井巷工程与施工课程设计

课程设计报告课程名称：井巷工程与施工课程设计姓名：学号：班级：土木矿建一.设计目的二.设计任务三.设计运输大巷直线段的断面1. 选择巷道断面形状2. 计算巷道断面尺寸3. 确定巷道的支护形式和支护参数；4. 布置巷道内的水沟和管线5. 计算巷道掘进工程量及材料消耗量6. 绘制巷道断面施工图（1：50）、编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表四.编制巷道施工组织设计1. 编制爆破说明书及爆破图表2. 选择凿岩设备3. 选择装岩、运输设备4. 确定调车装岩作业线5. 确定岩石平巷施工方法（掘支平行作业、单行作业）6. 编制巷道施工循环图表设计目的为了使我们对井巷设计与施工这门课程中所学的基本知识、基本理论及基本方法有个全面系统的掌握，并进行井巷设计和施工设计。通过本设计，我们将对这门课程有个深入的全面的了解，并学会利用各种工具书及参考文献资料，我们以团队协作的方式来解决设计中相关的问题。提高学生独立思考、认真处事、相互交流、合理解决设计中出现的问题的能力，使我们对井巷设计与施工这门课程有了一个全面的认识，对该门课程所学到的知识、技能初步达到一个学以致用的目的。二设计任务某矿双轨运输大巷，服务年限10年以上。采用ZK7-6/250架线式电机车牵引MG1.7-6A固定车厢式矿车运输，导电弓宽度之半为400mm该大巷穿过岩层的岩石坚固性系数f=46,通过该巷的涌水量150m/h,风量为40m3/s,该矿为低瓦斯矿井。巷道内需设两条动力电缆、三条通讯电缆和一条照明电缆，一条3英寸压风管，一条2英寸撒水管，选用18Kg/m钢轨，钢筋混凝土轨枕道渣道床。人行道宽度取700mm巷道另一侧宽度取500mm三.设计运输大巷直线段的断面一、选择巷道断面形状该运输大巷，服务年限10年以上,采用600mmo巨双轨运输大巷，并且穿过岩石为一般稳定围岩。故决定选择直墙半圆拱断面。二.确定巷道断面尺寸1）确定巷道净宽度B查表1-1知,ZK7-6/250架线式电机车宽1060mm高1550mmMG1.7-6A固定车厢式矿车宽1050mm高1200mm故选A=1060mm,根据煤矿安全规程并参照标准设计，选取t=200mm,人行巷道巷宽度c=700mm;非人行巷一侧宽a=500mm.B=a+2A+c+t=500+2X1060+700+200=35202）确定巷道净高度H拱形巷道的拱高：h0=B/2=3520/2=1760mm巷道内道渣高度：按表1-6取hb=180mm拱形巷道的墙高h3按架线电机车导线弓子要求确定h3由表1-2,常用拱行巷道墙高公式得h3Ah4+hc-、,（Rn）2（kb1）2式中：h4从轨高面起电机车架线高度，按煤矿安全规程规定取h4=2200mm;从底板至轨面高度，查表1-6选用18kg/m钢轨,hc=320mm,道昨高度hb=180mm;n导电弓子距拱壁安全距离，取n=300mm;k导电弓子宽度之半，取k=400mm;bi轨道中线与巷道中心线间距b尸B/2A/2-a=3520/21060/2-500=730mm故h3A2200+320J（i760300）2（400730）2A1595mm.