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井巷工程课程设计 江西矿业学院 井巷工程课程设计 设 计 题 目 244下山运输大巷设计 学 生 姓 名 万鲁顺 专 业 班 级 采矿121班 指 导 老 师 黄河李嘉豪 评 阅 人 设 计 时 间3013.12.185 安全技术系 目 录 第一章 断面的选择与尺寸的确定（3） （1）计算巷道净宽度 4 （2）计算巷道拱高 4 （3）计算巷道壁高 4 （4）计算巷道净断面积和周长 5 （5）用风速校核巷道净断面面积 5 第二章 爆 破（7） 第三章 施工与管理（10） 第四章 循环图表 （18） 第五章 劳动组织一览表 （19） 参考文献（17） 五矿年生产能力为15万吨，矿水平运输大巷采用ZK7-6/250架线式电机车、1.5吨固定式矿车运输。运输大巷穿过岩层的普氏系数f9-10而且巷道周围100米内无大断层，通过的最大风量为20 M3 /S，井下最大涌水量为150 M3 /时，大巷中布置一趟直径为Φ200mm的压风管、一趟直径为Φ100mm的水管 ，大巷服务年限为矿井服务年限。试设计其单轨的巷道断面。 一 断面的选择与尺寸的确定 （一）运输大巷断面选型 运输大巷为岩石巷道，服务期较长，而且是全矿的主要运输巷道，矿井年生产能力为12万吨,巷道周围100米内无大断层,井下每小时最大用水量为150m3,岩石的坚固性系数为9至10，该矿井属于高瓦斯矿井，采用中央分列式通风。确定采用半圆拱断面形式的砌碹巷道。 （二）运输大巷断面尺寸的确定 1.运输设备尺寸查表知电机车尺寸比矿车大，其宽度 A11060mm，高度h1550mm，机车架线高h42000mm。 2．煤矿安全规程规定非人行侧设备至壁的宽度a≥250mm，取400mm；人行侧设备至壁的宽度c≥800mm，取840mm。 根据以上各项，巷道净宽BA1ac10604008402300mm。 2.巷道壁高h3 （1）确定道床参数 表5-1 运输设备主要尺寸 mm 运输设备及类型 设备宽度A 设备高度h XK2.5/48A电池电机车 920 1550 XK8-6/110A蓄电池电机车 1060 1550 ZK7-6/250架线式电机车 1060 1550 ZK10-9/架线式电机车 1360 1550 ZK14-9/550架线式电机车 1335 1600 1.5t矿车（600mm轨距） 1050 1150 1t矿车（600mm轨距） 880 1150 3t矿车（900mm轨距） 1200 1400 查表5-10得，轨型为18kg/m。根据轨型查表5-8得，道床总高度hc320 mm，道渣高度hb180mm，道渣面至轨面高ha140mm。 （2）按各种要求计算壁高h3 ①按导电弓要求h3h4hc√[R-n2-kz2] 式中 R半圆拱半径，RB/22400/21200mm； n导电弓距拱距离，取300mm； k导电弓宽度之半为360 mm； z轨道中心至巷道中心距离， z（B/2）-440-1060/2230 mm 故 h32000320-6801640 mm ②按行人要求h3h5h6-√[R2-R-r2] 式中 h5自碴面起管子高度，h51800 mm r行人与壁间安全距离，取200 mm；hb及R见前，则有 h31800180-√[12002-1200-2002]1316 mm。 ③按管道布置要求必须满足机车与导电弓距管道的安全间隙要求。 h3h5h7hb-√[R2-mD/2b22] 式中 D压风管直径，D200mm； h7管子吊件总高度，h7500（D/2）500100600 mm m导电弓至管子安全距离，m300mm； b2导电弓尾端至巷道中心距离， b2k-[（B/2）-（1060/2440）]130 mm。其余符号意义、数值同前，将以上各值代入公式得 h31800600180-√[12002-（300200/2130）2]1499 mm 对架线式电机车运输巷道，以上几项满足要求时，就不必再对1.6米的高度行人要求和运输设备上缘至拱壁安全间隙要求进行计算。 根据以上计算，壁高最大值为1640 mm，故取壁高1700mm，均可满足要求。 3.