3巷道断面设计

*,第,页,井巷工程第三章巷道断面设计,*,工程技术学院 张建华,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,井巷工程,2,巷道断面设计,2024/9/12,1,2,巷道断面设计,巷道断面设计主要是选择断面形状和确定断面尺寸。,巷道断面设计原则,设计的原则,是：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。,巷道断面设计的内容和步骤,选择巷道断面形状和支护方式；,确定巷道净断面尺寸，计算巷道的设计掘进断面尺寸,，算出巷道的计算掘进断面尺寸；,布置水沟与管缆；,绘制巷道断面施工图，特征表、工程量表、材料消耗量,表。,2024/9/12,2,2.1,巷道断面形状的选择,按构成的,轮廓线,分：折线形、曲线形,矩形类、梯形类；拱形类和圆形类。,2024/9/12,3,巷道断面形状,2024/9/12,4,选择巷道断面形状主要考虑：,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。,巷道用途,和服务年限是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。,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；,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。,需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。,巷道所处的位置及穿过的围岩性质也应重视。,2024/9/12,5,2024/9/12,6,2.2,巷道断面尺寸的确定,2.2.1,巷道净宽度的确定,2.2.2,巷道净高度的确定,2.2.3,巷道的净断面面积,2.2.4,巷道风速验算,2.2.5,巷道设计掘进面积,2.2.6,巷道计算掘进断面,2024/9/12,7,2.2.1,巷道净宽度的确定,直墙拱形巷道的净宽度,系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。,矩形巷道的净宽度,，系指巷,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,，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；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。,2024/9/12,8,以直墙拱形巷道为,例,：,B,a,十,2A,1,十,c,十,t,A,1,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,）,2024/9/12,9,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,。采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的净断面或净高，由煤矿企,业统一规定。巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。第二十二条 运输巷两侧（包括管、线、电缆）与运输设备最突出部分之间的,距离，应符合下列要求：（一）新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起,1.6m,的高度,内，必须留有宽,0.8m,（综合机械化采煤矿井为,1m,）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,。（三）,在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起,1.6m,的高度内，必,须留有宽,1m,以上的人行道，管道吊挂高度不得低于,1.8m,。,第二十三条 在双轨运输巷中，,2,列列车最突出部分之间的距离，对开时不得,小于,0.2m,，采区装载点不得小于,0.7m,，矿车摘挂钩地点不得小于,1m,。车辆最突,出部分与巷道两侧距离，必须符合本规程第二十二条的要求。,2024/9/12,10,2024/9/12,11,为了满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车，以及运输综采支架的需,要。拱形巷道最小宽度：综采不小于,3.2,，其他不小于,3m,；其他巷道不小于,3m,，矩形巷道净宽不小于,3m,，梯形巷道顶部净宽不小于,1.8m,。,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,0.2,m,。曲线段巷道加宽,范围：除曲线段外，用矿车运输,时与曲线段两端相联的各长,2m,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,3.0m,。,2024/9/12,12,双轨巷道中心线加宽,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选取；,2024/9/12,13,表,2.1,巷道安全间隙表,P42,表,2.2,煤矿井下巷道常用运输设备类型及规格,尺寸表,P44,表,2.3,双轨巷道轨道中线踞数值,P45,巷道的净宽必须满足从道渣起,1.6m,的高,度内，留有宽度不小于,0.8m,的人行道。,计算的,B,值，根据只进不舍的原则以,0.1m,进级。,无轨运输巷道净宽度，主要根据行人、,通风及运输设备来确定。,2024/9/12,14,2.2.2,巷道净高度的确定,1,矩形、梯形巷道净高,：自渣面或,底板到顶梁或顶部喷层面、锚杆露,出长度终端的高度。规定或按表,2.4,计算,2,拱形巷道净高,：自渣面至拱,顶内沿或锚杆露出长度终端的高,度。,主要是确定净,拱高,和,自底板,起的墙高,。