井巷工程第8章硐室及交岔点设计

12019/8/6井巷工程第11章硐室及交岔点设计22019/8/611.1井下主要硐室设计11.2硐室施工11.3平巷交岔点设计与施工第11章硐室及交岔点设计32019/8/611.1井下主要硐室设计硐室有立井硐室、斜井硐室，井底车场硐室以及采区硐室等等。各种硐室由于用途不同，其断面形状及规格尺寸亦变化多样，但是它们设计的原则和方法基本上是相同的。一般首先根据硐室的用途，合理选择硐室内需要安设的机械和电气设备，然后依据已选定的机械和电气设备的类型和数量，确定硐室的形式及其布置，最后再根据这些设备安装、检修和安全运行的安全间隙要求以及硐室所处围岩稳定状况确定出硐室的规格尺寸和支护结构。有些硐室还需要考虑防潮、防渗、防火和防爆等特殊要求。42019/8/6一、箕斗装载硐室与井底煤仓的设计㈠箕斗装载硐室与井底煤仓的布置形式中小型矿井广泛采用箕斗装载硐室（单侧式）与容量较小的倾斜煤仓直接连接的布置形式（图8-1）；大型矿井，多采用一个直立煤仓通过一条装载胶带输送机与箕斗装载硐室（单侧式）连接（图8-2）；特大型矿井，往往采用多个直立煤仓通过一条或两条装载胶带输送机与箕斗装载硐室（单侧式或双侧式）连接（图8-3）。52019/8/662019/8/672019/8/682019/8/6㈡箕斗装载硐室1．位置布置在没有含水层、没有地质构造、围岩坚固处，以便施工与维护。一般当大巷采用矿车运输，硐室位于井底车场生产水平之下；当采用胶带输送机运输时，硐室就位于生产水平之上。2．箕斗装载硐室的形式同侧装卸式和异侧装卸式；通过式与非通过式；单侧式（硐室位于井筒一侧）和双侧式；92019/8/6102019/8/6112019/8/6122019/8/63．箕斗装载硐室的断面形状及尺寸箕斗装载硐室的断面形状多用矩形，当围岩条件较差，地压较大时可以采用半圆拱形。箕斗装载硐室的尺寸，主要根据所选用的装载设备型号、设备布置、设备安装和检修，以及考虑人行道和行人梯子的布置要求来确定。132019/8/64．箕斗装载硐室的支护箕斗装载硐室的支护，有素混凝土支护及钢筋混凝土支护两种。其支护厚度取决于硐室所处围岩的稳定性和地压的大小。142019/8/6152019/8/6㈢井底煤仓设计1．煤仓的形式及断面形状倾斜煤仓直立煤仓随着矿井开拓布置的改革，出现了水平煤仓。煤仓的断面形状有圆形、矩形及半圆拱形等三种。2．容量计算162.115.1dhQQQd—矿井平均日产量；1.15—为矿井生产不均衡系数；1.20—提升能力富裕系数；16—每日提升时间，h。3．煤仓支护162019/8/6二、推车机翻车机硐室与卸载硐室㈠推车机翻车机硐室1．硐室的位置172019/8/62．硐室的形式与布置根据矿车进车方向不同，硐室可分为左侧式和右侧式。根据电机车是否从翻车机旁通过，硐室可分为通过式与非通过式。非通过式右侧进车182019/8/63．硐室断面形状及支沪硐室一般采用半圆拱，混凝土支护，当围岩稳定，不淋水可采用锚喷支护；当围岩较差时，可采用锚喷加混凝土的联合支护。硐室拱顶安设的支承横梁，和起吊梁，在翻车机上方的为24～30号工字钢；在推车机上方的为24号工字钢。硐室轨面以下地沟与设备基础须用C15以上的混凝土浇注100～200㎜厚。192019/8/6㈡卸载站硐室的设计1．卸载站的结构1）支承托辊：2）卸载曲轨和复位曲轨：3）支承钢梁：4）卸载坑：i=2%012374561-底卸式矿车2-车轮3-缓冲器4-卸载轮5-卸载曲轨6-卸载坑7-托辊202019/8/62．卸载原理212019/8/63．硐室的布置形式1）非通过式卸载站硐室。2）通过式卸载站硐室。3）卸载站与翻车机联合布置硐室。4．硐室尺寸确定1）硐室长度2）硐室宽度3）硐室高度5．硐室断面形状与支护硐室断面形状多为半圆拱形。硐室支护一般采用混凝土、锚喷支护、锚喷加混凝土或钢筋混凝土联合支护。