净断面积计算 S2400*17003.14*12002/26.34m2 用风速要求校核净断面 vQ/S 式中 v通过巷道的风速 Q通过巷道的风量 S净断面面积 将各值代入得 v20/6.343.15m/s8m/s 根据≪煤矿安全规程≫规定运输大巷最大风速不得大于8m/s符合要求。 （三）支架材料 选用厚度为300mm的长方体料石、粒径在0.155mm的细沙、型号为52.5的硅酸盐水泥。 （四）掘进断面和有关尺寸 （1）设计掘进宽度B1B2*3003000mm （2）计算掘进宽度B2B12ω 式中ω为计算掘进超挖量，取75mm，故B230002*753150 mm （3）巷道半圆拱掘进半径1200300751575mm （4）巷道掘进墙高1700180751955 mm其中180为道碴高度、75为超挖量。 （五）水沟断面选择 按巷道通过的水量150m3/h、巷道坡度0.3查砌喧大巷水沟参数表得选用2号水沟，其净宽B400mm、深H400mm、净断面面积为0.160m2、掘进断面面积为0.203m2。 （六）绘制大巷断面图（如下） 二、爆 破 （一）爆破材料 煤矿许用炸药（根据煤矿安全规程规定使用第三级）、煤矿毫秒延期电雷管、导线、启爆器。电起爆方法是通过电雷管、导线、和起爆电源三部分组成的起爆网络来实现的爆破方法。 导线根据在网络中的位置不同分为母线、支线、端线和脚线。 起爆电源指引爆电雷管所用的电源；交流电、直流电或发爆器。 联线工作必须严格执行一炮三检制和三人连锁放炮制度。 井巷掘进时，电爆网络连接方式有并联、串联和串并联等。 （二）爆破方法 为了能更好的支护和不浪费材料、人力，保护围岩的整体性，提高围岩的稳定性与自承能力，决定采用光爆。 （三）爆破条件 爆破原始条件为普氏系数f9-10坚固的岩石；巷道掘进断面面积为10.05mm2，循环进尺2m。 （四）爆破原始条件以及、爆破参数及预期爆破效果见下表1、表2、表3,炮眼分布见附件图 表1爆破原始条件 名称 单位 数量 名称 单位 数量 巷道掘进断面 m2 14.7 炮眼数目 个 64 岩石坚固性系数f 9～10 雷管数目 个 63 炮眼深度 m 2.2 总装药量 kg 39.5 表2装药顺序及起爆顺序 眼号 眼名 眼数/个 眼深/m 装药量 起爆顺序 连线方式 装药结构 单孔 小计 卷数/个 质量/kg 卷数/个 质量/kg 1 空眼 1 2.3 串联 连续反向装药 2～5 掏槽眼 4 2.3 7 1.05 28 4.2 Ⅰ 6～18 一圈辅助眼 13 2.2 5 0.75 65 9.75 Ⅱ 19～33 二圈辅助眼 15 2.2 5 0.75 75 11.25 Ⅲ 45～47、62～64 帮眼 6 2.2 2 0.30 12 1.8 Ⅳ 48～61 顶部眼 14 2.2 2 0.30 28 4.2 Ⅳ 34～44 底眼 11 2.2 5 0.75 55 8.25 Ⅴ 表3预期爆破效果 名称 单位 数量 名称 单位 数量 炮眼利用率 92 每米巷道耗药量 kg/m 19.7 每循环工作面进尺 m 2.0 每循环炮眼总长度 m 141.3 每循环爆破实体岩石 m3 29.4 每平方米岩体耗雷管量 个/m2 2.1 炸药消耗量 kg/ m3 1.34 每米巷道耗雷管量 个/m 31.5 爆破结束后要通风15～20min左右，待烟尘被除去后，首先由检查人员进入爆破作业面进行检查，确认所有炮眼都已引爆，如发现瞎炮，要严格按照煤矿安全规程进行处理。脚线未坏时可以重新联线放炮，或在距炮眼至少0.3m处另打与瞎炮平行的炮眼重新装药放炮。严禁用镐刨，抑或从炮眼中取出原放置的引药或从引药中拉出雷管。 上述检查工作完成后，即可开始装岩、转运和支护作业。 炮眼分布图三视图见图2附件爆破施工图。 （五）打眼 使用二台YT-23气腿式凿岩机打眼。 三 施工与管理 进班之前做好交接班，到达工作面后花少量的时间做准备工作然后打眼、装药。放炮时必须执行“三人放炮，一炮三检”；放炮后采用一台P-30B耙斗装载机装岩，同时进行水沟挖掘。因为巷道通过的岩层为坚固的岩石等巷道掘到一定的长度待围岩应力达到平衡状态后再进行统一砌碹花拱 1.支护参数的选择 过去大多数是架设棚式支架与砌筑石材整体支架来维护巷道，现在锚喷支护在矿山得到了较为广泛的使用。