,H=h,0,+h,3,-h,b,H,拱形巷道净高；,h,0,拱形巷道拱高；,h,3,拱形巷道墙高；,h,b,巷道内道碴高度。,2024/9/12,15,拱高,h,0,高跨比。半圆拱：,h,=R=B/2,，圆弧拱：,B/3,，个别,h,=2B/5,壁（墙高）,h,3,自巷道底板至拱基线的垂直距离,架线电机车,导电弓子顶端与巷道拱壁间最小安全间隙要求、管道的装设要求、人,行高度要求、,1.6m,高度人行道宽度要求以及设备上缘至拱壁间最小安全间隙要,求，按图,2.4,、,2.5,和表,2.5,中公式计算，取其最大值，按只进不舍原则，,0.1m,进级。,2024/9/12,16,2024/9/12,17,无轨运输巷道净高度，除满足行人、通风等要求,外，运输设备的顶部距巷道顶部（支护）或管线下缘,的距离不得小于,0.6m,，最后确定的净高度要满足安全,间隙对巷道高度的要求。,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，但在人行道范围,1.8m,以下，不得架设管线和电缆。,2024/9/12,18,1,矩形巷道净断面积,：,S,BH,B,巷道净宽；,H,巷道净高。,2,梯形巷道净断面积：,S,(B,1,+B,2,)H/2,；,B,1,、,B,2,巷道顶梁、底板处净宽；,H,巷道净高。,3,半圆拱巷道,：,S,B(0.39B+h,2,),h,2,渣面起巷道壁的高度。,4,圆弧拱巷道,：,S,B(0.24B+h,2,),2.2.3,巷道的净断面面积,2024/9/12,19,矩形巷道,2024/9/12,20,梯形巷道,2024/9/12,21,半圆拱形巷道,2024/9/12,22,圆弧拱形巷道,2024/9/12,23,2.2.4,巷道风速验算,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，,m,s,；,Q,通过巷道的风量，,m,3,s,；,S,巷道的净断面面积，,m,2,V,max,巷道允许通风的最高风速，,m,s,。,煤矿安全规程,规定如右表，,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,。设计时，应在不违反,煤矿安全规程,的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余地。,2024/9/12,24,2.2.5,巷道的设计掘进面积,确定巷道的设计掘进面积首先必须确定支护参,数和道床参数，然后根据表,2.4,、,2.6,或,2.7,中的有关,公式进行计算。,（一）,支护参数的确定,（二）,道床参数的选择,（三）,巷道设计掘进断面,2024/9/12,25,（一）支护参数的确定,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，长期以来，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主,要形式，近年来，金属支架和锚喷支护得到发展。支架参,数的选取，就是确定坑木的直径、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，所有这些只寸的选取方法，将在第六章中介绍,2024/9/12,26,（二）道床参数的选择,道床参数的选择是指,钢轨型号,、,轨枕规格,和,道碴高度,的确定。,钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积与轨距来选取，以每米,长度的质量表示。 常用的有,15,、,22,、,30,和,38kg/m,。表,2.9,轨枕规格：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。表,2.10,道碴高度：一股采用坚硬的碎石或不易风化的矸石或卵石做道碴，颗粒度以,2030mm,为宜。表,2.11,2024/9/12,27,钢轨轨枕型号,2024/9/12,28,（三）巷道设计掘进断面,巷道净尺寸加上支护和道床参数便可得到巷道的设,计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。,半圆拱巷道,：,S,1,=B,1,（,0.39B,1,+h,3,）；,B,1,拱形巷道掘进宽度；,h,3,墙高；,圆弧拱巷道：,S,1,=0.24B,2,+1.27BT+1.57T,2,+B,1,h,3,；,B,巷道净宽；,T,墙厚；,梯形巷道：,S,1,=,（,B,3,+B,4,）,H,1,/2,；,B,3,、,B,4,顶梁、底梁设计掘进宽度；,H,1,设计掘进高度。,2024/9/12,29,2.2.6,巷道计算掘进断面积,考虑到巷道在施工中出现超挖观象，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。并以此计算出巷道,的掘进工程量和支护材料消耗量。,2024/9/12,30,2.3,水沟与管缆的布置,一、,水沟设计,二、,管缆布置,三、,巷道,断面施工图,2024/9/12,31,2.3.1,水沟设计,2.3.1.1,水沟布置,（,1,）水平巷道及倾角小于,16,的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧。,也可布置在非人行侧；,少穿越运输线路。,（,2,）在倾角大于,16,的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行,台阶可在巷道同侧平行或重叠布置；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟,和人行台阶可分设在巷道两侧。,（,3,）专用排水行道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道,床的巷道，水沟也可布置在巷道中间。,（,4,）巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上（下）山的下部车,场的上方、胶带机接头硐室的下方或出水点处。