【学习课件】第三章巷道断面设计

第三章第三章 巷道断面设计巷道断面设计1A 第一节第一节 煤矿巷道类型与断面形状煤矿巷道类型与断面形状 一、煤矿巷道类型一、煤矿巷道类型 1 1、按照巷道用途划分、按照巷道用途划分 1 1、为开采水平效劳的巷道：运输大巷、石门等、为开采水平效劳的巷道：运输大巷、石门等 2)2)、为采区效劳的巷道：采区集中巷、采区山下山等、为采区效劳的巷道：采区集中巷、采区山下山等 3 3、为采煤工作面效劳的巷道：工作面运输、回风、为采煤工作面效劳的巷道：工作面运输、回风平巷等平巷等 4 4、联络巷：连接、联络巷：连接2 2条或条或3 3条以上的短巷。条以上的短巷。 5 5、硐室：变电所、水泵房、绞车房等、硐室：变电所、水泵房、绞车房等 6 6、交叉点、交叉点 2、按照巷道层位分 1、岩石巷道 2、半煤岩巷道 断面岩石的面积在1/54/5) 3、煤层巷道断面煤层的面积在4/5以上) 二、巷道断面形状二、巷道断面形状 按其构成的轮廓线分两种按其构成的轮廓线分两种 折边形折边形: : 矩形、梯形、不规那么形矩形、梯形、不规那么形 曲边形曲边形 : :半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、 椭圆形、椭圆形、圆形圆形三、巷道断面形状选择的因素、巷道断面形状选择的因素 、按作用在巷道上、按作用在巷道上的地压大小和方向：的地压大小和方向：、当顶板压力和侧压都、当顶板压力和侧压都不大时：梯形和矩形不大时：梯形和矩形、当顶压较大、侧压较、当顶压较大、侧压较小：半圆拱形、圆弧形、小：半圆拱形、圆弧形、三心拱形三心拱形、当顶压、侧压都很大，、当顶压、侧压都很大，同时有底鼓严重时：马同时有底鼓严重时：马蹄形、圆形、椭圆形蹄形、圆形、椭圆形 、按巷道的用途及效、按巷道的用途及效劳年限：劳年限： 、效劳年限长的开、效劳年限长的开拓巷道：一般选拱形拓巷道：一般选拱形 、效劳年限、效劳年限1010年左年左右的准备巷道或采区右的准备巷道或采区巷道：一般选梯形巷道：一般选梯形、按支护材料和习惯使、按支护材料和习惯使用的支护方式：用的支护方式：、木支架、钢筋混凝土、木支架、钢筋混凝土棚子：选梯形棚子：选梯形、锚喷支护、砖石、混、锚喷支护、砖石、混凝土支护：选拱形凝土支护：选拱形 近年来由于广泛采用先近年来由于广泛采用先进的锚喷支护技术，同进的锚喷支护技术，同时考虑到设计简化的需时考虑到设计简化的需要，巷道多采用半圆拱、要，巷道多采用半圆拱、圆弧拱，而三心拱已被圆弧拱，而三心拱已被淘汰。局部煤矿比较薄淘汰。局部煤矿比较薄的矿井在采区巷道往往的矿井在采区巷道往往采用梯形巷道。采用梯形巷道。第二节第二节 巷道断面尺寸巷道断面尺寸 一、巷道净宽度确实定一、巷道净宽度确实定 二、巷道的净高度二、巷道的净高度 三、巷道的净断面面积三、巷道的净断面面积 四、巷道风速的验算四、巷道风速的验算 五、巷道设计和计算掘进断面面积五、巷道设计和计算掘进断面面积 巷道断面尺寸决定的因素巷道断面尺寸决定的因素 当确定了巷道断面形状和支护类型后，需要当确定了巷道断面形状和支护类型后，需要考虑如下因素来确定巷道断面的尺寸。考虑如下因素来确定巷道断面的尺寸。 1 1、巷道中人行的要求、巷道中人行的要求 2 2、巷道中运输设备的类型及数量、巷道中运输设备的类型及数量 3 3、支护厚度、支护厚度 4 4、通过本巷道的风量、通过本巷道的风量 直墙拱形巷道的净宽度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，系指巷矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。端之间的水平间距。 梯形巷道，当其内通行矿车、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的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽系指自底板起高水备时，净宽系指自底板起高水平的巷道宽度。平的巷道宽度。 