而支护主要包括下列几种方法； 1. 采用锚杆支护巷道，就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆架设在锚杆眼内，对巷道围岩给予人工加固。从而维护巷道的稳定性。锚杆的类型①钢筋或钢丝绳砂浆锚杆；②金属倒锲式锚杆；③木锚杆；④树脂锚杆；⑤快硬水泥锚杆；⑥快硬膨胀水泥锚杆；⑦管缝式锚杆；⑧可伸缩式锚杆。 其作用原理悬吊作用、组合梁作用、锚杆锲固作用、挤压加固作用。 图表文献来自地下建筑工程设计与施工表9-4 2.喷射混凝土支护 喷谁混凝土支护作用是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护。其特点是 ① 凝土在高速喷浆过程中，水泥颗粒受到碰撞冲击，混凝土喷层受到连续冲击压密，而且喷射工艺又允许采用较小的水灰比，因此喷射混凝土喷层具有致密的组织结构和良好的物理力学性能。特别是它的粘结力大，能同岩石紧密粘结，是形成喷射混凝土独特支护作用的重要因素。 ② 喷射混凝土能随着巷道掘进及及时施工，且加入速凝剂后其早期强度成倍增长，因而能够控制围岩的过度变形和松弛。 ③ 喷层较薄，具有一定的柔性，可以和围岩共同变形产生一定量的径向位移。 其作用原理加固与防止风化作用；改善围岩应力状态和作用；柔性支护结构作用；组合梁作用。 喷射混凝土支护结构和支护厚度的选择，应综合考虑，围岩地质条件、结构物的工作条件、巷道有效跨度和服务年限等因素。 3.锚喷支护及锚喷网联合支护 锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚杆联合支护，恰能做到使二者相互取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩石形成承载加固拱，喷射混凝土层的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。光弹模拟实验表明，用锚杆进行支护时，在两锚杆之间的围岩表面附近，会产生拉应力。如果岩石松软，则在拉应力作用下。可能产生局部的破坏和掉快，而局部小岩块的坠落又可能导致深部岩石的松动和破坏，这样将消弱岩石加固拱稳定性和承载能力。因此，锚杆与喷射混凝土联合使用，就可以防止局部岩块的松动和坠落，从而加固与提高了岩石拱的承载能力。 喷射混凝土能有效控制锚杆间的石块掉落，但其本身是脆性的，当岩石变形大时，易开裂剥落。解决方法之一就是在喷射混凝土中加刚纤维，增加混凝土的抗弯强度和韧性。另外就是在喷射混凝土之前敷设金属网，喷后形成钢筋混凝土层，提高了喷层的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚喷网联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层，金属网用钢筋直径一般为612mm，钢筋间距一般为200400mm。 4联合锚杆支护 组合锚杆支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护系统。其类型主要有锚网支护、锚梁（带）网支护和锚杆木行架支护。 5.普通支架 包括木支架、金属支架、钢筋混凝土（棚式）、石材整体支护。 摘自井巷工程教材p107139 6.选用的支护方式、优点及作用原理，以及支护材料的选取。 锚杆支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，二和又可单独使用，成为锚杆支护与混凝土支护。锚杆支护还可与金属网联合进行支护。它具有施工速度快、施工机械化高、成本低及节约材料等优点。本巷道穿过坚固性系数为45的中等稳定的石灰岩和白云岩，因此我们选择的是锚喷支护。 1. 锚喷支护的优点 锚喷支护突破传统的支护形式和支护理论，吧再是消极的承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性，限制岩石的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体自身的支承作用。