,（,5,）金属或木支架巷道的水沟为使立柱牢固和流水畅通，水沟中线与立,柱之间的距离应大于,0.5m,，或者水沟与立柱的最小距离应大于,0.3m,。,（,6,）在水平和倾斜的砌碹巷道中，可将沿水沟一侧的巷道基础加宽,50mm,以上，以便搭设水沟盖板，同时应使水沟底板掘进面比巷道基础浅,50100mm,。,（,7,）在倾角小于或等于,10,的行人及车辆来往频繁的主要巷道，水沟上,面要加设盖板，盖板顶面应与道渣面平齐。,2024/9/12,32,2.3.1.2,水沟砌筑,永久性和临时性水沟。混凝土浇筑、片石砌筑、钢筋混凝土预制。,2.3.1.3,水沟坡度和流速,3,5,的坡度，与巷道一致。平巷不宜小于,3,，巷道中横向水,沟的坡度不宜小于,2,，采区中的其他巷道可选用,5,。,水沟采用混凝土砌筑时最大流速为,5,10m/s,，,不衬砌的水沟为,3,4.5m/s,。,水沟的最小流速，应以不使煤泥等杂物沉淀为原则，其值一般,不应小于,0.5m/s,。,2.3.1.4,水沟的断面,对称倒梯形、半倒梯形和矩形。水沟的断面尺寸，根据水沟的流,量、坡度、支护材料和断面形状等确定。设计部门提供。,2.3.1.5,水沟盖板,为行人方便，大巷及小于,15,上（下）山的水沟，一般设置盖板。规格及材料消,耗见表,2-12,。盖板的宽度比水沟净宽加宽,150mm,，厚度不小于,50mm,，采用钢筋,混凝土预制板。无运输设备的巷道、大于,15,上（下）山和采区巷道的水沟可不,设盖板。,2024/9/12,33,2024/9/12,34,2.3.2,管缆布置,2.3.2.1,管道布置,（,1,）管道通常应部置在人行道一侧，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，并考虑检修方便。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,和,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,）当管道与管道呈交叉和平行布置时，应保证管道之间有足够的更换距离。管道架设在,平巷顶部时，应不防碍其他设备的维修与更换。,（,3,）管道与运输设备之间必须留有不小于,0.2m,的安全距离。,（,4,）在架线式电机车运输巷道内，为防止电流腐蚀，管道应尽量避免沿巷道底板架设。,2.3.2.2,电缆布置,（,1,）通信电缆和动力电缆不宜设在同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通信电缆应设在,动力电缆上方,0.1m,以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。,（,2,）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。,（,3,）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。,（,4,）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。,（,5,）人行道一侧最好不敷设动力电缆。,2024/9/12,35,2024/9/12,36,2.3.3,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料消耗量表,巷道断面施工图按,1,:50,的比例绘制，并附,巷道特征表、每米巷道工程量及材料消耗量,表。不同轨距的,巷道断面施工图已由设计单,位编出。,2024/9/12,37,2.4,巷道断面设计示例,例题,),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,320m,3,/h,。通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量,为,160m,3,/h,，采用,ZK106/250,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,=4,6,，需通过的风量为,48m,3,/s,巷道内敷设一趟直径为,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。,2.4.1,选择巷道断面形状、,年产,90,万吨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，故选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。,2024/9/12,38,2.4.2,确定巷道净断面尺寸,确定巷道净宽度,B,查表,2-2,知,ZK106/250,电机车宽,A1=1060,，高,h=1550,；,1.5,吨矿车宽,1050,，高,1200,。,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,）,=240200mm,故巷道净宽度,B=a,1,+b+c,1,=,（,400+1060/2,）,+1300+,（,1060/2+840,）,=3600,。,确定巷道拱高,h,0,半圆拱巷道拱高,h,0,=B/2=3600/2=1800,，半圆拱半径,R=h,0,=3600/2=1800,确定巷道壁高,h,3,按架线电机车导电弓子要求确定,h,3,由表,2-5,中半圆拱巷道壁高公式得,2024/9/12,39,2.,按管道装设要求确定,h,3,3.,按人行高度要求确定,h,3,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为,h,3,=1820,。则巷道高度,H=h,3,-h,b,+h,0,=1820-220+1800=3400,。,2024/9/12,40, 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+h,2,）,式中：,h,2,为道碴面以上巷道壁高，,h,2,= h,3,-h,b,=1820-220=1600,。