采矿工程井巷工程课程设计(共26页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上井 巷 工 程 课 程 设 计说 明 书课题名称：某铅锌矿-160M运输大巷断面和支护设计 学生学号： 专业班级： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： YAP 课题工作时间：2011.12.11 至 2012.12.22 武汉工程大学环境工程与城市建设学院一、课程设计的任务和基本要求课题名称: 某铅锌矿-160M运输大巷断面和支护设计1.设计资料某铅锌矿年设计生产能力80万t,井下最大涌水量300m3/h，通过该矿阶段运输-160M水平的流水量为150 m3/h，采用ZK10-6/250架线式电机车牵引YCC1.2型曲轨侧卸式矿车运输。该大巷穿过中等稳固岩层，岩石坚固

2、性系数，通过该巷的风量为28 m3/min，巷内敷设一条200mm的压风管和一条100mm的供水管。试设计该运输大巷的直线段断面并进行相应的支护设计。指导教师签字：教研室主任签字： Y A P C Q Y2011年12 月28 日2011年12 月28 日二、进度安排： 2011年12月28日2012年01月04日 断面设计； 2012年01月04日2012年01月07日 支护设计；2011年 01月 08日 答辩、交说明书。三、应收集资料及主要参考文献 宋宏伟主编.井巷工程.第1版. 北京：煤炭工业出版社，2007(3) 李长权 杨建中主编. 井巷设计与施工. 第1版. 北京：冶金工业出版社

3、，2008(4) 新编矿山采矿设计手册. 井巷工程卷(上、下册). 中国矿业大学出版社，2007(7) 洪晓华主编. 矿井运输提升.第1版. 中国矿业大学出版社，2005(7) 锚杆喷射混凝土支护技术规范（G B500862001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中华人民共和国建设部联合发布. 第1版. 北京：中国计划出版社, 2001(9)四、课程设计摘要（中文）五、答辩记录： 答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）： 2010 年 月 日总评成绩：（教师评分75%+答辩成绩25%） 课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具 体 要 求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能

4、提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质 量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创 新工作中有创

5、新意识；对前人工作有改进或独特见解。0.1第一章 巷道断面设计第一节 巷道断面形状的选择（一）常用断面形状简介我国矿井下使用的巷道断面形状,按其结构的轮廓可分为折线型和曲线型两大类.前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半圆拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等。断面形状及其适用条件略见下表： （摘自采矿设计工程设计手册）巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质、作业在巷道上地压的大小和方向、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素，也可以参考邻近矿井同类巷道的断面形状及其维护情况等。一般情况下，作用在巷道上的地压大小和

6、方向在选择巷道断面形状是起主要作用。当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面：当顶压较大、侧压较小时，则选用直樯拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形等封闭式断面。巷道的用途和服务年限也是考虑选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用砖石、混凝土和锚喷支护的各种拱形断面较为有利；服务年限10年左右的准备巷道以往多采用梯形断面，现在采用锚喷支护的拱形断面日趋增多；服务年限段的回采巷道，多采用梯形断面。另外，矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响道巷断面形状的选择。木架和钢筋混凝土棚子，多适

7、用于梯形和矩形断面；砖石、混凝土和喷射混凝土支架，适用于拱形等曲线断面；金属支架或锚杆支护适用于任何形状的断面。掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位，它能适应任何新装的断面。近年来，由于锚喷支护广范应用，为了简化设计和有利于施工，巷道端面多采用半圆拱和圆形拱，三心拱也逐渐被淘汰。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是最为合适的。在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力较小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面降低造价并有利于加快施工速度。（

8、二）设计运输大巷已知参数：1).年生产能力为80万吨；2). 井下最大涌水量300m3/h，通过该矿阶段运输-160M水平的流水量为150 m3/h；3). 采用ZK10-6/250架线式电机车牵引YCC1.2型曲轨侧卸式矿车运输；4). 大巷穿过中等稳固岩层，岩石坚固性系数；5). 该巷的风量为28 m3/min；6). 巷内敷设一条200mm的压风管和一条100mm的供水管；综上所述:选择巷道断面尺寸应考虑诸多因素,联系以上所有因素和已知参数,根据采矿守则，年产量在80万t其服务年限应在20年以上，采用600mm轨距双轨运输的大巷，大巷穿过中等稳固岩层，岩石坚固性系数，故选用锚喷支护，巷道