一、巷道净宽度确实定一、巷道净宽度确实定 1 1、单轨巷道的净宽度、单轨巷道的净宽度B=a+ +C a:B=a+ +C a:非人行道的平安非人行道的平安宽度宽度 取取 : :设备的最大宽度设备的最大宽度 C C：人行道的宽度，取米：人行道的宽度，取米 1 1米米 2 2、双轨巷道的净宽度、双轨巷道的净宽度B=a+2 +C+t aB=a+2 +C+t a：非人行道的：非人行道的平安宽度平安宽度 米米 2A1 2A1 ：2 2倍设备的倍设备的最大宽度最大宽度 C C：人行道：人行道的平安宽度的平安宽度 T T：运输设：运输设备之间的平安间隙备之间的平安间隙 米米 1A1A1A 以直墙拱形巷道为例以直墙拱形巷道为例： Ba十十2A1十十c十十t 注意：注意： 、为了使双轨巷道对开列车之间有足够的平安间隙：、为了使双轨巷道对开列车之间有足够的平安间隙：t t可按下式求出：可按下式求出： t= t=表表3-23-2的值双轨中心线距的值双轨中心线距- -设备宽设备宽/2+ /2+ 设备宽设备宽/2/2 、巷道弯道处，其设备之间的平安间隙要加宽，同、巷道弯道处，其设备之间的平安间隙要加宽，同时巷道不仅在弯道处要加宽两设备之间的平安间隙，与弯时巷道不仅在弯道处要加宽两设备之间的平安间隙，与弯道连接的直线段也要有适当的加宽距离。一般建议加宽道连接的直线段也要有适当的加宽距离。一般建议加宽3-3-5 5米处，但用上述计算米处，但用上述计算t t的方法都解决了。的方法都解决了。 即用表即用表3-23-2中的轨道中心距求出两设备之间的平安间隙，中的轨道中心距求出两设备之间的平安间隙，都解决了都解决了 在确定曲线段巷道净宽度在确定曲线段巷道净宽度时，按公式计算巷道的净时，按公式计算巷道的净宽，要考虑矿车在弯道上宽，要考虑矿车在弯道上运行，由于车体的中心线运行，由于车体的中心线和线路的中心线不相吻合，和线路的中心线不相吻合，发生矿车外边角外伸和矿发生矿车外边角外伸和矿车内侧车帮内移现象，车内侧车帮内移现象， 内侧和外侧均要加宽。曲内侧和外侧均要加宽。曲线段巷道加宽范围：除曲线段巷道加宽范围：除曲线段外，线段外， 用矿车运输时与曲线段两用矿车运输时与曲线段两端相联的各长端相联的各长2m的直线段的直线段也要加宽；也要加宽； 用电机车运输时曲线两端用电机车运输时曲线两端直线段加宽长度为。直线段加宽长度为。 按以上公式计算的巷道净宽度B值，应根据只进不舍得原那么以进级。 3、无轨运输巷道的净宽度 主要根据行人和通风的需要来确定，主要运输巷道应留设宽度在以上的人行道，另一侧宽度应不小于0.5m. 三、巷道净高度确实定三、巷道净高度确实定 (A) (A) 拱形巷道的净高度拱形巷道的净高度 H= H= : :拱形巷道拱高拱形巷道拱高 ：拱形巷道墙度：拱形巷道墙度 ：巷道内道碴高度：巷道内道碴高度 0h3hbhbhhh30一、拱高一、拱高 确实定确实定 半圆拱半圆拱 =R=B/2 =R=B/2 巷巷道的净宽度的一半道的净宽度的一半 圆弧拱圆弧拱 =B/3 =B/3 巷巷道净宽度的道净宽度的1/31/3二墙高二墙高 确实定确实定 墙高壁高是指自墙高壁高是指自巷道底板至拱基线的垂巷道底板至拱基线的垂直距离直距离 一般根据电机车架线，一般根据电机车架线，管线装设和人行要求进管线装设和人行要求进行计算选取最大值行计算选取最大值0h0h0h3h1、按架线电机车导电弓子要求确定墙高、按架线电机车导电弓子要求确定墙高 半圆拱半圆拱2143)()(bKnRhhhc3h ：轨面主电机车架线高度平安规程：轨面主电机车架线高度平安规程规定规定1800毫米，一般取毫米，一般取2000毫米毫米 ：巷道底板至轨面的距离道床：巷道底板至轨面的距离道床总高度总高度 表表3-7 n：导电弓子距拱璧的平安距离一：导电弓子距拱璧的平安距离一般取般取300毫米。毫米。 k:架线电机车导电弓子宽度之半一架线电机车导电弓子宽度之半一般般718/2=359毫米毫米 b1 :轨道中心线非人行道一侧轨道中心线非人行道一侧至巷道中心线的距离架线中心线至巷道中心线的距离架线中心线 b1 =B/2-(a+电机车宽度电机车宽度/2) 电电机车宽度表机车宽度表3-1 a:非人行道平安宽度规程规定非人行道平安宽度规程规定米一般取米一般取400毫米毫米4hhc4h 2 2、按管道安设高度要求计算墙高、按管道安设高度要求计算墙高 ( ( 双轨双轨巷道巷道222753)2(bKmDRhhhhb3h : :为渣面至管子底高度平安规程一般取为渣面至管子底高度平安规程一般取h5=1800h5=1800毫米米以下不得架设管路毫米米以下不得架设管路 : :道碴高度道碴高度 : :为管子悬吊线总高度一般取米为管子悬吊线总高度一般取米 D D：为管子直径：为管子直径 K