采矿工程设计课程 冯树鸣

11矿井及设计巷道的情况煤矿井田走向11.7km，倾向宽5.58.6km，井田面积68.8km2。矿井开拓方式为立井多水平分区式开拓，年设计能力为600万t，现正开采一水平。矿井为低瓦斯矿井，通风方式为中央分区式通风，井下最大涌水量为380m3/h。该矿第一水平运输大巷是为其它巷道服务的，用于运输矸石、煤及工作人员和材料。通过该大巷的流水量为280m3/h，采用ZK14—9/550架线式电机车牵引3吨矿车运输，该大巷穿过的围岩为中等稳定岩层，岩石坚固性系数f=6~8，大巷需通过的风量为78m3/s，巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。该大巷服务年限长，工程质量要求高。该巷道主要用于工作面的运输、通风、排水和行人。2巷道断面设计某煤矿，井田走向11.7km，倾向宽5.58.6km，井田面积68.8km2。矿井开拓方式为立井多水平分区式开拓，年设计能力为600万t，现正开采一水平。矿井为低瓦斯矿井，通风方式为中央分区式通风，井下最大涌水量为380m3/h。该矿第一水平运输大巷是为其它巷道服务的，用于运输矸石、煤及工作人员和材料。通过该大巷的流水量为280m3/h，采用ZK14—9/550架线式电机车牵引3吨矿车运输，该大巷穿过的围岩为中等稳定岩层，岩石坚固性系数f=6~8，大巷需通过的风量为78m3/s，巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。该大巷服务年限长，工程质量要求高。该巷道主要用于工作面的运输、通风、排水和行人。巷道断面设计的基本原则：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取的最佳的经济效果。2.1巷道断面的设计依据2.1.1巷道名称和用途某煤矿一水平运输大巷，服务年限大于等于20年，主要服务于整个开采水平的煤炭和辅助运输以及通风、排水和管路敷设。2.1.2通过巷道的运输设备类型及特征该大巷采用ZK14—9/550架线式电机车牵引3吨矿车运输。ZK14—9/550架线式电机车长4900mm，宽1335mm，高1550mm；轨距为900mm；3吨矿车轨距900mm。2.1.3通过巷道的管线敷设情况、风量大小及排水量大小巷道内敷设一趟直径为200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。风量为78m3/s，流水量为280m3/h。2.1.4对巷道坡度的要求平巷坡度不宜小于0.3%。考虑水沟排水的能力，故选用坡度为0.4%。2.1.5其他要求该大巷穿过中等稳定岩层，岩石坚固性系数f=68。矿井开拓方式为立井2多水平分区式开拓，年设计能力，低瓦斯矿井，中央分区式通风。2.2巷道断面设计2.2.1选择巷道断面形状、支护类型、支护参数年产600万吨矿井的一水平运输大巷，一般服务年限在20年以上，采用900mm轨距双轨运输的大巷，其尽宽在3.2m以上，又穿过中等稳定岩层，故选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护，半圆拱形断面。树脂锚杆杆体为18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚杆预紧力≥80kN，锚固力≥80kN。锚杆长度2.0m，呈方形布置，其排距0.80m×0.80m，托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板。喷射混凝土厚T1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚。故支护厚度T=T1=100mm。2.2.2确定巷道净断面尺寸①确定巷道净宽度B查《井巷工程》表2.2知ZK14-9/550电机车宽A1=1335mm，高h=1550mm；3吨矿车宽1200mm，高1400mm。根据《煤矿安全规程》[5],巷道人行道宽C=1000mm，非人行道一侧宽a=600mm，又查表3-1[1]知本巷双轨中线距b=1600mm，则两电机车之间距离为：1600-（1335/2+1335/2）=265mm﹥200mm故巷道净宽度：B=a1+b+c1=（600+1335/2）+1600+（1335/2+1000）=1267.5+1600+1667.5=4535mm。取4600mm②确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h0=B/2=4600/2=2300mm，半圆拱半径R=h0=4700/2=2300mm③确定巷道壁高h3a.按架线电机车导电弓子要求确定h3由《井巷工程》表2.5中半圆拱形巷道壁高公式得：式中:h4-轨面起电机车架线的高度，按《煤矿安全规程》取h4=2000mm;hc-道床总高度，按表3-10选30kg/m的钢轨，再查表3-5得hc=410mm,道砟高度hb=220mm;n-导电弓子距拱璧的安全间距，取n=300mm;k-导电弓子宽度之半，k=718/2=359mm,取k=360mm;b1-轨道中线与巷道中线的间距b1=B/2-a1=2300-1267.5=1032.5mm,取1040mm。故：b.按管道装设要求确定h3式中:h5-道砟面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h5=1800mm;h7-管子悬吊件总高度，取h7=900mm;21243)()(bknRhhhcmmh7.981)1040360()3002300(4102000223222753)2/(bDmKRhhhhb3m-导电弓子距管子间距，取m=300mm;D-气压管法兰盘直径，取D=335mm;b2-轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2-c1=2300-1667.5=632.5mm,取640mm；故：mmc.按人行高度要求确定h3式中：j为距巷道壁的距离，距墙壁j处的巷道有效高度不小于1800mm，j≥100mm，一般取j=200mm；故：mm综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1520mm。则巷道高度H=h3-hb+h0=1520-220+2300=3600mm。④确定巷道净断面面积S和净周长P由《井巷工程》表2.6得净断面面积:S=B（0.39B+h2）式中h2为道碴面以上巷道壁高，h2=h3-hb=1520-220=1300mm。