9、为直墙半圆拱形断面。第二节 巷道断面尺寸的确定矿山安全规程内有明确规定：机械运输巷道的一侧，必须留有0.7米以上的人行道。另一侧，如果巷道是用木材，混泥土棚或金属支架时，不得小于0.2米，用砖、石、混泥土砌璇以及锚杆喷浆时，不得小于0.2米。运输机距支架或璇墙之间的距离得小于0.4米。（一）确定巷道净宽度B已知ZK10-6/250直流架线式电机车宽A1=1060mm，高h1=1550mm；YCC1.2型曲轨侧卸式矿车宽A2=1050mm，高h2=1200mm。两者相对比较去较大值，故取运输设备宽度A=1060mm。根据矿山安全规程，取人行道宽C=840mm，非人行道宽a=400mm。查设计守则

10、知双轨中线距离b=1300mm，则两电机车之间的距离为：1300-（1060/2+1060/2）=240mm200mm,符合规定，不必加宽中心距。则巷道净宽度的确定： B=a1+b+c1=(400+1060/2)+1300+(1060/2+840)=3600mm式中B巷道净宽度，mma1、c1分别为非人行侧和人行侧轨道中线到巷道墙之间的距离，mmb轨道之间的距离，mm（二）确定巷道拱高h0半圆拱形巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800mm,半圆拱半径R=h0=1800mm(三)确定巷道壁高h31按架线电机车导电弓子要求确定h3查设计手册中半圆拱形巷道壁高公式得 -式中：为轨面起电机车架线

11、高度，按煤矿安全规程取；为道床总高度。查表下表巷道轨枕选择选30kg/m钢轨，再查下表常用道床参数得,道砟高度；n为导电弓子距拱璧安全距离，取；K为导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取；为轨道中线与巷道中线的距离，b1=B/2-a1=(3600/2-930)mm=870mm； 故。2.按管道装设要求确定h3 式中:h5为道砟面至管子底高度，按安全规程取；为管子悬吊件总高度，取；为导电弓子距管子间距，取；D为压气管法兰盘直径，；为轨道中线与巷道中线间距，则 =B/2- =.故+mm。3.按人行道高度要求确定h3 式中，j为距巷道壁的距离。距壁j处的巷道有效壁高不小于1800mm.,一般取

12、；故： 综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高=1820mm。则巷道高度H=h3-hb+h0=1820mm-220mm+1800mm=3400mm。（四）确定巷道净断面面积S和净周长P 半圆拱断面的净断面积 S=B(0.39B+h2)，式中，h2为道渣面以上巷道壁高h2=h3-hb=1820-220=1600mm；则S=3600*（0.39*3600+1600）=10.8净周长P=2.57B+2h2=12500mm=12.5m第三节 用风速校核巷道净断面面积 查设计守则知，允许风速1.0m/svmax8m/s 已知运输大巷通风量28m3/s，则v=Q/S=28/10.8=2.59 m/s，

13、风速未超出规定，可以使用。第四节 选择支护参数本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳固岩层即属III类围岩、服务年限大于20年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为18螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度700，设计锚杆预紧力40，锚固力80,锚杆长度2.0，成方形布置，其间排距，托板为8厚的方形钢板，喷射混凝土厚，分两次喷射，每次各喷厚，故支护厚度。 第五节 选择道床参数道床参数的选择是指钢轨型号,轨枕规格和道咋高度三者的确定。下面可根据图表说明道床参数钢轨型号是以每米长度的重量来表示的。常用的型号是15，22, 30和38。钢轨型号是根据巷道类型，运输方式及设