按管道的装设高度确定h3按导电弓子的要求，由表1-2得：h3h5+h7+hb-jR2（Km慨b2）2式中h5-昨面至管子底高度，按煤矿安全规程规定，选h5=1800mm;h7管子悬吊件总高度，取h7=900mm;m导电弓子管子的间距，取m=300mm;D管道接头处最大直径，管子为3英寸,D=76.2mm;b2轨道中心线与巷道中心线间距b2=B/2-A1/2-c=1760-530-700=530mm;故h3A1800900180.17602（40030038,1530）21659mm;取h3=1659mm按电机车由表1-2得h3h5+h7+hb-Jr2（a/2m1d/2B2）2式中：Ai电机车最大宽度取Ai=1760mmm电机车距管子间安全距离取：mi=300mm故h3A1811mm综上计算，并考虑一定的富余量，故确定h3=1811mm则巷道净高：H=A+h3-hb=1760+1811-180=3391mm4)巷道净断面积S和净周长P的确定由公式1-3得：S=B(0.39B+h2)式中h2道昨面以上巷道壁高h2=h3hb=1811180=1631mm故半圆拱净断面：S=3520X(0.39X3520+1631)=10.58m2净周长：P=2.57B+2h2=2.57X3520+2X1631=12.3m5)风速校核巷道净断面积查表1-3以及公式(1-50)得：允许最高风速：Vm=8m/s设计规范允许最高风速：Vm=6m/s通过该巷道风量：Q=32m/s代入公式（1-5）得:V=Q/S=40/10.58=3.78m/s则VVmQSV10.58663.5m支护较为合理。并用组合拱理论设计支护参数如下：查表 1-9 ：选用快硬水泥锚杆，锚杆长L=1.6m, 锚杆直径314mm间排距0.8 X0. 8m,喷层厚度为：Ti=100mm锚杆外 露长度T2=50mm故支护厚度：T产T2=100mm 、选择道床参数根据该巷道通过的运输设备，已选用 18kg/m 钢轨，其道床参数：hc=320mm hb=180mm砟面至轨面高度:h a=hc hb=320 180=140mm查表1-5采用钢筋混凝土轨枕上宽160mm下宽180m3、确定巷道掘进断面尺寸/s40m2/s设计的巷道断面积，风速没超过规定，可以使用。三、巷道支护形式和支护参数的确定1、支护参数的选择该巷道穿过的岩层，为f=4-6,为中硬岩层中等稳定岩层。因服务年限较长,且为半圆拱形巷道属巷道，选用锚喷由表1-8计算公式得：巷道设计掘进宽度：Bi=B+2T=3520+2X100=3720mm巷道计算掘进宽度：B2=B+28=3720+2X75=3870mm巷道设计掘进高度：H1=H+hb+T=3391+180+100=3671mm巷道计算掘进高度：H=H1+6=3671+75=3746mm巷道设计掘进断面积：Si=B(0.39B1+h3)=3720(0.39X3720+1811)=12.2m2巷道计算掘进断面积：S2=B2(0.39B2+h3)=3870(0.39X3870+1811)=12.9m2o四.布置巷道内水沟和管线为了排除井下涌水及其它污水，创造文明生产的环境，巷道的底板需设置水沟。一般水沟布置在人行道一侧，并加设盖板。若非人行道侧有较大空间时，水沟也可设在费人行道侧，可不加设盖板，水沟一般布置在巷道中间。水沟盖板顶面与道渣面齐平，水沟底板掘进标高应比巷道壁的基础标高高由50100mm为了使水沟中水流通畅，水沟纵向坡度一般与巷道坡度相同，即为3%。5%。为了不使巷道内积水，巷道横向水沟一侧应有2%。的坡度，并且在水沟侧面壁上每隔一定距离开设有直径为50mm的泄水孔。水沟断面形状常用矩形、半倒梯形或倒梯形。水沟断面尺寸应根据水沟的流量、坡度、支护材料及其粗糙系数、断面形状等因素来确定。为了简化设计，可以直接选用设计部门提供的各种断面形状水沟的技术特征表。根据表1-7拱形巷道水沟规格及材料消耗量表。已知通过该巷道的涌水量为150m/h,现采用水沟坡度为4%0,查表1-7得:水沟深400mmi水7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。