37井巷及交叉点设计

4-14巷道与交岔点设计巷道是井下生产的动脉。根据开拓设计的要求和为了适应矿体的变化或地质条件的特殊要求，巷道大部分区段是直的，有些区段则是弯曲的。两条巷道相交处或一条巷道分岔处，则又构成不同类型的巷道交岔点。断面设计是否合理，将直接影响煤矿生产的安全和经济效益。断面设计的主要原则是：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，取得昀佳的经济效果。巷道断面设计的内容和步骤是：首先选择巷道断面形状，确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸；然后，布置水沟和管缆；昀后，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗量一览表。4.1巷道断面设计4.1.1巷道断面形状选择我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其构成的轮廓线可分为曲线形和折线形两大类。前者如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等；后者如矩形、梯形、不规则形等（见图4-1）。图4-1巷道断面形状(a)矩形；(b)梯形；(c)半梯形；(d)半圆拱形；(e)圆弧拱形；(f)三心拱形；(g)封闭拱形；(h)椭圆形；(i)圆形巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道用途及其服务年限、所处的位置（即作用在巷道上地压的大小和方向、围岩性质）、选用的支架材料和支护方式、掘进方法和采用的掘进设备等因素。一般情况下，巷道的用途和服务年限是考虑选择断面形状的重要因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用受力性能好的各种拱形断面较为有利；服务年限短的准备巷道或回采断面多采用断面利用率高的梯形或矩形断面。作用在巷道上的地压大小和方向在选择断面形状时也起主要作用。当顶压较大、侧压较小时，则应选用直墙拱形断面（半圆拱、圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大且有严重底鼓时，就必须4-2选用诸如马蹄形、椭圆形或圆形等封闭式断面。矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响巷道断面形状的选择。金属支架和锚杆可用于任何形状的断面；喷射混凝土支护方式适用于拱形等曲线断面。掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。未来在使用全断面掘进机组掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是更为合适的。上述选择巷道断面形状应考虑的诸因素，彼此是密切联系而又相互制约的。条件要求不同，影响因素的主次位置就会发生变化。所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用较为合理的巷道断面形状。4.1.2巷道断面布置根据巷道的用途和生产要求，巷道内除通过运输设备和铺设轨道外，还设有水沟、人行道和各种管路、电缆。巷道的断面布置，一方面要有效合理地利用断面，减少掘砌工程堡，另一方面要有利于安全生产，有利于巷道内设备、设施的使用和维护。对直墙拱形巷道断面，一般将水沟和人行道布置在同一侧，管路则可布置在人行道侧或非人行道侧。如采用封闭拱形如圆形、椭圆形断面等，为充分利用断面，双轨巷道可将人行道布置在中间，水沟则利用底部富裕面积；设置输送机和轨道线路的巷道，若用椭圆形断面，可设想分上、下两层，上层安设胶带机或行人，下层则可设轨道行车，底部设置水沟。巷道内的设备和设施要按生产的要求进行选择和布置。1）道床参数选择道床参数是指钢轨型号、轨枕规格和道渣厚度。道床结构见图4-2。图4-2道床结构图钢轨的型号是以每米长度的质量来表示的。煤矿常用的型号是11~33kg／m。钢轨质量越大，强度越高，稳定性就越好。钢轨型号根据巷道类型、通过的运输设备来选取，见表4-1。表4-1巷道轨型选择及技术特征巷道类型运输方式及设备矿车容积轨距/mm钢轨型号/kg•m-18t、10t电机车或12t、14t机车牵引列车5t底卸式3t底卸式900600≥308t机车1t固定式60018井底车场及主要运输大巷无极绳，≤5t机车1t固定式600154-3上、下山钢丝绳运输1.5t固定式600（900）6001515采区运输巷道运输中巷、回风顺槽≤5t机车或钢丝绳运输1.5t固定式1t固定式600（900）6001511~15轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。目前多使用钢筋混凝土轨枕，木轨枕主要用在道岔处。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性、构件刚度大、节约木料、造价低等优点，所以应大力推广使用。常用的轨枕规格见表4-2。表4-2常用轨枕规格单位：mm轨枕规格轨距轨型/kg•m-1全长全高上宽下宽6001115或18241200100120140--120130120150160木轨枕90015或1824、30160012014012013015016060011或15181200130130120160140180钢筋混凝土轨枕90024、301700145170200预应力钢筋混凝土轨枕60015或181200115100140道床应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石做道碴，粒度以20～30mm为宜，并不准掺有碎末等杂物，使其具有适当孔隙率，以利于排水和有良好的弹性。道碴的高度也应与选用的钢轨型号相适应，其厚度不得小于100mm，至少要把轨枕1/2～2/3的高度埋入道碴内。道床宽度可按轨枕长度再加200mm考虑。相邻两轨枕中心线距一般为0.7~0.8m，在钢轨接头、道岔和弯道处应适当减小。道床有关参数见表4-2。大型矿井特别是采用底卸式矿车运输时，井底车场和主要运输大巷应积极推广整体（固定）道床。这种道床可用混凝土一次浇灌而成，也可先在轨道下铺设轨枕，然后再浇灌混凝土。但是，有低鼓且未处理的巷道不宜采用整体道床。表4-2常用道床参数单位：mm巷道类型钢轨型号/kg•m-1道床总高度hc道碴高度hb道碴面至轨道面垂高hs≥24360200160井底车场主要运输巷道18320180140采区运输巷道上、下山15或18220可不铺道碴，轨枕沿底板浮放，也可在浮放轨枕两侧充填掘进矸石2）水沟设计为了排出井下涌水和其他污水，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。