14、备，矿车容积与轨枕来选用。对轨道敷设的要求是：钢轨的型号应与行驶车辆的类型相适应，轨道敷设应平直，且具有一定的强度和弹性；在弯道处，轨道连接应光滑，接运输巷道内同一线路必须采用同一型号的钢轨；道岔的型号不得低于线路的钢轨型号；在倾角大于15的巷道中，轨道的辅设应采取防滑措施。轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。矿井多使用钢筋混凝土轨枕或木轨枕，个别地点也有用轨枕的。混凝土轨枕主要用于井底车场，运输大巷，上（下）山和中巷；木轨枕主要用于道岔等处，钢轨枕主要用于固定道床。由于预应力钢筋混凝土轨枕具有较好的抗裂性和耐久性，构建刚度大，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

15、下表。道咋道床有钢轨及连接件，轨枕，道咋等组成。道咋道床的优点是施工简单，容易更换，工程造价较低，有一定的弹性和良好的排水性，并有利于轨道调平。但在生产过程中，煤，岩粉洒落在道床上之后，使其弹性降低，排水受到阻碍，可能影响机车正常运行。只要加强维修，这种道床完全能够满足机车运行要求。道砟应选用坚硬和不易风化的碎石或卵石，粒度以2030MM为宜，并不得参有碎末等杂物，使其具有适当空隙度，以利排水和有良好的弹性。道砟的高度以应与选用的钢轨型号相适应。在主要运输巷道，其厚度不小于100mm，并至少不轨枕1/22/3的 高度埋入道砟内，二者关系如图3-8所示。道床宽度可按轨枕长队再加200mm考虑。相

16、邻两轨枕中心线距一般为0.70.8m,在钢轨接头，道岔和弯道处应适当减小。根据本巷道通过的运输设备，选用30kg/m，道床参数分别是hc=410mm，hb=220mm，道渣面到轨面高度ha=hc-hb=410-220=190mm,采用钢筋混凝土轨枕。第六节 巷道水沟尺寸选择及管线布置已知通过该水平的流水量为150m3/h,现采用水沟坡度0.3%，水沟深400mm，宽400mm，水沟净断面积0.16m2；水沟掘进断面积0.203 m2，每米水沟盖板用钢筋1.633Kg、混凝土0.0276 m3。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，如下图所示。第七节 确定巷道掘进

17、断面积根据设计手册计算公式得：巷道设计掘进宽度：B1=B+2T=3600+2x100=3800mm巷道计算掘进宽度：B2= B1+2=3800+2x75=3950 mm巷道设计掘进高度：H1=H+hb+T=3400+220+100=3720mm巷道计算掘进高度：H2= H1+=3720+75=3795mm巷道设计掘进断面面积：S1= B1 (0.39 B1+h3)=3800x(0.39x3800+1820)= .取S1=12.55巷道计算掘进断面积：S2= B2(0.39B2+h3)=3950x(0.39x3950+1820)=.取S2=13.27第八节计算巷道掘进工程量及材料消耗量查设计手册

18、计算公式得：每米巷道拱与墙计算掘进体积；每米巷道墙角计算掘进体积；每米巷道拱与墙喷射材料消耗每米巷道墙角喷射材料消耗每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）每米巷道锚杆消耗：，其中为计算锚杆消耗周长，；、为锚杆间距、排距，；则；折合重量为；其中为锚杆长度，为，为锚杆直径，为，为锚杆材料密度，为。由于每根锚杆安装两个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗：（支）每排锚杆数为：每排树脂药卷数：每米巷道粉刷面积为：（其中）第九节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，并附上运输大巷特征表1.6及运输大巷每米工程量及材料消耗量表1.7。

19、运输大巷断面施工图第二章 巷道支护设计第一节 常用支护形式简介目前的支护形式多样，一般有支架、柱子、料石碹、混凝土碹、锚喷支护等。过去大多数是架设棚式支架与砌筑石材整体支架来维护巷道，现在最为常用的是锚喷支护和金属架支护两种。下面对这几种支护形式做一简单介绍。（一）锚杆支护采用锚杆支护巷道，就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆架设在锚杆眼内，对巷道围岩给予人工加固。从而维护巷道的稳定性。锚杆的类型钢筋或钢丝绳砂浆锚杆；金属倒锲式锚杆；木锚杆；树脂锚杆；快硬水泥锚杆；快硬膨胀水泥锚杆；管缝式锚杆；可伸缩式锚杆。其作用原理：悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论、最大水平理论。（二）喷射混凝土支护