根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电缆、照明和通讯电缆等管道和电缆。管缆的布置要考虑安全和架设于检修的方便。已知该巷道内需设两条动力电缆、三条通讯电缆和一条照明电缆，一条3英寸压风管，一条2英寸撒水管。1） 管道布置的一般要求（1）管道应布置在人行道一侧，管道架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，这里使用托架法，风管在上，水管在下。（2）管道与管道呈交叉或平行布置时，应保证管道之间有足够更换的距离，管道架设在平巷顶部时，应不妨碍其他设备的维修和更换。2） 电缆布置的一般要求（1）人行道一侧最好不敷设动力电缆，故应把两条动力电缆敷设在非人行道一侧。(2)动力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧，如必须设在同一侧时，则应各自悬挂，且将动力电缆设置在通讯、照明电缆下面。故把三条通讯、一条照明敷设于人行道一侧。(3)电缆与风水管道平行敷设时，电缆要悬挂在管道的下方，隔开300mm勺距离。(4)电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不致撞击电缆。电缆坠落时，严禁落在轨道或运输设备上。(5)敷设电缆时，两悬桂点的间距不应大于3m,两根相邻电缆间距不得小于50mm，电缆到巷道顶板的距离一般不小于300mm当有数根电缆时，一般不下于200mm根据管缆的设置要求，将两条动力电缆设置在非人行道一侧，将三条通讯电缆和一条照明电缆设置在人行道一侧，通讯电缆距离道渣1.9m，电缆两个悬挂点的间距不应大于3.0m。将压风管和撒水管架设在水沟上面，以不妨碍清理水沟为原则。五计算巷道掘进工程量及材料消耗量由表1-8计算公式得：每米巷道计算掘进体积:V2=8X1=12.9X1=12.9m3锚喷巷道每米墙角掘进体积V3=0.2(T+8)X1=0.2X(0.1+0.075)X1=0.04m3每米巷道喷射材料消耗：V/=1.57(B2Ti)Ti+2h3T产1.57X(3.870.1)X0.1+2X1.811X0.1X1=0.96m3每米巷道墙角喷射材料消耗V0=0.2T1X1=0.2X0.1x1=0.02m3于是有：每米巷道喷射材料消耗3V=V/+Vr=0.96+0.02=0.98m每米巷道锚杆消耗量N，N/=2(P1/2M)+1/M上式中：P1计算锚杆消耗周长P1=1.57B2+2h3=1.57X3.87+2X1.811=9.7mPi=1.57B2=1.57X3.87=6.08mM锚杆间距M=0.8mM锚杆排距M=0.8mM=MT=0.8m，故Pi/2M=6.08/2X0.8=3.8取4所以有：N/=2X(6.08/2X0.8)+1/0.8=10.8根折合重量为：W=N(L+0.05)(d/2)p=10.8(1.6+0.05)X3.14X(0.014/2)2X7850=21.52kgL锚杆深度L=1.6m0.05为锚杆露生长度d锚杆直径d=0.014mp锚杆材料密度p=7850kg/m3每排锚杆数量:n=N/X0.8=10.8X0.8Q9根每米巷道锚杆注孔砂浆消耗V4V4=N.L.Sa式中：Sa-锚杆孔面积，按炮眼钻头直径为43mM+算Sa=(0.043/2)=0.0014m2故：V4=10.8X1.6X0.0014=0.024m3每米巷道粉刷面积Sn：Sn=1.57(B2+2T)+