《巷道斷面設(shè)計》PPT課件.ppt

井巷工程,第三章 巷道斷面設(shè)計,1、巷道斷面形狀,2、巷道斷面尺寸,3、巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計和管線布置,4、 巷道斷面設(shè)計示例,一、巷道斷面設(shè)計原則 巷道斷面設(shè)計主要是選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。 設(shè)計的原則是：在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下， 力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。,二、巷道斷面設(shè)計的內(nèi)容和步驟 選擇巷道斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng) 速驗算； 根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計算出巷道的設(shè)計掘進(jìn)斷面 尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計算掘進(jìn)斷面尺寸； 布置水溝和管纜； 繪制巷道斷面施工圖，工程量表、材料消耗量一覽表。,第一節(jié) 巷道斷面形狀,一、巷道斷面形狀 二、影響巷道斷面選擇的因素,一、巷道斷面形狀,按構(gòu)成的輪廓線分兩種： 折線型：矩形、梯形、不規(guī)則形； 曲線型：直墻拱形(如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形)以及 封閉拱形、橢圓形、圓形等。見圖 3-1 巷道斷面形狀。,一、巷道斷面形狀,二、影響巷道斷面選擇的因素,作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。 巷道用途和服務(wù)年限也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。 礦區(qū)的支架材料和習(xí)慣使用的支護(hù)方式，也直接影響巷道斷面形狀的選擇； 掘進(jìn)方法和掘進(jìn)設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響。 需要風(fēng)量大的礦井，選擇通風(fēng)阻力小的斷面和支護(hù)方式，有利于安全和具有經(jīng)濟(jì)效益。,補(bǔ)充幾個定義,開拓巷道：一般來說，為全礦井、一個水平或若干采區(qū)服務(wù)的巷道，稱為開拓巷道。 準(zhǔn)備巷道：為一個采區(qū)或數(shù)個區(qū)段服務(wù)的巷道，稱為準(zhǔn)備巷道。 回采巷道：僅為采煤工作面生產(chǎn)服務(wù)的巷道，如區(qū)段運輸平巷、區(qū)段回風(fēng)平巷、開切眼叫做回采巷道 。,煤層傾角、厚度及其變化情況（即煤層穩(wěn)定性）對采礦技術(shù)影響很大，所以在采礦工作中常將煤層據(jù)此加以分類。 1、按煤層傾角分類 煤 層 露天開采 地下開采 近水平煤層 5 8 緩傾斜煤層 510 825 傾斜煤層 1045 2545 急傾斜煤層 45 45 2、按煤層厚度分類 煤 層 露天開采 地下開采 薄煤層 3.5m 1.3m 中厚煤層 3.510m 1.33.5m 厚煤層 10m 3.5m,半圓拱形巷道,適用條件 1、開拓、準(zhǔn)備巷道和硐室 2、頂壓大、側(cè)壓小，無底鼓,圓弧拱形巷道,適用條件 1、拱形成形好，施工方便 2、多用于準(zhǔn)備巷道 3、跨度較大時，比前者斷面利用率高,三心拱形巷道,適用條件 1、與半圓拱形比承壓能力小，斷面利用率高 2、圍巖堅硬的開拓巷道、上（下）山和硐室,梯形巷道,適用條件 1、頂板暴露面積較矩形小 2、多用于采區(qū)巷道,矩形巷道,適用條件 1、斷面利用率高 2、頂壓與側(cè)壓小，維護(hù)時間不長的采區(qū)巷道,馬蹄形巷道,適用條件 1、圍巖軟，有膨脹性 2、頂壓及側(cè)壓較大，具有一定底壓,圓形巷道,適用條件 1、周圍壓力較大 2、其它巷道無法抵抗周圍壓力,不規(guī)則形巷道,適用條件 1、在薄煤層中，為了不破壞頂板,第二節(jié) 巷道斷面尺寸,一、巷道凈寬度的確定 二、巷道的凈高度 三、巷道的凈斷面面積 四、巷道風(fēng)速驗算 五、巷道設(shè)計和計算掘進(jìn)斷面面積,直墻拱形巷道的凈寬度系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。,矩形巷道的凈寬度，系指巷 道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終 端之間的水平間距。,梯形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、 電機(jī)車時，凈寬系指車輛頂面水平 的巷道寬度；當(dāng)其內(nèi)不通行運輸設(shè) 備時，凈寬系指自底板起1.6m高水 平的巷道寬度。