,故,S=3600,（,0.393600+1600,）,=1081400,2,=10.8,净周长,P=2.57B+2h,2,=2.573600+21600=12500=12.5m, 用风速校核巷道净断面面积,查表,2-8,，知,V,max,=8m/s,，已知通过大巷风量,Q=48m,3,/s,，计算得：,设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。,m/s,2024/9/12,41, 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、服务时间大于,l0,年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂,锚杆，杆体为,18mm,螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度,700mm,，设计锚固力,80kN,。锚杆长度,2.0m,，成方形布置，其间排距,0.80m0.80m,，托板为,8150150mm,的方形钢板。喷射层厚,T,1,=100mm,，分两,次喷射，每次各喷,50mm,厚，故支护厚度,T=T1=100,。,选择道床参数,根据本巷道通过的运输设备，已选用,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,h,a,=,h,c,-h,b,=410-220=190,。采用钢,筋混凝土轨枕。,确定巷道掘进断面面积 表,2.6,公式,巷道设计掘进宽度,B,1,=B+2T=3600+2100=3800,。,巷道计算掘进宽度,B,2,=,B,1,+2=3800+275=3950,。,巷道设计掘进高度,H,1,=,H+h,b,+T,=3400+220+100=3720,。,巷道计算掘进高度,H,2,=H,1,+=3720+75=3795,。,巷道设计掘进断面面积,S,1,=B,1,（,0.39B,1,+h,3,）,=3800,（,0.393800+1820,）,=12547600,2,，取,S,1,=12.55,。,巷道计算掘进断面面积,S,2,=B,2,（,0.39B,2,+h,3,）,=3950,（,0.393950+1820,）,=13273975,2,，取,S,2,=13.27,。,2024/9/12,42,2.4.3,布置巷道内水沟和管缆,已知通过本巷道的水量为,160m,3,/h,，采用水沟坡度为,0.3%,，查表,2-12,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,0.0276m,3,，水沟用混凝,土,0.133m,3,。 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,2-9,所示。,2.4.4,计算巷道掘进工程量和材料消耗量 表,2.6,公式,每米巷道拱与墙计算掘进体积,V,1,=S,2,1=13.271=13.27m,3,；,每米巷道墙脚计算掘进体积,V,3,=0.2,（,T+,）,1=0.2,（,0.1+0.075,）,1=0.04m,3,；,每米巷道拱与墙喷射材料消耗,V,2,=1.57,（,B,2,-T,1,）,T,1,+2h,3,T,1,1,=1.57,（,3.95-0.10,）,0.10+21.820.101=0.968m,3,；,每米巷道墙脚喷射材料消耗,V,4,=0.2T11=0.20.11=0.02m,3,；,每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）,V= V,2,+,V,4,=0.968+0.02=0.988,m,3,；,每米巷道锚杆消耗,N=,（,P,1,-0.5a,）,/aa,式中，,P1,为计算锚杆消耗周长,P1=1.57B2+2h,3,=1.573.95+21.82=9.84m,；、,a,、,a,为锚杆间距、排距,a,=,a,=0.8m,。,2024/9/12,43,故,N=,（,9.84-0.5,0.8,）,/0.80.8=14.75,根,折合质量为,14.75,l,（,d/2,）,2,=,14.75,2.003.14,（,0.018/2,）,7850,=,58.90kg,l,锚杆长度，,l=2.0m,；,d,锚杆直径，,d=18mm,；,锚杆材料密度，,=7850kg/m,3,。,每排锚杆数,N,0.8=14.75 0.8=11.8,根,12,根,每米巷道粉刷面积,Sn=1.57B,3,+2h,2,=1.57,3.75m+2,1.60m=9.1m,2,式中,B,3,计算净宽，,B,3,=B,2,-2T=3.95m-2,0.10m=3.75m,。,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,。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。,2024/9/12,44,2024/9/12,45,2024/9/12,46,2024/9/12,47,2024/9/12,48,2024/9/12,49,2024/9/12,50,2024/9/12,51,2024/9/12,52,2024/9/12,53,2024/9/12,54,巷道断面设计练习,某煤矿，年设计能力为,180,万,t,，低瓦斯矿井，中央并列式通,风，井下最大涌水量为,350m,3,/h,。通过该矿第一水平运输大巷的流,水量为,180m,3,/h,，采用,ZK149/550,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,=4,6,，需通,过的风量为,56m,3,/s,。巷道内敷设一趟直径为,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。,2024/9/12,55,