2h3Sn=1.57X(3.87-2X0.1)+2X1.631=9.0239m=9.03六、巷道断面施工图(1:50)、巷道特征表、每米巷道掘进工程量及材料消耗量表的绘制1，根据前面计算数据绘制巷道断面施工图(1:50)巷道断面施工图（上图）2、每米巷道掘进工程量及材料消耗量表:围岩计算掘进锚材料消耗石类松动圈/m工程量/m3杆数喷射混凝土/m3锚杆刷面别巷道墙脚小/根钢筋/Kg快硬水泥卷/个积/mm1.01.412.20.04110.027656.8729.033、该巷道特征特征表:围石断面/m3设计掘进尺寸/mm喷射厚度/mm锚杆/mm净周类别净断面设计掘进宽B高H形式外路长度排列方式问排距离长度L直径d长/mPm10.5812.237203671100快硬100正方形80016001412.3四、编制巷道施工组织设计1选择凿岩机具选择凿岩设备；目前岩巷掘进可以选择的凿岩机种类较多。凿岩机选择的主要因素是根据工程要求的施工速度。目前煤矿普遍采用的仍为气动凿岩机，气腿式凿岩机具有可多台凿岩机同时钻眼，钻眼与庄严平行作业，结构简单，适应性强，应用广泛，制造容易，成本低，维修使用方便，机动性强,辅助工时短，便于组织快速施工等优点。故该巷道选择气腿式凿岩机。气腿式凿岩机的特点及使用条件基本特占八、主要型号适用条件气腿式重量属轻型，主机安设在气腿上，靠气腿推动钻进。可钻水平或倾斜炮眼，使用灵活，适应性强。YT23、YT24YT25YT2&YT27、YT2&YTP26孔径：3442mm孔深：5m岩性：软、中、硬2爆破器材的选择我国目前使用的矿用炸药有硝镂类炸药和含水炸药，硝镂类炸药价格低廉，为煤矿普遍采用。这里选用2号煤矿硝镂炸药，直径为35mm,质量为200g的药卷，长度为20cm起爆材料一般采用8号雷管，其中秒延期雷管、半秒延期雷管以及毫秒延期雷管都能满足巷道爆破的起爆要求，在这里选择秒延期雷管。3确定爆破参数1) 炮眼深度我国煤矿巷道掘进中，通常是以月进尺任务和凿岩、装岩设备的能力来确定每一循环的炮眼深度。采用气腿式凿岩机时炮眼深度以1.82.5为宜。这里选择炮眼深度为2.2米2) 炮眼直径现场多采根据药卷直径确定炮眼直径，目前国内岩巷掘进均采用直径32mm35mmW种药卷，选用钎头的直径为4043mm以炮眼直径比药卷直径大8mmJ宜。：炮眼直径选择43mm3) 炮眼数目炮眼数目可以根据单位炸药消耗量，按下式估算后，再按经验方法确定炮眼数目N=qSm4/ap式中N一炮眼数目q一单位炸药消耗量，kg/m3S一巷道掘进断面积，m2M一每个药卷长度x一炮眼利用率a一装药满度系数，即装药长度与炮眼长度之比，一般取0.50.7；N0.9017.060.20.9041.0160.50.15p每个药卷的重量，kgN=1.68X11.9X0.2X0.9/(0.5X0.2)=35.98取36个4) 单位炸药消耗量根据爆破工程巷道掘进的单位炸药消耗量定额表查的取值为1.68kg/m35) 工作面炮眼布置1 .掏槽眼参照参考文献【1】，查表51,共布置4个掏槽眼，深度为2.2m。掏槽眼布置在巷道中部稍下部2 .辅助眼有16个，对称布置，尽量均匀。眼距取600mm3 .周边眼按轮廓线布置。顶帮眼：距顶帮200mm底帮眼：距底板200mm周边眼眼距取600mm总共要布置16个周边眼。每循环的装药量QkVklS式中：Q每循环的总装药量，kg;k一单位炸药消耗消耗量，为1.68kg/m3；V一每循环爆破的原岩体积，为23.8m3;S一巷道掘进断面积，为11.9m2;l一工作面炮孔平均深度，为2m；t一炮孔利用率，本设计中为0.90o所以，Q=1.68X2X11.9X0.90=36kg装药系数5n取值为：掏槽眼0.7；辅助眼0.5；周边眼0.5。