把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因素，这是锚喷支护和一切旧支护形式最根本最本质的差别，也是锚喷支护大大优于其他支护形式的根本所在。 我国矿山大量使用锚喷支护的实践证明，锚喷支护不但可以用于比较稳定的岩层中，而且可以用于破碎带、断层多、有底鼓受强烈采动地压影响的巷道和大跨度的硐室。锚喷支护与其他支护形式相比，在技术上和经济上具有以下优越性。 ① 由于锚喷支护是高压喷射成的混凝土层，致密、强度高，能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力，并与岩层构成共同承载整体。这样，支护厚度可减薄一半以上，掘进断面可减少10％20％。某矿对26000米锚喷巷道同料石碹巷道比较，少掘岩石91000m3，节省炸药91吨，料石78000 m3，坑木3600 m3，工日21.8万个，大大节约了投资。 ② 工艺简单，操作方便，混凝土、砂浆直接喷到岩面，省去立模、拆模邓繁琐工序，节省了木材和钢材。 ③ 机械化程度高，减轻工人的笨重体力劳动。在平巷和立井施工中，料石砌碹，每个工人一个班搬运料石多则一万多井，而锚喷支护，除喷射手劳动强度较大外，其余工序都是机械操作。随着平巷喷射混凝土简易机械手的推广，以及立井喷射机械手的使用，为实现锚喷支护全部机械化施工打下良好的基础。 ④ 施工速度快、效率高，可以实现远距离输料，占用巷道空间少，为快速掘进，掘喷平行作业创造有利条件，平巷中锚喷支护功功效一般为0.20.35米/工，每米成巷35个工，掘进速度为100120米/月。最高700米/月以上，而料石碹每米成巷1015个工，一般掘进速度为6070米/月。最高240米/月。 ⑤ 锚喷支护可以紧跟工作面，取消临时支护，基本上解决支护落后掘进的矛盾。支护后的巷道失修率低，维护方便，并且可以处理冒顶，有利于安全生产。 ⑥ 节约坑木，减少巷道维修量。根据某矿对26054m巷道普查，锚喷15789.7m由于严重破坏而需要返工维修的占19。锚喷支护巷道质量良好和基本良好的占全部锚喷巷道的96.5，严重破坏而需要返修的仅占3.5，锚喷支护的巷道局部破坏时 ，只在破坏处进行补喷即可，而坏棚坏碹返修时间需要全部拆除，重新砌碹和架棚。 ㈡．作用原理 ①． 悬吊作用当巷道的直接顶板是一层或几层不稳定的岩层时，通过锚如一系列的锚杆，将直接顶板吊挂在其上部坚硬稳固的上部岩层上； ①. 组合梁作用将层状岩石的巷道顶板中安设锚杆以后，将锚杆长度以内的薄岩层石锚成一个整体，组合成一个岩石 板梁，从而提高了顶板岩层的强度和刚度。工人们形象的把这一作用比喻为“纳鞋底”、“打锚杆后围岩锚成一个整体，打多深的锚杆就等于砌了多厚的碹”。显然，以上两种支护原理，可以解释在层状岩层起到支护作用的道理，而对于块状层岩的支护作用就无法解释了。 ②． 挤压加固作用锚杆将巷道围岩锚牢挤紧，起到对围岩的挤压加固作用。但这些作用原理，无法解释我国当时应用最广泛的钢丝绳砂浆锚喷的支护作用。因为这类锚杆无预应力，同样可以起到良好的支护作用。 ③． 减小跨度的作用巷道顶板打了锚杆，就相当于在该处打了点柱，因而相当于使巷道顶板岩石悬露的跨度缩小了。 参考文献 （1）周昌达 主编.井巷工程 第二版[M]. 北京冶金工业出版社，1994 （2）东兆星 吴士良 主编.井巷工程，第一版.徐州中国矿业大学出版社，2006 （3）煤矿安全规程编写组 编煤矿安全规程 第一版.北京煤炭工业出版社，2010 （4）吴再生 主编.井巷工程，第一版.北京中国矿业大学出版社，2006 表三八作业制循环图表 表劳动组织一览表 班次 人数 工种 一 二 三 合计 出勤 在册 打眼工 3 3 3 9 13 装药工 3 2 2 7 11 检查员 1 1 1 3 6 放炮员 1 1 1 3 5 装岩工 3 3 3 9 15 运输工 3 3 3 9 15 支护工 5 5 5 15 25 验收员 1 1 1 3 5 铺轨工 5 4 4 12 24 运料工 5 5 5 15 19 机修工 1 1 1 3 5 班 长 1 1 1 3 3 工 长 1 1 1 3 3 合 计 33 33 33 99 149 20