卸载坑两侧直墙采用钢筋混凝土，进出车两侧用钢筋混凝土浇灌并铺设辉绿岩铸板。222019/8/6马头门通常指副井井筒与井底车场连接部分的一段断面扩大部分的巷道称马头门，是副井系统的主要硐室之一。㈠马头门形式双面斜顶式（a）双面平顶式（b）三、副井马头门㈡马头门平面尺寸马头门平面尺寸包括长度和宽度。马头门的长度通常指井筒两侧对称道岔基本轨起点之间的距离。马头门的宽度，主要取决于井筒装备及选用的罐笼布置方式和两侧人行道宽度。232019/8/61．马头门长度的确定feecbbaL22．马头门宽度的确定B=S+2A242019/8/63．马头门高度的确定tgWLHsinminHmin—下放最长材料时，马头门需要的最小高度，m；L—下放材料最大长度，一般L=12.5m；W—井筒下放材料的有效弦长；D—井筒净直径，m；α—下放材料时，材料与水平面的夹角，其值按下式计算：3arccosLW4．马头门断面形状及支护252019/8/6四、中央水泵房的设计中央水泵房由泵房主体硐室、配水井、吸水井、配水巷、管子道及通道组成。中央水泵房和水仓构成了中央排水系统。㈠吸入式中央水泵房设计1．泵房的位置262019/8/62．配水井、配水巷和吸水井的布置配水井、配水巷和吸水井构成配水系统。272019/8/63．主体硐室的设备布置1）水泵2）排水管根据矿井正常和最大涌水量，选择排水管直径和趟数。3）电缆电缆敷设有沿墙悬挂和设电缆沟两种方式。前者使用与检修方便，但长度增加，弯头多。所以目前多采用后者。4）电气设备5）起吊和运输设备282019/8/64.主体硐室尺寸的确定1）硐室长度的确定4321)1(llnlnlL1）硐室长度的确定2）硐室宽度的确定321bbbB3）硐室高度的确定87654321hhhhhhhhH4）设备基础的尺寸BLGhQ2292019/8/65．主体硐室断面形状及支护主体硐室断面形状一般采用半圆拱和三心拱。硐室现多用混凝土支护。6．管子道与通道设计要求1)管子道。2）泵房通道是泵房主体硐室与井底车场的连接通道。3）泵房与中央变电所之间应设防火铁门，墙上也要设电缆套管，302019/8/6㈡压入式水泵房的设计特点㈢潜水泵水泵房(泵井)312019/8/6五、水仓设计㈠水仓的位置与布置形式1．水仓的位置2．水仓的布置形式322019/8/6㈡水仓容量、长度和断面尺寸的确定1．容量的确定根据《煤矿安全规程》有关规定，按以下情况分别确定：1）当矿井正常涌水量小于或等于1000m3/h时，08QQ容Q容——主要水仓的有效容量，m3；Q0——矿井正常的有涌水量，m3/h；2）当矿井正常涌水量大于1000m3/h时004)3000(2QQQ容2．长度和断面的确定水仓的长度（主仓+副仓）可按下式计算：SQL容332019/8/6㈢水仓纵断面的计算1．水仓起点的标高hc；水仓终点的标高hA，得hc、hA两点高差H。2．水仓底板有i=0.001～0.002的坡度。斜向竖曲线半径R取9～12m。3．斜巷倾角θ=18～20°为宜。4．曲线半径R，一般取为9～12m。5．水仓终点的底板标高最多只能比水泵房底板标高低4.5～5.0m，水仓的顶板标高必须比水仓入口处水沟的底板低，否则水仓不能灌满。6．为简化计算，取水仓最低点为竖曲线的切线交点B，它与实际最低点D只有微小误差2tanRi342019/8/6水仓的纵断面参数可按下式计算：水仓终点A与水仓最低点B的高差ctgictgHtgRLh121L——水仓起点与终点的水平投影长度，m；R——清理斜巷的竖曲线半径，R=9～12m；θ——清理斜巷的倾角，一般为8～20°；i——水仓的坡度，一般为0.001～0.002；H——水仓的起点与终点的标高差，m。352019/8/6•水仓起点C与水仓最低点B的水平投影长度ctghHl)(12㈣水仓断面形状及支护ctgictgHtgRLl121•水仓终点A与水仓最低点B的水平投影长度362019/8/611.2硐室施工一、硐室施工特点1．