平均装药系数为0.576)联线方式岩巷掘进一般采用发爆器起爆，所以多采用串联方式，它的联接简单，不易遗漏，便于操作和检查，编制爆破说明书及爆破图表爆破说明书及爆破图表是指导和检验钻眼爆破工作的文件，是掘进工作技术管理的重要一环。要达到这一要求，首先必须切合实际地编制爆破图表，并且严格按图表的规定施工，在施工过程中不断修正、完善。为此要强调编制图表和执行图表的岗位责任制，要按效率、材料消耗、爆破效果等全面检查。这样才能不断提高钻眼爆破技术，使爆破图表更符合实际。爆破图表包括爆破条件、爆破参数表、炮眼布置图和爆破预期效果四个内容，可用爆破条件与技术经济指标表、炮眼布置图和爆破参数表表示39381361917359204；41081134 一 33121356132544282726232145222915321431243043炮眼布置图爆破条件与技术经济指标表指标名称单位数量指标名称单位数量净断面积mi9.67炮眼深度m2.2掘进断面积2m11.9炮眼数目个37岩石性质中硬岩循环炮眼总长度m81.40后后W氏系数f46炮眼利用率%90工作面瓦斯情况低瓦斯循环进尺m2工作面涌水情况m3/h150循环实体岩石量3m23.8凿岩机型号气腿式YT26炸药单位消耗量Kg/m31.68炸药名称2号煤矿硝钱炸药雷管单位消耗量发/m31.55雷管名称8号秒延期雷管每米进尺炸药消耗量Kg19.80循环炸药用量Kg39.6每米进尺雷管消耗量发18.50循环雷管用量发37表2装药顺序及起爆顺序眼号炮眼名称眼数/个眼深/m装药量起爆顺序连线方式结构单孔合计卷数/个顾里/kg卷数/个X/kg1空眼12.5串联连续反向装药25掏槽眼42.471.05284.2I611圈辅助眼62.350.75304.5n1222二圈辅助眼112.350.75558.25m31,32,44,45帮眼42.220.3081.2w3343顶部眼112.220.30223.3w2329底眼82.250.75406.00V确定岩石平巷施工方法作业方式的选择与规定1作业方式可根据巷道穿过岩层的地质条件，巷道断面大小、可采用的永久支护材料和结构、施工装备、劳动组织及工人技术水平等情况选择2遵守矿上井巷工程施工及验收规范的规定1 ）凡需支护的巷道，掘进工作面与永久支护间的距离，应根据围岩情况和使用机械作业条件确定，但不应大于40m2 ）水沟与永久支护应同时完成3 ）平巷的永久轨道与掘进工作面的距离，不宜大于200m,但铺设道渣的时间可依据现场的条件决定4 ）倾斜巷道永久巷道轨道应在交付使用前一次铺设掘支平行作业是，永久支护在掘进工作面之后一定距离处于掘进同时进行。由于支护不单独占用时间，可提高成巷速度约3040%;施工机械设备能得到充分利用，可降低施工成本。但同时需要的人力、物力较多，组织工作比较复杂，一般适用于围岩比较稳定及掘进断面大于8m2的巷道，以免掘、砌工作相互干扰，影响成巷速度。结合本巷道实际情况确定出施工方法为掘支平行作业。.选择装岩、运输设备选择带调车盘耙斗装载机装岩PT-60B型带调车盘耙斗装载机的主要技术参数如下：耙斗容积0.6m3,生产率70110m3/h,绞车牵引力20.528.5KN;绞车电动机功率30KVV轨距600mm外形尺寸（长X宽X高）主机7090X1850X2350,调车盘5250X2245mm,重量8300kg;适用于断面为916m2的双轨巷道。