采矿井巷工程课程设计说明书

11.设计的目的本课程设计是“井巷工程”课教学的重要环节，通过本设计，使学生熟悉设计的程序和方法，培养学生独立分析和解决问题的能力，为毕业设计打下基础。2.设计条件及服务年限2.1地质条件矿山第一水平石门大巷所通过岩层的普氏系数f＝2～4，为稳定性较差岩层，涌水量400m3/h，风量60m3／s。主井与副井所通过岩层f＝4～6，中等稳定，风量均按80m3／s考虑。该矿井属于低瓦斯井。2.2生产能力及服务年限矿山年产量200万t，其第一水平服务年限30a。2.3井筒装备主井为双箕斗井，箕斗容积2.5m3，型号为FJD2.5（5.5）型。主井内铺设Φ300mm排水管2条，并设有梯子间。副井为双罐笼井，采用3＃单层罐笼（YJGG－2.2型）。副井内铺设有Φ200mm供风管2条，Φ100mm供水管1条，2条动力电缆，3条照明和通讯电缆，设有梯子间。2.4运输设备及装备石门运输巷为双轨运输大巷，内设水沟，铺设有供风管2条，Φ80mm供水管1条，动力电缆1条，照明和通讯电缆3条。电机车型号：ZK14－9／550；矿车型号：MG1.7-9。3.主井3.1选择井筒断面形状选圆形，因为圆形断面受力条件好，通风阻力小，并且符合当代施工工艺，便于施工支护，适用于井筒服务年限大于15年的矿山，该矿服务年限较长，故选用圆形井筒。3.2选择罐道形式及材料：选用槽钢组合罐道，材料为18号槽钢，其断面尺寸为200mm×200mm。（书308）主罐梁选用28a号工字钢，其高×宽=280mm×122mm；次罐梁为20a工字钢，其高×宽=200mm×100mm；梯子梁主梁选20a工字钢，高×宽=200mm×100mm;梯子小梁选用14号工字钢，高×宽=140mm×80mm。(手册3表附-6-1)23.3确定净断面尺寸：1）箕斗布置及其相应尺寸，mm箕斗型号：FJD2.5(5.5),其最大外形尺寸：长×宽×高＝1236mm×1452mm×4831mm002Lmhb1()2xLA式中：L—─箕斗两侧罐道梁中心线间的距离0m—─箕斗两罐道间的间距;一般情况下0m=A+2c=1452+2×62=1576A—─箕斗的宽度;取A＝1452a—─罐道宽度；取a=62（设计3,1149页）h—─罐道的高度;根据型号取h=2000b—─同一根罐道梁双侧安装罐道时，两罐道底面的间距，等于罐道梁的宽度加上两垫板的厚度t。0b=1/2（122+100）+2×10=131mmt—─罐道卡与罐耳之间的间距;一般取t=10x—─罐道梁中心线至箕斗外边缘的距离。故L＝1576+2×200+131=2107x=1/2(2107+1452)=1780断面尺寸计算图2)梯子间的布置及其结构尺寸，mm3M=1200+m+b3/2S=H-d式中M——梯子间短边梁中心线与井壁的交点至梯子主梁中心线间距m——梯子间安全隔栏的厚度，金属梯子间m=80b3——梯子主梁或罐道梁的宽度H——梯子间的两外边次梁中心线间距，即梯子间长度，取≥1600mm，平台上梯子孔左右宽度应不小于600mm，前后长度应不小于700mm，梯子梁宽均按100mm计算S——梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离d——梯子间另一短边次梁中心线至井筒中心线的距离，考虑安装应不小于300mm，取d=350mmM=1200+80+122/2=1341H=1600S=1600-350=12503）用图解法确定井筒直径：根据已有尺寸用CAD作图，量测出直径为5007mm，由于直径小于6.5米，则应按0.5米进级，故井筒直径D=5500mm4）验算并调整M，Δ1，Δ2Δ2=R-[x2+（C+e）2]1/2≥200Δ1=（R2-S2）1/2+e-M-B-b2/2≥150M=（R2-S2）1/2+e-B-b2/2-Δ1≥m+1200+b2/2Δ1——箕斗最突出部位距梯子梁内边的安全距离Δ2——箕斗最突出部位与井壁间的安全距离c——井筒中心线