硐室的断面大而且变化多，长度则比较短，使得大型施工机械在此难以施展。2．硐室往往与其他硐室、巷道相毗连，加之硐室本身结构复杂，故其受力状态比较复杂且不易准确分析，施工难度较大，若围岩稳定性差，则更须注意施工安全。3．硐室的服务年限长，工程质量要求高，不少硐室还要浇筑机电设备的基础、预留管线沟槽、安设起重梁等，故施工时要精心安排，确保工程规格和质量。372019/8/6二、硐室围岩的稳定性分析1．硐室围岩稳定性的力学分析方法当围岩应力没有超过岩体的强度时，围岩处于弹性变形阶段，围岩是稳定的；当围岩应力超过岩体强度时，围岩开始破坏失去稳定性。根据莫尔强度理论各向同性均质岩体的不稳定条件：sin23131ctgc剪切面与最大主应力的夹角为：290岩体具有结构面时，其破坏取决于结构面的产状特征，此时不稳定的条件为:0cos)cos(sin)sin(cos111311cc1——结构面的粘聚力。1——结构面的摩擦角。382019/8/62．硐室围岩稳定性的地质分析方法1）产状平缓的薄层或与中厚层相间存在时，顶板处的薄层极易塌落（图8-31）。如果垂直于层面的节理发育更会扩大塌落的范围（图8-32）。392019/8/6如岩层由平缓变为倾斜产状时，在垂直于层面的节理作用下，顶板塌落的范围变大，此时还可能引起两帮岩体的塌落（图8-33）。402019/8/6以上几种塌落方式取决与层面的连结强度和节理的发育程度。根据层面，节理情况可以圈定不稳定岩体的大致范围，一般来说这类岩体尚属稳定，只要施工注意，并及时支护，就不会引起围岩的过多塌落。在这类岩层中采用锚喷支护是很有效的。412019/8/62）平缓厚层状岩体在构造应力作用下水平面上山现X型节理或断裂的情形（图8-34）。平缓岩层发展到倾斜状态时，沿平面X型断裂还会发育一组张性断裂，其走向大体上与硐室轴线平行，在侧面也还会产生X型断裂，其走向大体上与硐室轴线垂直(图8-35)。从以上两种情况可以看出硐壁、特别是硐顶分离体是否出现以及可能出现的形状等均取决于构造节埋的延展性，连续性和密集程度。延展大、连续性强的断层和大型裂隙对硐室围岩隐定性的影响极为显著，它往往是硐室失稳的主要原因。422019/8/63）断层破碎带及其它大型软弱结构面一般容易形成高的塌落拱。结构面的走向与硐室轴向平行或接近平行时，两条倾向相反、连续性强的断层或裂隙将形成“∧”型塌落拱（8-36）。两组高倾角裂隙或断层虽不相交、但被另一组缓倾角的结构面所穿割时，可能形成不同形状的“∏”形塌落拱(图8-36)432019/8/64）两组倾向相反的结构面互相切割在拱顶也会出现分离体，但因裂隙不互相贯通，故限制了它的发展。塌落拱的高度与裂隙面的紧密程度有关。这种顶板局部落石的破坏方式，在硐室中是大量出现的(图8-37)。442019/8/65）硐壁的滑移也是造成硐室失稳的原因之一，其稳定性主要受高倾角的软弱结构面所控制。图8-38所示的是硐壁岩体在两组裂隙作用下所出现的分离体的形状。452019/8/6以地质分析为基础的硐室围岩稳定性的判断方法，适用在岩体强度由结构面及其组合关系所决定的坚硬岩体。对软弱岩体或经受强烈地质构造运动作用的破碎岩体，由于岩体本身强度不高，结构面的作用已居于次要地位，决定此种岩体的变形和破坏特征可按散体介质处理。通常岩石f≤2～3时，即可视为软弱岩体。462019/8/63．围岩松动圈支护理论对围岩的稳定性分析巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向，造成岩石强度较大幅度地下降。如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题；如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现了一个破裂带。把这个由于应力作用