20、 喷射混凝土支护是以压缩空气为动力，用喷射机将细骨料混凝土喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护。其特点是：凝土在高速喷浆过程中，水泥颗粒受到碰撞冲击，混凝土喷层受到连续冲击压密，而且喷射工艺又允许采用较小的水灰比，因此喷射混凝土喷层具有致密的组织结构和良好的物理力学性能。特别是它的粘结力大，能同岩石紧密粘结，是形成喷射混凝土独特支护作用的重要因素。喷射混凝土能随着巷道掘进及及时施工，且加入速凝剂后其早期强度成倍增长，因而能够控制围岩的过度变形和松弛。喷层较薄，具有一定的柔性，可以和围岩共同变形产生一定量的径向位移。其作用原理：加固与防止风化作用；改善围岩应力状态和作用；柔性支护结构作用；与威严共

21、同作用。喷射混凝土支护结构和支护厚度的选择，应综合考虑，围岩地质条件、结构物的工作条件、巷道有效跨度和服务年限等因素。（三）锚喷支护及锚喷网联合支护 锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚杆联合支护，恰能做到使二者相互取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩石形成承载加固拱，喷射混凝土层的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。光弹模拟实验表明，用锚杆进行支护时，在两锚杆之间的围岩表面附近，会产生拉应力。如果岩石松软，则在拉应力作用下。可能产生局部的破坏和掉快，而局部小岩块的坠落又可能导致深部岩石的松动和破坏，这样将消弱

22、岩石加固拱稳定性和承载能力。因此，锚杆与喷射混凝土联合使用，就可以防止局部岩块的松动和坠落，从而加固与提高了岩石拱的承载能力。 喷射混凝土能有效控制锚杆间的石块掉落，但其本身是脆性的，当岩石变形大时，易开裂剥落。解决方法之一就是在喷射混凝土中加刚纤维，增加混凝土的抗弯强度和韧性。另外就是在喷射混凝土之前敷设金属网，喷后形成钢筋混凝土层，提高了喷层的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚喷网联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层，金属网用钢筋直径一般为612mm，钢筋间距一般为200400mm。（四）联合锚杆支护组合锚杆支护是以锚杆为主要构件并辅以其他支护构件而组成的锚杆支护系统。其类型主

23、要有锚网支护、锚梁（带）网支护和锚杆木行架支护。（五）普通支架包括：木支架、金属支架、钢筋混凝土（棚式）、石材整体支护。第二节 支护形式的确定锚喷支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，二者又可单独使用，成为锚杆支护与混凝土支护。锚杆支护还可与金属网联合进行支护。它具有施工速度快、施工机械化高、成本低及节约材料等优点。本巷道穿过坚固性系数为810的中等稳定岩层，因此我们选择的是锚喷支护。（一）锚喷支护的优点：锚喷支护突破传统的支护形式和支护理论，不再是消极的承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性，限制岩石的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体自身的支承作用。把围岩从荷载变为承载，变消极因素为积极因

24、素，这是锚喷支护和一切旧支护形式最根本最本质的差别，也是锚喷支护大大优于其他支护形式的根本所在。 我国矿山大量使用锚喷支护的实践证明，锚喷支护不但可以用于比较稳定的岩层中，而且可以用于破碎带、断层多、有底鼓受强烈采动地压影响的巷道和大跨度的硐室。锚喷支护与其他支护形式相比，在技术上和经济上具有以下优越性。由于锚喷支护是高压喷射成的混凝土层，致密、强度高，能提高井巷围岩的自身稳定性和承载能力，并与岩层构成共同承载整体。这样，支护厚度可减薄一半以上，掘进断面可减少1020，大大节约投资。工艺简单，操作方便，混凝土、砂浆直接喷到岩面，省去立模、拆模邓繁琐工序，节省了木材和钢材。机械化程度高，减轻工人