至罐道中心线的距离R——井筒近似净半径B——罐道中心线距箕斗一端的距离，B=726C——罐道中心线距箕斗另一端的距离，C=726b2——梯子梁的宽带，b2=100e——井筒中心至罐道梁（最近的）中心的距离m=80经计算，得Δ2=230，Δ1=245，M=13413.4风速验算：（课本313）max0Qvvs4式中：Q—─通过井筒的风量，m3/s;取Q＝80m3/sv—─井筒内实际风速，m/s0s—─井筒内通风有效断面积，m2;井内设梯子间时，0ssAA—─梯子间等面积，A可取2.0m2maxv—─主井井筒允许的最高风速，m/s《煤矿安全规程》规定，专为升降物料的井筒，maxv=12m/s则：v=80/0.25×3.14×4.5²-2.0=5.812m/s故井筒净直径满足通风要求。3.5选择支护方式及支护参数：该井筒穿过中等稳定岩层即Ⅲ类围岩（课本16），服务年限大于20年，故采用整体浇注混凝土支护，井壁厚度为T＝300mm（手册3，164页184页）3.6计算各部分尺寸把2条Φ300mm排水管布置在梯子间右侧，管路用U型螺纹卡固定在罐梁上，具体情况见断面图。3.7计算材料消耗（每米井筒）井筒净周长：P=πD=3.14×5.5=17.27m井筒净断面积：S1=πD²/4=3.14×5.5²/4=23.75m²井筒设计掘进断面数：S2=0.25×π(D+2T)²=29.21m²每米井筒的掘进体积：V1=S2×1=29.21m2×1m=29.21m3每米井筒浇注混凝土消耗材料：V2＝（S2-S1）×1＝（29.21-23.75）×1＝5.46m3每米井筒粉刷面积：Sn=P×1=17.27×1=17.27m2每米巷道罐道梁消耗：罐道梁埋入井壁的深度取壁厚的2/3，即200mm，从图中测量井筒断面上共用28a型钢罐道梁长8.0m重量取43.4kg/m，20a型钢罐道梁长5.3m重量取33kg/m，14号工字钢罐道梁长3.6m重量取16.9kg/m，罐道梁层间距为4.168m。（课本308页）故每米巷道罐道梁消耗钢材：（8.0×43.4+5.3×33+3.6×16.9）/4.168=145.74kg罐道消耗：每米罐道重量为38kg/m，一井筒内布置四条罐道，所以，每米竖井所需罐道为38×4=152kg/m。5巷道每米钢材消耗145.7+152=297.7kg/m主井特征围岩类别断面面积/m2浇注混凝土厚度/m净周长/m净面积设计掘进III23.7529.2130017.27主井井筒每米工程量和材料消耗围岩类别掘进工程量/m3材料消耗粉刷面积/m2混凝土/m3钢材kgIII290215.46297.717.273.8绘制井筒断面图按1:50绘制井筒断面图，见附图4副井的设计4.1选择井筒断面的形状选圆形，因为圆形断面受力条件好，通风阻力小，便于施工，服务年限长。4.2选择罐道形式及材料选用槽钢组合罐道，材料为18号槽钢，其断面尺寸为160mm×180mm。1,3号罐梁选用28a号工字钢，其高×宽=280mm×122mm；2号罐梁为22a工字钢，其高×宽=220mm×110mm；4号梯子梁主梁选20a工字钢，高×宽=200mm×100mm;5，6号梯子小梁选用14号工字钢，高×宽=140mm×80mm。4.3确定净断面尺寸1)罐笼布置及其相应尺寸：3#单层罐笼YJGG—2.2型，尺寸：长×宽=2200mm×1350mm。可乘人数为15人。L1=m0+2h+1/2（b1+b2）L=m0+2h+1/2（b1+b3）式中：1L,L——两相邻罐道梁中心线间距离0m——提升容器要求的罐道之间水平净间距，由罐笼型号确定b1,2,3——罐梁的宽度其他符号同主井。