K：导电弓子半径取：导电弓子半径取359359 b2: b2:轨道中心线与导电弓子中心线间距轨道中心线与导电弓子中心线间距 b2=B/2-C1=B/2-( b2=B/2-C1=B/2-(电机车宽度电机车宽度/2+840)/2+840) 840- 840-指规程规定巷道人行道宽度指规程规定巷道人行道宽度 m: m:导电弓子距管子的平安距离取导电弓子距管子的平安距离取300mm300mm 5hbh7h单轨巷道单轨巷道 注意注意 b1 b1架线中心线非人行道一侧距巷道中心架线中心线非人行道一侧距巷道中心线的的距离线的的距离212753)2(bKmDRhhhhb 3、按人行高度要求计算墙高 规程规定距壁j处的巷道有效高度不小于1800毫米 ，但j100的范围内计算 取200毫米223)(1800jRRhhb3h 4、最后比较上述三值取最大者，上述计算出墙高 值，考虑一定的余量只进不舍的原那么以米进级。 (B)、无轨运输巷道的净高度 无轨运输包括汽车运输巷道最小高度除满足行人、通风等要求外，运输设备顶部距巷道顶部支护或管线下缘的距离不得小于0.6m.3h四、巷道净断面面积四、巷道净断面面积 1 1、半圆拱、半圆拱 2 2、圆弧拱、圆弧拱 式中式中 : :道碴面以上巷道的壁高道碴面以上巷道的壁高 : :拱形巷道墙高拱形巷道墙高 : :道碴高度道碴高度 3 3、梯形、梯形S=S=B1+B2B1+B2H/2H/2 4 4、半圆拱形周长、半圆拱形周长P=2.57B+2h2P=2.57B+2h2)39. 0(2hBBS)24. 0(2hBBS2hbhhh323hbh五、巷道风速的验算五、巷道风速的验算 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，Q通过巷道的风量，Vmax巷道允许通风的最高风速，ms。maxVSQV煤矿平安规程规定如右表，煤矿工业设计标准规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6ms；输送机巷道采区风巷一般不大于4ms。设计时，应在不违反煤矿平安规程的原那么下，按标准要求确定巷道断面，以留有余地。表3-4的数值，不超过就符合规程。六、巷道设计和计算掘进断面面积六、巷道设计和计算掘进断面面积1 1支护参数确实定支护参数确实定 2 2道床参数的选择道床参数的选择3 3巷道设计掘进断面巷道设计掘进断面 4 4巷道计算掘进断面积巷道计算掘进断面积1支护参数的选择支护参数的选择 支护是影响煤矿技术经济指标和平安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开展。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，将在第五章中介绍2道床参数的选择 道床参数是按选取的钢轨型号、轨忱规格和道碴道床参数是按选取的钢轨型号、轨忱规格和道碴高度确定的。高度确定的。钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来选取。选取。其型号的选择及技术参数见表其型号的选择及技术参数见表3-53-5 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。应大力提倡使用钢筋混凝土轨枕。见表3-6，比木轨枕耐用，制造简单。 道床：以坚硬不易风化的碎石或卵石做道碴，粒度道床：以坚硬不易风化的碎石或卵石做道碴，粒度20-3020-30毫米为宜，道砟的高度在主要运输巷不得小于毫米为宜，道砟的高度在主要运输巷不得小于100mm100mm，并至，并至少把轨枕少把轨枕1/21/2 2/3的高度埋入道砟内，如图3-5。道创宽度可按轨枕长度再加200mm考虑。