故：S=4600×（0.39×4600+1300）=14232400mm=14.23m2净周长P=2.57B+2h2=2.57×4600+2×1300=14422mm=14.4m。⑤用风速校核巷道净断面面积查《井巷工程》表2.8，知Vmax=8m/s，已知通过该大巷风量Q=78m3/s，代入下式得：设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。⑥选择支护参数采用锚喷支护，根据巷道净宽4.6m、穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩、服务年限大于20年，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为18mm螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，设计锚杆预紧力≥80kN，锚固力≥80kN。锚杆长度2.0m，呈方形布置，其排距0.80m×0.80m，托板为8mm厚150mm×150mm的方形钢板。喷射混凝土厚T1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚。故支护厚度T=T1=100mm。⑦选择道床参数根据巷道已选用30kg/m钢轨，确定其道床参数hc、hb分别为410mm和220mm，道砟面至轨面高度ha=hc-hb=410-220=190mm。采用钢筋混凝土轨枕。⑧确定巷道掘进断面尺寸由《井巷工程》表2.6计算公式得：巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4600+2×100=4800mm。巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=4800+2×75=4950mm。3.938)6402/335300360(23002209001800223h223)(1800jRRhhb1082)2002300(23002201800223hsmSQV/848.523.14784巷道设计掘进高度：H1=H+hb+T=3600+220+100=3920mm。巷道计算掘进高度：H2=H1+δ=3920+75=3995mm。巷道设计掘进断面面积：S1=B1（0.39B1+h3）=4800×（0.39×4800+1520）=16281600mm2，取S1=16.28m2。巷道计算掘进断面面积：S2=B2（0.39B2+h3）=4950×（0.39×4950+1520）=17079975mm2，取S2=17.08m2。2.2.3布置巷道内水沟和管缆已知通过巷道的水量为280m3/h，现采用水沟坡度为0.4%，查《井巷工程》表2.12得：水沟深450mm、水沟宽500mm，水沟净断面面积0.225m2；水沟掘进断面面积0.272m2，每米水沟盖板用钢筋2.036kg、每米水沟盖板用混凝土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，通讯电缆挂在管子上方，见图2-1。2.2.4计算巷道掘进工程量和材料消耗量由《井巷工程》表2.6的计算公式得：每米巷道拱与墙计算掘进体积：V1=S2×1=17.08×1=17.08m3；每米巷道墙脚计算掘进体积：V3=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-T）T1+2h3T]×1=[1.57（4.95-0.10）0.10+2×1.52×0.10]×1=1.065m3；每米巷道墙脚喷射材料消耗：V4=0.2T×1=0.2×0.1×1=0.02m3；每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）：V=V2+V4=1.065+0.02=1.085m3；每米巷道锚杆消耗：式中P1-为计算锚杆消耗周长,，P1=1.57B2+2h3=1.57×4.95+2×1.52=10.81m；a、a’-为锚杆间距、排距，a=a’=0.8m。故N=8.08.08.05.081.10=16.27(根)折合重量为：16.27×［l×(2d)2ρ］=16.27×［2.00×3.14×(2018.0)2×7850］=64.96kg式中l-锚杆长度,l=2.0m；d-锚杆直径，d=18mm；ρ-锚杆材料密度，ρ=7850kg/m3；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=2×16.27=32.54'5.0aaapN5每排锚杆数为：N×0.8=16.27×0.8=13.016取13根；每排树脂药卷数为：M×0.8=32.54×0.8=26.032取26支；每米巷道粉刷面积：Sn=1.57B3+2h2式中B3-计算净宽,B3=B2-2T=4.95-2×0.1=4.75m故Sn=1.57×4.75+2×1.3=10.0575m2取Sn=10.1m22.2.5绘制巷道道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及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施工图，并附上巷道特征表和每米航道工程量及材料消耗量表。巷道断面施工图6巷道断面特征表表2-1围岩类别断面面积/m³设计掘进面积/mm喷射厚度/mm锚杆净周长/m净面积设计掘进宽高型式排列方式间排距锚杆长直径Ⅲ14.2316.2848003920100螺纹钢树脂杆方形80018001814.4每米巷道材料消耗表表2-2围岩类型计算掘进工程量/m³锚杆数量材料消耗/mm粉刷面积/m²巷道墙角喷射材料/m³锚杆钢筋/kg树脂药卷/支Ⅲ17.080.04161.08558.9029.510.13巷道施工3.1施工方案的确定因巷道围岩比较稳定，掘进断面大于8m2，所以确定掘砌作业方式为一次成巷，掘进与永久支护平行作业的方式。采用光面爆破掘进，采用锚喷支护作为永久支护，该掘砌作业方式成巷速度快，可提高约30%左右。3.2凿岩爆破工作对钻眼爆破工作的要求：爆破后形成的巷道断面、方向和坡度应符合设计要求和《井巷工程施工及验收规范》的要求。爆破岩石的块度要有利于提高装岩生产率。对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道维护。爆破单位体积岩石炸药和雷管的消耗量要低，钻眼工作量要小，炮眼利用率要达到85%以上。符合安全施工要求。正确布置工作面炮眼，合理确定爆破参数，选用适宜的炸药。3.2.1凿岩设备和爆破器材的选择根据巷道所穿过岩层的性质和坚硬程度，凿岩设备选用气