故L1=1350+2×（62+10）+360+1/2（122+110）=19706L=1350+2×（62+10）+360+1/2（122+122）=19762)梯子间的布置及其结构尺寸，mmM=1200+m+b3/2S=H-d式中M——梯子间短边梁中心线与井壁的交点至梯子主梁中心线间距m——梯子间安全隔栏的厚度，金属梯子间m=77b3——梯子主梁或罐道梁的宽度H——梯子间的两外边次梁中心线间距，即梯子间长度，取≥1400mm，平台上梯子孔左右宽度应不小于600mm，前后长度应不小于700mm，梯子梁宽均按100mm计算S——梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离d——梯子间另一短边次梁中心线至井筒中心线的距离，考虑安装应不小于300mm，取d=400mmM=1200+77+122/2=1338H=2×（700+50+40）=1580S=1580-400=11803)井筒直径的确定：用图解法确定井筒直径，量测出直径为5663mm＜6米。按0.5米进级则直径为6000mm。4)验算并调整Δ2M:量得e=740Δ2=R-[C2+（N+e）2]1/2–r≥200M=（R2-S2）1/2+e-L≥m+1200+b3/2式中Δ2——罐笼最突出部位与井壁间的距离r——罐笼收缩半径，此处r=0R——井筒半径N——罐道梁中心线距罐笼收缩尺寸Δy的距离，此处Δy=0C——井筒中心线距罐笼短边收缩尺寸Δx的距离，当罐笼不切角是C=A/2=1100e——井筒中心至罐道梁（最近的）中心的距离其他符号同前。故Δ2=3000-[11002+（1663+740）2]1/2=357.2≥200M=（30002-11802）1/2+740-1976=1522.2≥77+1200+61=13387断面尺寸计算图4.4风速验算max0Qvvs式中：Q—─通过井筒的风量，m3/s;取Q＝80m3/sv—─井筒内实际风速，m/s0s—─井筒内通风有效断面积，，m2;井内设梯子间时，0ssAA—─梯子间等面积，A可取2.0m2maxv—─副井井筒允许的最高风速，m/s《煤矿安全规程》规定，升降人员和物料的井筒，maxv=8m/s则：v=80/(1/4×3.14×6×6-2)=3m/s8m/s故井筒净直径满足通风要求。4.5选择支护方式及支护参数该井筒穿过中等稳定岩层即Ⅲ类围岩，服务年限大于20年，故采用整体浇注混凝土支护，井壁厚度为T＝500mm(课本313)4.6管缆布置及各部分尺寸计算两条200mm供风管，一条100mm供水管布置在梯子间左侧，管路用U型螺杆卡固定在罐道梁上，2条动力电缆及照明电缆布置在梯子间右侧。通讯电缆布置在左侧管路上方。具体情况见断面图。4.7计算材料消耗（每米井筒）井筒净周长：P=223.14318.84Rm8井筒净断面：22213.14628.2644DSm井筒设计掘进面积：22223.14(61)S=38.47m44D每米井筒掘进体积，V1=S2×1=38.47×1=38.473m每米井筒浇注混泥土消耗材料，V2＝（S2-S1）×1＝（38.47-28.26）×1=10.213m每米井筒粉刷面积，Sn=S1×1=18.84m2每米巷道罐道梁消耗：罐道梁埋入井壁的深度取壁厚的2/3，即333mm，从图中测量井筒断面上共用I28a型钢罐道梁长12.61m重量取43.49kg/m，I22a型钢罐道梁长3.72m重量33.07kg/m，I20a型钢罐道梁长2m重量取27.93kg/m，14号工字钢罐道梁长3.8m重量取16.89kg/m，罐道梁层间距为4.168m。故每米巷道罐道梁消耗钢材：（12.61×43.49+3.72×33.07+2×27.93+3.8×16.89）/4.168=189.90kg罐道消耗：每米罐道重量为38kg/m，一井筒内布置四条罐道，所以，每米竖井所需罐道为38*4=152kg/m。巷道每米钢材消耗189.90+152=341.9kg/m副井特征围岩类别断面面积/2m浇注混凝土厚度/mm净周长/m净面积设计掘进III28.2638.4750018.84副井井筒每米工程量和材料消耗围岩类别掘进工程量/3m材料消耗粉刷面积/2m混凝土/3m钢材kg/mIII38.4710.21341.918.844.8井筒断面图