,以直墻拱形巷道為例： Ba十2A1十c十t,A1運輸設(shè)備的最大寬度，m；a非人行道側(cè)寬度 c人行道的寬度 ；t運輸設(shè)備最突出部分之間的間距,第二十一條 巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風(fēng)和安全設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求： （一）主要運輸巷和主要風(fēng)巷的凈高，自軌面起不得低于2m。架線電機(jī)車運輸巷的凈高必須符合本規(guī)程第三百五十六條和第三百五十七條的有關(guān)要求。 （二）采區(qū)（包括盤區(qū)，以下各條同）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層內(nèi)的不得低于1.8m。 采煤工作面運輸巷、回風(fēng)巷及采區(qū)內(nèi)的溜煤眼等的凈斷面或凈高，由煤礦企業(yè)統(tǒng)一規(guī)定。 巷道凈斷面的設(shè)計，必須按支護(hù)最大允許變形后的斷面計算。,第二十二條 運輸巷兩側(cè)（包括管、線、電纜）與運輸設(shè)備最突出部分之間的距離，應(yīng)符合下列要求： （一）新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運輸巷的一側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機(jī)械化采煤礦井為1m）以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m；巷道另一側(cè)的寬度不得小于0.3m（綜合機(jī)械化采煤礦井為0.5m）。巷道內(nèi)安設(shè)輸送機(jī)時，輸送機(jī)與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.5m；輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處與巷幫支護(hù)的距離應(yīng)滿足設(shè)備檢查和維修的需要，并不得小于0.7m。巷道內(nèi)移動變電站或平板車上綜采設(shè)備的最突出部分，與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.3m。 （三）在人車停車地點的巷道上下人側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬1m以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m。,第二十三條 在雙軌運輸巷中，2列列車最突出部分之間的距離，對開時不得小于0.2m，采區(qū)裝載點不得小于0.7m，礦車摘掛鉤地點不得小于1m。車輛最突出部分與巷道兩側(cè)距離，必須符合本規(guī)程第二十二條的要求。,一、巷道凈寬度的確定(續(xù)),為了滿足掘進(jìn)機(jī)械化裝載和鋪設(shè)臨時雙軌調(diào)車，以及運輸綜采 支架的需要。巷道最小寬度：主要大巷為2.2m；采區(qū)巷道為2 m。,在確定曲線段巷道凈寬度時，按公式計算巷道的凈寬，要考慮礦車在彎道上運行，由于車體的中心線和線路的中心線不相吻合，發(fā)生礦車外邊角外伸和礦車內(nèi)側(cè)車幫內(nèi)移現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)和外側(cè)均要加寬0.2m。曲線段巷道加寬范圍：除曲線段外，用礦車運輸時與曲線段兩端相聯(lián)的各長2m的直線段也要加寬；用電機(jī)車運輸時曲線兩端直線段加寬長度為3.0m。,軌道中心距數(shù)值表,雙軌巷道對開列車車輛之間應(yīng)有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按選取。,把表5-2記在書上69頁,無軌運輸巷道凈寬度,無軌運輸巷道斷面凈寬度確定主要運輸巷道應(yīng)留有寬度在1.2m以上的人行道，另一側(cè)寬度也應(yīng)不小于0.5m,兩輛車對開最突出部分距離不小于0.5m,其他巷道，人行道寬度可按0.81.0m留設(shè)；另一側(cè)寬度可按0.30.5m留設(shè)。轉(zhuǎn)彎處按下式確定： BR1-R2+1.2+0.5 R1為運輸車轉(zhuǎn)彎外半徑，R2運輸車轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑。,無軌膠輪車轉(zhuǎn)彎時的巷道寬度,二、巷道的凈高度,1矩形、梯形巷道：自渣面或 底板到頂梁或頂部噴層面、錨桿露 出長度終端的高度。,2拱形巷道凈高：自渣面至拱 頂內(nèi)沿或錨桿露出長度終端的高 度。 主要是確定凈拱高和自底板 起的墻高。 H=h0+h3-hb H拱形巷道凈高； h0拱形巷道拱高； h3拱形巷道墻高； hb巷道內(nèi)道碴高度。