井巷工程断面设计

井巷工程课程作业巷道断面设计设计题目井巷断面设计院系专业班级姓名学号指导老师高保彬完成日期2015年03月28日设计条件：兖州矿业集团济宁三号井为1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。地面标高+38m，生产水平为－520m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为260m3/h，风量为55m3/s；采用ZK7－9/550直流架线电机车牵引1.5t矿车运输。内设压风管φ108×4.0一路和供水管φ76×3.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.7~1.2m，泥岩为1.5~1.9m。试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进工程量和材料消耗量，绘制巷道断面施工图。一、选择巷道断面形状年产5Mt矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在80年以上，采用900㎜轨距双轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，故选用钢筋㎡砂浆锚杆和喷射混凝土支护，巷道为半圆拱形断面。二、确定巷道断面尺寸（一）确定巷道净宽度B查《井巷工程》表4-2可知ZK7—9/250电机车宽A1=1360mm、高h=1550mm；3t矿车宽1050mm、高1150mm。根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=840mm，非人行过一侧宽a=400mm。又查《井巷工程》表4-3知本巷双轨中线距b=1600mm，则两电机车之间的距离为t=1600—（1360/2+1360/2）=240mm200mm故巷道净宽度B=a1+2A+c1+t=400+1360*2+240+840=4200mm（二）确定巷道拱高h0半圆拱形巷道的拱高h0=B/2=4200/2=2100mm。半圆拱半径R=h0=2100mm。（三）确定巷道壁高h31.按架线电机车导电弓子要求确定h3由《井巷工程》表4-4中半圆拱形巷道拱高公式得h3≥h4+hc—212)(n)-(RbK式中，h4------轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm；hc------道床总高度。查《井巷工程》表4-9选30kg/m钢轨，再查《井巷工程》表4-11得hc=410mm,道渣高度hb=220mm；n-------导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm;K-------导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm；b-------轨道中线与巷道中线间距b1=B/2—a1=4200/2—1080=1020mm。故h3≥2000+410—22)1020360()3002100(=1254.3mm2.按管道装设要求确定h3h3≥h5+h7+hB—2222/K-R）（bDm式中，h5-------渣面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm；h7-------管子悬吊件总高度，取h7=900mm；m--------导电弓子距管子间距，取m=300mm；D--------压气管法兰盘直径，D=215mm；b2-------轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2—C1=4200/2—1520=580mm。故h3≥1800+900+220—22)5802/215300360(2100=1309.3mm。3.按人行高度要求确定h3h3≥1800+hb—22j)-(R-R式中，j-------距巷道壁的距离。距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。一般取j=200mm。故h3≥1800+200—22)2002100(2100=1105.6mm综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1500mm。则巷道高度H=h3—hb+h0=1500—220+2100=3380mm。（四）确定巷道净断面面积S和净周长P由《井巷工程》表4-8得净断面积S=B(0.39B+h2)式中，h2-------道渣面以上巷道壁高，h2=h3—hb=1500—220=1280mm。故S=4200×(0.39×4200+1280)=12255600mm2=12.3m2净周长P=2.57B+2h2=2.57×4200+2×1280=13354mm=13.4m（五）用风速校核巷道净断面面积用《井巷工程》式（4-6）校核巷道净断面面积值。查《井巷工程》表4-4，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=55m3/s，代入式(4-6)得V=Q/S=50/11=4.47＜8m/s设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。（六）选择支护参数本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽4.2m、大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.7~1.2m，泥岩为1.5~1.9m、服务年限大于80a等条件，得锚喷支护参数：锚杆长1.8m，间距a=0.78≈0.8m，排距a=0.8m，锚杆直径d=18mm，喷射混凝土层厚T1=100mm，锚杆外露长度T2=50mm。故支护厚度T=T1=100mm。（七）选择道床参数根据本巷道通过的运输设备，已选用30kg/m钢轨，其道床参数hc、hb分别为410mm和220mm，道渣面至轨面高度ha=hc—hb=410—220=190mm。采用钢筋混凝土轨枕。（八）确定巷道掘进断面尺寸由《井巷工程》表4-8计算公式得：巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4200+2×100=4400mm。巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=4400+2×75=4550mm。巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3380+220+100=3700mm。巷道计算掘进高度H2=H1+δ=3700+75=3775mm。巷道设计掘进断面面积S1=B1(0.39B1+h3)=4400×（0.39×4400+1500)=14150400mm2。取S1=14.2m2。巷道计算掘进断面积S2=B2(0.39B2+h3)=4550×(0.39×4550+1500)=14898975mm2。取S2=14.9m2。三、布置巷道内水沟和管线已知通过本巷道的水量为260m3/h，现采用水沟坡度为0.3%，查《井巷工程》表4-12得：水沟深450mm、水沟宽500mm，水沟净断面积0.225m2；水沟掘进断面面积0.272m2，每米水沟盖板用钢筋2.036kg、混凝土0.0323m3，水沟用混凝土0.152m3。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.四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量由《井巷工程》表4-8计算公式得：每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S2×1=14.2×1=14.2m3每米巷道墙脚计算掘进体积V1=0.2×(T+δ)×1=0.2×(0.1+0.075)×1=0.04m3每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57(B2—T1)T1+2h3T1×1=1.57(4.55—0.10)0.10+2×1.50×0.10×1=1m3每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.10×1=0.02m3每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗量）V=V2+V4=1+0.02=1.02m3每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）N=MM'0.5M-P1=15.22根式中，P1-------计算锚杆消耗周长，P1=1.57B2+2h3=1.57×4.55+2×1.5=10.14m；M、M,-------锚杆间距、排距，M=M,=0.8m。故折合重量为15.22×[lπ（d/2）2ρ]=15.22×[2×3.14×(0.018/2)2×7850]=60.78kg。式中，l-------锚杆深度，l=2.0m；d--------锚杆直径，d=18mm；ρ-------锚杆材料密度，ρ=7850kg/m3。每排锚杆数为N×0.8=15.22×0.8≈12根。由于每根锚杆安装2个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗M=2*N=2*15.22=30.44根每米巷道锚杆注孔砂浆消耗V0=l'N(Sk—Sm），其中Sk、Sm分别为锚杆孔和锚杆的断面积。则Vo=lN'(Sk—Sm)=11.59×1.8×（0.0422—254.34）=0.556m3。每米巷道粉刷面积Sn=1.57B3+2h2，式中，B3-------计算净宽，B3=B2—2T=4.55—2×0.10=4.35m。故Sn=1.57×4.35+2×1.28=9.39m2。五、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和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，并附上工程量及材料消耗量表，如下表。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的设计依据。表1-1运输大巷特征表1-2运输大巷每米工程量及材料消耗量表1-1运输大巷特征围岩类别断面面积/m^2设计掘进尺寸/mm喷射厚度/mm锚杆/mm净周长/m净面积设计掘进宽高型式外露长度排列方式间、排距锚杆长直径Ⅲ12.314.244003700100钢筋砂浆50方形80020001813.4表1-2运输大巷每米工程量及材料消耗围岩类别计算掘进工程量/m^3锚杆数量材料消耗/mm粉刷面积/m^2巷道墙脚锚喷射材/m^3锚杆钢筋/kg树脂药卷/个Ⅲ13.40.0411.591.0260.7830.449.39井巷断面附图(如下)图2-1