3 3、半圆拱巷道设计掘进断面面积、半圆拱巷道设计掘进断面面积(S1)(S1) S1=B1S1=B10.39B1+h30.39B1+h3 B1 B1：巷道设计掘进宽度：巷道设计掘进宽度 h3 h3：巷道净高度：巷道净高度 其中其中 B1=B+2T B1=B+2T B B：巷道净宽度：巷道净宽度 2T 2T：巷道支护厚度喷射混凝土厚度：巷道支护厚度喷射混凝土厚度4 4、半圆拱巷道计算掘进断面积、半圆拱巷道计算掘进断面积 (S2)(S2) S2=B20.39B2+H3 B2：巷道计算掘进宽度 h3：巷道净高度 其中 B2=B1+2=B+2T+2 B：巷道净宽度 2T：巷道支护厚度 2：允许掘进超挖值，一般取75毫米 5、巷道设计掘进高度 =H+ +T H：巷道净高 6、巷道计算掘进高度 = +1Hbh2H1H七、半圆拱巷道掘进工程量和材料消耗计算公式七、半圆拱巷道掘进工程量和材料消耗计算公式 1、每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1=S21 S2：掘进断面积 2、每米巷道墙脚计算掘进体积 T+ 1 T：喷射厚度 ：超挖值 3、每米巷道拱与墙喷射材料消耗 V2= B2：巷道计算掘进宽度 T1：喷射混凝土厚度支护厚度T h3：拱形巷道墙高12)(57. 113112ThTTB 4 4、每米巷道墙脚喷射材料消耗、每米巷道墙脚喷射材料消耗 V3=0.2T1V3=0.2T11 1 5 5、每米巷道喷射材料消耗不包括损失、每米巷道喷射材料消耗不包括损失 V=V2+V3 V=V2+V3 6 6、每米巷道锚杆消耗、每米巷道锚杆消耗 根根 ( (根根) ) ：计算锚杆消耗周长：计算锚杆消耗周长 +2h3 B2: B2:巷道计算掘进宽度巷道计算掘进宽度 为锚杆间距、排距，一般取为锚杆间距、排距，一般取800800毫米毫米 = =800= =800毫米毫米aaapN5 . 011p1paaaa 折合重量折合重量 L L：为锚杆深度：为锚杆深度 d/2 d/2：d d为锚杆直径为锚杆直径 ：锚杆材料密度：锚杆材料密度 每排锚杆数每排锚杆数 0.8 0.8 根根2)2(dlNN 7、每米巷道粉刷面积、每米巷道粉刷面积 Sn=1.57B3+2h2Sn=1.57B3+2h2 h2 h2：道碴面以上巷道的壁高：道碴面以上巷道的壁高 h2=h3-hb h2=h3-hb h3 h3：巷道壁高：巷道壁高 hbhb：道碴高度：道碴高度 B3=B2-2T=B1+2-2T=B+2T+2-2T=B+2B3=B2-2T=B1+2-2T=B+2T+2-2T=B+2 B3 B3：计算巷道净宽：计算巷道净宽 B2B2：计算掘进宽度：计算掘进宽度 B B： 巷道净宽度巷道净宽度 22：允许超挖量：允许超挖量 取取7575 第三节第三节 巷道断面内水沟设计和管缆布置巷道断面内水沟设计和管缆布置 一、水沟设计一、水沟设计 二、管线布置二、管线布置 一、水沟设计一、水沟设计 为了排出井下涌水及其他污水，创造文明生产的为了排出井下涌水及其他污水，创造文明生产的环境，设计巷道断面时，应根据矿井生产时通过环境，设计巷道断面时，应根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计水沟。该巷道的排水量设计水沟。 1、水沟布置、水沟布置 (1)、水平巷道及倾角小于、水平巷道及倾角小于16的倾斜巷道的水的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧。当非人行侧有适当空间沟，一般布置在人行侧。当非人行侧有适当空间时，亦可布置水沟，但应尽量防止水沟穿越轨道时，亦可布置水沟，但应尽量防止水沟穿越轨道或输送机。或输送机。 (2)、在倾角大于、在倾角大于16 的巷道中，当涌水量小或的巷道中，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或重叠布置;当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和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。人行台阶可分设在巷道两侧。 (3)、专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底、专用排水巷道、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。在巷道中间。 (4)、巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上下山下部车场的上方、胶带机接头碉室的上下山下部车场的上方、胶带机接头碉室的下方或出水点处。下方或出水点处。2、水沟砌筑 根据水沟效劳年限，一般将水沟分为永久性水沟和临时性水沟两类。永久性水沟应砌筑，临时性水沟可不砌筑。