,梯形巷道凈高度,拱高h(yuǎn)0常與巷道凈寬的比來表示（高跨比）：半圓拱：h=R=B/2， 墻高h(yuǎn)3自巷道底板至拱基線的距離： 架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子頂端兩切線交點處與巷道拱壁間最小安全間隙；管道的裝設(shè)要求；人行高度要求；1.6m高度人行道寬度；設(shè)備上緣至拱壁間最小安全間隙。,一般，架線電機(jī)車運輸?shù)南锏?，按其中架線電機(jī) 車導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)要求計算即能滿足要求；其它 如礦車運輸、僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無運輸設(shè)備的巷道一般 只按行人高度要求即能滿足要求，但在人行道范圍 1.8m以下，不得架設(shè)管線和電纜。 以上計算的墻高h(yuǎn)3值，必須按只進(jìn)不舍的原則， 以0.1m進(jìn)級。,二、巷道的凈高度(續(xù)),1矩形巷道凈斷面積：SBH B巷道凈寬； H巷道凈高。 2梯形巷道凈斷面積：S(B1+B2)H/2； B1、B2巷道頂梁、底板處凈寬； H巷道凈高。 3半圓拱巷道：SB(0.39B+h2) h2渣面起巷道壁的高度。 4圓弧拱巷道： SB(0.24B+h2),三、巷道的凈斷面面積,矩形巷道,梯形巷道,半圓拱形巷道,圓弧拱形巷道,四、巷道風(fēng)速驗算,生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風(fēng)用，因此還要進(jìn)行最優(yōu)的風(fēng)速 驗算： V通過巷道的風(fēng)速， Q通過巷道的風(fēng)量， Vmax巷道允許通風(fēng)的最高風(fēng)速，ms。,煤礦安全規(guī)程規(guī)定如右表，煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6ms； 輸送機(jī)巷道采區(qū)風(fēng)巷一般不大于4ms。設(shè)計時，應(yīng)在不違反煤礦安全規(guī)程的原則下，按規(guī)范要求確定巷道斷面，以留有余地。,五、巷道設(shè)計和計算掘進(jìn)斷面積,補(bǔ)充：巷道壓力測算 1支護(hù)參數(shù)的選擇 2道床參數(shù)的選擇 3巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積 4巷道計算掘進(jìn)斷面積,1支護(hù)參數(shù)的選擇,支護(hù)是影響煤礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問 題，長期以來，棚式支架和磚石、混凝土砌碹是支護(hù)的主 要形式，近年來，金屬支架和錨噴支護(hù)得到發(fā)展。支架參 數(shù)的選取，就是確定坑木的直徑、金屬和鋼筋混凝土構(gòu)件 的斷面高度以及背板厚度、噴層的厚度或錨桿外露的長 度，所有這些只寸的選取方法，將在第五章中介紹,巷道壓力測算,工程類比法 松散體理論和彈塑性力學(xué)等計算方法 有限單元法 邊界單元法等數(shù)值分析方法,估算地壓的經(jīng)驗數(shù)據(jù),其它方法不做一一介紹，請參閱采礦工程設(shè)計手冊（下）,巷道壓力控制,巷道布置 巷道保護(hù) 巷道卸壓 巷道支護(hù),巷道壓力控制,巷道布置,1.應(yīng)布置避免回采引起的支承壓力的強(qiáng)烈作用，縮短其影響時間。 2.避免支承壓力的作用是將巷道布置在采空區(qū)下方。 3.開采臨近煤層時，預(yù)先開采上部煤層,開采過程中不應(yīng)留設(shè)煤柱，如留則回采巷道不應(yīng)布置在煤柱的上方或下方。 4.盡量避免地下水的影響。 5.諸多因素影響時，則應(yīng)著重考慮布置在穩(wěn)定巖層中。 6.盡可能不沿巖層的背斜和向斜的底部，及平行斷層布置。 7.巷道軸線方向應(yīng)平行最大主應(yīng)力方向，而不垂直布置。,1.回采巷道盡量采用無煤柱護(hù)巷。 2.沿空掘巷須在回采空間上覆巖層運動和采動引起的應(yīng)力分布趨向穩(wěn)定后，才沿采空區(qū)邊緣掘進(jìn)，通常滯后工作面3個月。 3.開采臨近煤層時，預(yù)先開采上部煤層,開采過程中不應(yīng)留設(shè)煤柱，如留則回采巷道不應(yīng)布置在煤柱的上方或下方。 4.盡量避免地下水的影響。 5.諸多因素影響時，則應(yīng)著重考慮布置在穩(wěn)定巖層中。 6.盡可能不沿巖層的背斜和向斜的底部，及平行斷層布置。 7.巷道軸線方向應(yīng)平行最大主應(yīng)力方向，而不垂直布置。,巷道壓力控制,巷道保護(hù),2道床參數(shù)的選擇,道床參數(shù)是按選取的鋼軌型號、軌忱規(guī)格和道碴厚度確定的。 鋼軌型號是根據(jù)巷道類型、運輸方式及礦車容積來選取。 軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。 道床：一股采用堅硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，顆粒度以 2040mm為宜。,鋼軌軌枕型號,3巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積,巷道凈尺寸加上支架、道床參數(shù)使可得到巷道的設(shè) 計掘進(jìn)尺寸，從而求得巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積。 半圓拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘進(jìn)寬度；h3墻高； 圓弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3； B巷道凈寬；T墻厚； 梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4頂梁、底梁設(shè)計掘進(jìn)寬度； H1設(shè)計掘進(jìn)高度。,4巷道計算掘進(jìn)斷面積,考慮到巷道在施工內(nèi)出現(xiàn)超挖觀象，因此，設(shè)計掘進(jìn)斷面尺寸應(yīng) 加上允許超挖值(矩形、梯形棚子)，作為計算掘進(jìn)斷面尺寸。并以此計 算出巷道的掘進(jìn)工程量和支爐材料消耗經(jīng)。,第三 節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計和管線布置,一、水溝設(shè)計 二、管線布置,一、水溝設(shè)計,1位置：一般布置在人行道一側(cè)，少穿越運輸線路。 2施工要求： 平巷水溝坡度真可取35，或與巷道的坡度相同，但一般不小 于3，以利于水流通暢。 運輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可用鋼筋屈凝土預(yù)制成構(gòu) 件，然后送到井下鋪設(shè)，服務(wù)年限短，排水量小的巷道其水溝可不用支 護(hù)。 棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿距不小于300mm，圖37 。 為了行人方便，主要運輸大巷和傾角小于15斜巷的水 溝，應(yīng)鋪放鋼筋混凝上預(yù)制蓋板，蓋扳頂面要與巷道渣面齊平。 常用的水溝斷面形狀有對稱倒梯形、半倒梯形和矩形。各種水溝斷 面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝流量，坡度，支護(hù)材料和斷面形狀等因素決定，常用 的水溝斷面和尺寸見圖36、和表313。 為了使巷道內(nèi)不積水，巷道橫向水溝的一側(cè)也應(yīng)有2的坡度，并在 水溝的側(cè)面壁上每隔一定距離開設(shè)50的瀉水孔。,一、水溝設(shè)計(續(xù)),二、管線布置,1管道通常應(yīng)部置在人行道一側(cè)，也可布置在非人行道一側(cè)。管道架設(shè) 可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上 方， 管道而其下部與道渣面或水溝蓋板面保持1.8m和1.8m以上的距離，若架設(shè) 在水溝上，應(yīng)以不妨礙清理水溝為原則。 2在架線式電機(jī)車運輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用 管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。管道與運輸設(shè)備之間必須留有不小于 0.2m的安全距離。 3通信電纜和電力電纜不宜設(shè)在同一側(cè)。如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時， 通信電纜應(yīng)設(shè)在動力電纜上方0.1m以上的距離處以防電磁場作用干擾通訊 信號。 4高壓電纜和低壓電纜在巷道同側(cè)布置時，相互之間距離應(yīng)大于0.1m以 上；同時高壓電纜之間、低壓電纜之間的距離不得小于50mm，以便摘掛 方便。 5電纜與管道在同一側(cè)敷設(shè)時，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上 的距離。 6電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時不會撞擊電纜，或者電纜發(fā)生墜落 時，不會落在軌道上或運輸設(shè)備上。,二、管線布置(續(xù)),第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例,例題) 某煤礦，年設(shè)計能力為90萬t，低瓦斯礦井，中央分列式通風(fēng)，井 下最大涌水量為320m3/h。位。