水沟通常布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输线路。只有在特殊情况下才将水沟布置在巷道中间或非人行道一侧。平巷水沟坡度可取0.3%～0.5%，或与巷道的坡度相同，以利水流畅通。运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可把钢筋混凝土预制成构件，然后送到井下铺设。采区中间巷的水沟，可根据巷道底板性质、服务年限长短、排水量大小和运输条件等因素考虑是否需要支4-4护。回采巷道的服务年限短、排水量小，故其水沟不用支护。棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿应不小于300mm。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土预制盖板，盖板顶面应与道渣面齐平。只有在无运输设备的巷道或倾角大于15°的斜巷以及采区中间巷和顺槽才可不设盖板。常用的水沟断面形状，有对称倒梯形、半倒梯形和矩形几种。各种水沟断面尺寸应根据水沟的流量、坡度、支护材料和断面形状等因素确定，常用的水沟断面及尺寸见图4-3。为了简化设计，可以直接在设计部门提供的各种断面形状水沟的技术特征表(参见表4-3)中选取。图4-3采区梯形巷道水沟断面表4-3拱形、梯形巷道水沟规格和材料消耗表流量/m3•h-1净尺寸/mm断面/m3每米材料消耗量坡度宽B盖板水沟巷道类别支护类别0.3%0.4%0.5%上宽B1下宽B2深H净掘进钢筋/kg混凝土/m3混凝土/m3300锚喷砌碹0~860~960~970~1000~1120~1233503003503500.1050.1140.1440.1391.3361.3360.02260.02260.1140.099400锚喷砌碹86~17296~19797~205100~227112~227123~2544003504004500.1600.1690.2030.2071.6331.6330.02760.02760.1330.120500锚喷砌碹172~302197~349205~349227~403227~382254~4505004504505000.2250.2380.2720.2782.0362.0360.03230.03230.1520.137500拱形大巷锚喷砌碹302~374349~397349~432403~458382~472450~5125004505005500.2500.2610.3060.3092.0362.0360.03230.03230.1610.145采区梯形棚式棚式棚式棚式0~7878~118118~157157~2430~9090~136136~181181~2800~100100~152152~202202~3132302502803501802202503002603003203500.050.070.080.110.1460.1740.1960.236无无无无0.0930.1040.1100.1223）管线布置根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电缆、照明和通信电缆等管道和电缆。管缆的布置要考虑安全和架设检修的方便，一般应符合下列要求：4-5（1）管道通常设置在人行道一侧，也可设在非人行道侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上方，管道下部距道碴或水沟盖板的垂高不应小于1.8m，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。（2）在架线式电机车运输巷道内，不要将管道直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。（3）通信电缆和动力电缆不宜设在同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通信电缆应设在动力电缆上方0.1m以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。（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0.1m以上；同时高压电缆之间，低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。（5）电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上距离。（6）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1.5～1.9m；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。4.1.3巷道断面尺寸的确定巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量及规格，人行道宽度和各种安全间隙，以及通过巷道的风量等。设计巷道断面尺寸时，根据上述诸因素和有关规程、规范的规定，首先定出巷道的净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支护参数、道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的计算掘进断面尺寸；昀后，按比例绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。1）巷道净宽度的确定直墙拱形和矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。对于梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽度系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽度系指从底板起1.6m水平的巷道宽度。运输巷道净宽度，由运输设备本身外轮廓昀大宽度和《煤矿安全规程》所规定的人行道宽度以及有关安全间隙相加而得；无运输设备的巷道，可根据行人及通风的需要来选取。图4-4巷道净断面尺寸计算简图如图4-4所示，拱形双轨巷道净宽度按下式计算。tCAaB+++=12（4-1）式中，B－巷道净宽度，指直墙内侧的水平距离，m；a－非人行侧的宽度，《煤矿安全规程》规定，a≥0.3m；当巷道内安设输送机时，输送机距支护或碹墙昀突出部分之间的距离，a≥0.5m。4-6A1－运输设备的昀大宽度，m，几种常用运输设备的宽度和高度见表4-4。C－人行道的宽度，《煤矿安全规程》规定，从巷道道碴面起1.6m的高度内，C≥0.8m，在人车停车地点C≥1.0m，在巷道高度1.6m至1.8m之间不得架设管、线和电缆。t－在双轨运输巷道中，两列对开列车昀突出部分之间的距离，《煤矿安全规程》规定：t≥0.2m，在采区装载点t≥