,运输大巷每米工程量及材料消耗,巷道断面设计大作业,76,某煤矿，年设计能力为150万t，低瓦斯矿井，两翼对角式通风，井下最大涌水量为370m3/h，综采矿井。通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量为180m3/h，采用ZK14-9/550架线式电机车牵引3吨底卸式矿车运输.该大巷穿过稳定性较好的岩层，岩石坚固性系数f=68，需通过的风量为68m3/s。巷道内敷设一道直径为200mm的压风管和一趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷弯曲段的断面。,77,本章小结,巷道断面形状影响因素：巷道断面尺寸净断面、风速、设计掘进、计算掘进。巷道内水沟设计和管缆布置水沟布置；管缆布置。一图两表,复习思考题,78,(1)煤矿常用巷道断面形状及其承载性能特点？(2)选择巷道断面形状应考虑那些因素？(3)简述巷道断面设计的步骤？(4)净宽、净高、拱形巷道墙高？(5)梯形锚网支护巷道断面的净宽度和净高度如何确定？(6)巷道断面内水沟和管线的布置有那些要求？,