通過該礦第一水平東翼運輸大巷的流水量 為160m3/h，采用ZK106/250架線式電機(jī)車牽引1.5噸礦車運輸，該大巷 穿過中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅固性系數(shù)f =46，需通過的風(fēng)量為8m3/s。 巷道內(nèi)敷設(shè)一道直徑為200mm的壓風(fēng)管和一趟直徑為l00mm的水管。試 設(shè)計運輸大巷直線段的斷面。,一、選擇巷道斷面形狀、 年產(chǎn)90萬噸礦井的第一水平運輸大巷，一股眼務(wù)年限在20年以上，采 用 600mm軌距雙軌運輸?shù)拇笙?，其凈寬?m以上，又穿過中等穩(wěn)定的 巖層，故選用鋼筋砂漿錨稈與噴射混凝土支護(hù)，半圓拱形斷面。,二、確定巷道斷面尺寸 確定巷道凈寬度B 查表3-1知ZK106/250電機(jī)車寬A1=1060，高h(yuǎn)=1550；1.5噸礦車寬 1050，高1150。 根據(jù)煤礦安全規(guī)程，取巷道人行道寬C=840，非人行道一側(cè)寬 a=400。又查表3-2知本巷雙軌中心線b=1300，兩電機(jī)車之間的距離 為：1300-（1060/2+1060/2）=240 故巷道凈寬度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+21060+240+840=3600。 確定巷道拱高h(yuǎn)0 半圓拱巷道拱高h(yuǎn)0=B/2=3600/2=1800，半圓拱半徑=h0=3600/2=1800 確定巷道壁高h(yuǎn)3 按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子要求確定h3 由3-8中半圓拱巷道拱高公式得,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),2.按管道裝設(shè)要求確定h3,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)),3.按人行高度要求確定h3,綜上計算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為h3=1800。則巷道高度H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400。, 確定巷道凈斷面面積S和凈周長P 由表3-8得凈斷面面積 S=B（0.39B+h2） 式中： h2為道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1800-200=1600。 故S=3600（0.393600+1600）=10814002=10.8 凈周長P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500=12.5m 用風(fēng)速校核巷道凈斷面面積 查表3-4，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風(fēng)量Q=28m3/s，計算得：,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)),設(shè)計的大巷斷面面積、風(fēng)速沒超過規(guī)定，可以使用。,m/s, 選擇支護(hù)參數(shù) 本巷道采用錨噴支護(hù)，根據(jù)巷道凈寬3.6m、穿過中等穩(wěn)定巖層即屬類 圍巖、服務(wù)時間大于l0年等條件，得錨噴支護(hù)參數(shù)；錨桿長1.8m，間距 a=0.780.8m，排距a=0.8m，錨桿直徑d=18，噴射混凝土層厚T1 =l00mm，而錨桿露出長度T2=50mm。故支護(hù)厚度T=T1=100。 選擇道床參數(shù) 根據(jù)本巷道通過的運輸設(shè)備，選用24kg/m的鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分 別為360和200，道渣至軌面高度ha=hc-hb=360-200=160。采用鋼 筋混凝土軌枕。 確定巷道掘進(jìn)斷面面積 巷道設(shè)計掘進(jìn)寬度B1=B+2T=3600+2100=3800。 巷道計算掘進(jìn)寬度B2= B1+2=3600+275=3950。 巷道設(shè)計掘進(jìn)高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700。 巷道計算掘進(jìn)高度H2=H1+=3700+75=3775。 巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面面積S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1800）=124716002，取S1=12.5。 巷道計算掘進(jìn)斷面面積S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=131940752，取S2=13.2。