25、的笨重体力劳动。在平巷和立井施工中，料石砌碹，每个工人一个班搬运料石多则一万多井，而锚喷支护，除喷射手劳动强度较大外，其余工序都是机械操作。随着平巷喷射混凝土简易机械手的推广，以及立井喷射机械手的使用，为实现锚喷支护全部机械化施工打下良好的基础。施工速度快、效率高，可以实现远距离输料，占用巷道空间少，为快速掘进，掘喷平行作业创造有利条件，平巷中锚喷支护功功效一般为0.20.35米/工，每米成巷35个工，掘进速度为100120米/月。最高700米/月以上，而料石碹每米成巷1015个工，一般掘进速度为6070米/月。最高240米/月。锚喷支护可以紧跟工作面，取消临时支护，基本上解决支护落后掘进的矛

26、盾。支护后的巷道失修率低，维护方便，并且可以处理冒顶，有利于安全生产。节约坑木，减少巷道维修量。根据某矿对26054m巷道普查，锚喷15789.7m由于严重破坏而需要返工维修的占19%。锚喷支护巷道质量良好和基本良好的占全部锚喷巷道的96.5%，严重破坏而需要返修的仅占3.5%，锚喷支护的巷道局部破坏时 ，只在破坏处进行补喷即可，而坏棚坏碹返修时间需要全部拆除，重新砌碹和架棚。（二）锚喷材料的选择本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳固岩层即属III类围岩、服务年限大于20年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为18螺纹钢，每孔安装两个树脂药卷，锚固长度700，设计

27、锚杆预紧力40，锚固力80,锚杆长度2.0，成方形布置，其间排距，托板为8厚的方形钢板，喷射混凝土厚，分两次喷射，每次各喷厚，故支护厚度。第三节 施工组织管理.坚持正规循环作业在巷道施工中，各主要工序和辅助工序都是按一定的顺序周而复始的进行的，故称为循环作业。为组织循环作业，应将循环中个工序的工作持续时间、先后顺序和相互衔接关系，周密的以图表的方式固定下来，使全体施工人员心中有数，一环扣一环的进行操作，该图表则称为循环图表。在岩巷施工中，正规循环作业时指在掘进、支护工作面上按照作业规程、爆破图表和循环图表的规定，在一定时间以内，以一定的人力、物力和技术装备，完成规定的全部工序和工程量，取得预期

28、的进度，并保证生产有节奏地周而复始地进行。.尽量采用多工序平行交叉作业所谓多工序平行交叉作业，是指在同一工作面，在同一循环时间内，凡能同时施工的工序，尽量安排使其同时进行；不能全部进行平行施工的工序么也可以使其部分平行，即交叉作业。多工序平行交叉作业是实现正规循环作业的基本保证措施。安装锚杆时，拧紧螺帽是保证安装质量的重要的措施。拧紧了螺帽，杆体就会给予围岩一个大小相等、方向相反的挤压力，即所谓“预应力”，以防围岩发生裂隙或冒落。混凝土喷射用转子-型喷射机，工作时，电动机通过减速器带动旋转体，搅拌器和拨料机板旋转，料斗中的混合材料被均匀拨出旋转体的料槽中。当装满料的料槽对准出料弯头时，内圈的气

29、室也恰好对准进风管，于是混合料被压气压入出料弯头和输料管，在喷头处与水混合喷向岩面。主要参考文献 宋宏伟主编.井巷工程.第1版. 北京：煤炭工业出版社，2007(3) 李长权 杨建中主编. 井巷设计与施工. 第1版. 北京：冶金工业出版社，2008(4) 新编矿山采矿设计手册. 井巷工程卷(上、下册). 中国矿业大学出版社，2007(7) 洪晓华主编. 矿井运输提升.第1版. 中国矿业大学出版社，2005(7) 锚杆喷射混凝土支护技术规范（G B500862001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中华人民共和国建设部联合发布. 第1版. 北京：中国计划出版社, 2001(9)专心-专注-专业