井底车场、主要运输大巷、上(下)山等永久性水沟均应砌筑，一般可用混凝土现浇或片石砌筑，也可采用钢筋混凝土预制3、水沟坡度和流速 矿井水沟坡度应与巷道坡度一致，考虑到流水通畅，平巷坡度不宜小于3，巷道中横向水沟的坡度，不宜小于2;采区胶带机巷道、分层运输巷道和运输煤门、采区回风巷道和分层回风巷道的水沟可选用5的坡度。水沟采用混凝土砌筑时最大流速为为510m/s，不衬砌的水沟为。水沟的最小流速，应以不便煤泥等杂物沉淀为原那么，其值一般不应小于。 4、水沟的断面 常用的水沟断面形状：对称倒梯形、半倒梯形和矩形。 各种水沟断面尺寸应根据水沟流量，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3-6、和表3-13。 5、水沟的盖板 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。其规格及材料消耗见表3-13。无运输设备的巷道、大于15上下山和采区巷道的水沟一般不设盖板。 二、管缆布置 根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管以及其他管路。此外，还有动力电缆、照明和通讯电缆等电缆。 1管道布置 管道的布置要考虑平安、架设与检修的方便，一般应符合以下要求: (1)管道应布置在人行道一侧，管道的架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，并要考虑检修的方便;假设架设在人行道上方，管道下部距道昨或水沟盖板的垂高不应小于，假设架设在水沟上，应以不阻碍清理水沟为原那么。 (2)当管道与管道呈交叉或平行布置时，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，应不阻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的平安距离。 2、电缆布置 电缆布置一般要求 (1)、动力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通讯电缆设在动力电缆上方以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。 (2)、电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持以上的距离。 (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，所以电缆悬挂高度一般为，电缆到巷道顶板的距离一般不小于30Omm;电缆两个悬挂点的间距不应大于3.0m;电缆与运输设备之间距离不应小于0.25m;电缆同风筒相互之间应保持以上距离。 (4)、高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离应大于以上。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于5Omm，以便摘挂方便。 (5)有煤尘瓦斯突出煤层中的回风巷，禁止设置动力电缆。半圆拱形巷道管缆的布置可参见以下图3-10。 三、巷道断面施工图 将已经设计计算的巷道断面尺寸，一般按1:50比例绘制出巷道断面施工图，并附上巷道特征表、每米巷道工程量及材料消耗量表。将这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。目前常用的不同轨距的巷道断面施工图的标准设计己由设计单位编出。 作业：作业： 1 1、为什么设计管道必须进行风速的验算。、为什么设计管道必须进行风速的验算。 2 2、道床参数的选择包括哪方面的内容。、道床参数的选择包括哪方面的内容。 3 3、半圆拱巷道设计断面面积如何来确定，写出公、半圆拱巷道设计断面面积如何来确定，写出公式，并记明各符号的意义。式，并记明各符号的意义。 4 4、巷道设计对管道的布置是如何要求的。、巷道设计对管道的布置是如何要求的。第四节第四节 巷道凿面设计例如巷道凿面设计例如 作业： 某煤矿年设计能力为30万吨，中央分列式通风，井下最大涌水量为140米/小时，采用ZK7-6/250架线式电机车运输，主要石门穿过的岩石层为砂岩f=4-6，在其内布置一趟直径100mm的压风管，一趟直径为50mm的洒水管，井下使用矿车为1吨，石门需通过的风量为18m/S ，试设计石门双轨直线段的巷道断面。一般选半圆拱画出草图。