选择列车装岩为运输设备三确定调车转眼作业线平巷施工机械化作业线的配套原则：1）应根据施工单位的设备情况、选择多台气腿式凿岩机钻眼带调车盘耙斗转载机装岩与调车矿车及电机车运输，这条作业线的调车盘紧跟装载机，可以使装载机的间歇时间和工作面的调车时间大为减少，从而为实现快速掘进创造了条件。该作业线配套设备均为常规设备，结构简单，机械性能可靠，机电维修技术水平要求不高；应用范围广，初期投资少，机动灵活，能组织钻眼、装岩平行作业，提高了掘进工时利用率，耙斗装载机配备气动调车盘，缩短了调车时间，提高了装载机的生产效率，加快了巷道的施工速度。因此这条作业线在我国岩巷掘进中是一种主要的配套形式。四、编制巷道施工循环图表循环图表是施工组织设计的一部分。编制循环图表应根据设计图纸和地质条件以及施工速度，选择合理的循环参数，安排施工工序；根据作业方式、施工速度，最大限度地实行平行交叉作业，确保各工序的互相衔接和配合，充分利用工时；要以施工定额为依据，提高实际工效，确保有先进的技术经济指标。循环因素的任务是用图表的形式，在时间上、空间上规定人员、设备的工作岗位和工作量，并明确各工序的协作和衔接关系等。1掘进循环时间的确定掘进循环的总时间T可按下式计算：T=T1+T2+T3+T4+T5式中T一循环总时间，min;T1一交接班时间，min;T2一装岩工作时，min;min;T3一钻眼工作时间，min;一钻眼与装岩不平行作业系数，T4一装药、连线时间，min;T5一放炮通风时间，min;交接班时间：T1=10min装岩时间T2可按下式计算SLT2np=11.9X2X0.9/100=13min式甲S一掘进断面积，m2L一炮眼平均深度，m刀一炮眼利用率；p实测装岩机生产率，哥小（实体）n一同时工作的装岩机台数，为1单独钻眼时间，可按下式计算：T3=(t1+t2)常=36X2X0.5/(2X0.5)=36min式中t1一钻巷道上部炮眼所需时间，t2一钻巷道下部炮眼所需时间N一炮眼数目，个L一炮眼平均深度，mm一同时工作钻机台数，v每台凿岩机的钻速，m/min,为0.5m/min一钻眼与装岩不平行作业系数，应根据实测确定，当组织顺序作业时为1,当组织平行时，值一般为0.5左右。装药连线时间：T4=NtA=36X4/6=24min式中t个炮眼装药时间，为4min；A同时装药的工人组数，为6;其余符号同前。爆破通风时间：T5=15min除此之外，为了防止难以预见的工序延长，提高循环图表完成的概率，应考虑增加10%勺备用时间，故循环总时间可按下式计算T=1.1(T1+60SLn/P+NL/mv+T4+T5)所以，总的循环时间为：T=1.1（T1+T2+T3+T4+T5）=1.1（10+13+36+24+15）=107.8min取108min2 掘支循环图表编制时一般以掘进工作面为主，在掘进循环时间确定后，然后编制支护循环图表。3 循环图表的执行和管理循环图表是在充分调查的基础上编制而成，并经由关管理部门审批。因此在执行和管理上必须做到以下几点：（ 1） 开工前，要在掘进队和有关部门中认真讨论贯彻，使每个工作人员明确自己的岗位和协调关系，明确循环图表的各个环节。（ 2） 执行初期，应抓循环图表的熟练执行工作，特别是个工序的所需时间，各工序的协调关系，有时甚至适当降低循环进度，使每个工作人员在时间上确保按图表执行，并注意在执行中发现图表中存在的问题，及时予以调整。（ 3） 在执行过程中，应对各个工序的操作、协调以及所需时间不断地观测，从中挖掘潜力，不断发现和解决问题。这些工作既保证了图表的执行，又为编制更合理的图表提供依据。掘进循环图表工序时间min循环时间，min102030405060708090100交接班10装岩13凿眼36装约、连线24放炮通风15