井巷施工技术4、巷道断面设计.ppt

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1、1第四章第四章 巷道断面设计巷道断面设计u巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影巷道是井下生产的动脉，巷道断面设计合理与否，直接影响煤矿生产的安全和经济效益。响煤矿生产的安全和经济效益。u巷道断面设计的内容与步骤是：首先巷道断面设计的内容与步骤是：首先选择巷道断面形状选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支护确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支护参数与道床参数，计算出巷道的设计参数与道床参数，计算出巷道的设计掘进断面尺寸掘进断面尺寸，并按，并按允许的超挖值，求算出巷道的计算掘进断面尺寸；然后，允许的超挖值，求算出巷道的计算掘进断面尺寸；然后，布

2、置水沟与管缆布置水沟与管缆；最后，；最后，绘制巷道断面施工图绘制巷道断面施工图，编制巷道，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。本章重点是拱特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。本章重点是拱形断面尺寸设计。形断面尺寸设计。2u位置及围岩性质位置及围岩性质u用途及服务年限用途及服务年限u支护材料和支护方式支护材料和支护方式u掘进的方式和设备掘进的方式和设备u岩石巷道，锚喷支护，岩石巷道，锚喷支护，拱形断面拱形断面u煤层巷道，锚杆、锚索煤层巷道，锚杆、锚索支护或金属支架，梯形支护或金属支架，梯形断面断面第一节第一节 巷道的断面形状巷道的断面形状3一.巷道净宽度的确定u定义定义：巷道两侧内壁

3、或锚杆露出长度终端间的平距。：巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端间的平距。u梯形巷道梯形巷道：车辆顶面水平间的宽度。：车辆顶面水平间的宽度。u无运输设备时，指底板起无运输设备时，指底板起1.6m1.6m水平的宽度。水平的宽度。u宽度的计算：按规程要求进行，无设备时根据行人和宽度的计算：按规程要求进行，无设备时根据行人和通风的需要进行计算。通风的需要进行计算。4B a+2A1+c+t 2.4mua：非行人侧宽度，：非行人侧宽度，0.3m，（综采，（综采0.5m）uA1：运输设备的最大宽度。：运输设备的最大宽度。（见表（见表4-1）uc：行人侧宽度，：行人侧宽度，0.8m，（综采（综采1.0m）ut：

4、双轨巷道两列车对开时突：双轨巷道两列车对开时突出部分之间的距离。出部分之间的距离。0.2m，（综采，（综采1.0m）。）。5H=h0+h3 hb h0拱高：半圆拱拱高：半圆拱 h0B/2；圆弧拱圆弧拱 h0B/3 h3墙高，只进不舍，墙高，只进不舍，并按并按0.1m进级进级 墙高墙高h3应满足巷道内应满足巷道内电机车电机车架线、架线、管道铺设、管道铺设、行人高度行人高度和和宽度宽度运输设备上缘距拱壁运输设备上缘距拱壁的安全间隙要求。的安全间隙要求。二.巷道净高度的确定6u对于架线电机车运输的巷道，一般按其中架线电机车导电弓子和管道装设高对于架线电机车运输的巷道，一般按其中架线电机车导电弓子和管

5、道装设高度要求计算即能满足设计要求；其他如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设度要求计算即能满足设计要求；其他如矿车运输、仅铺设输送机或无运输设备的巷道，一般只按行人高度要求计算即可满足设计要求，但在人行道范围备的巷道，一般只按行人高度要求计算即可满足设计要求，但在人行道范围内内1.8m1.8m以下，不得架设管、线和电缆。以下，不得架设管、线和电缆。7u半圆拱：半圆拱：S=B（0.39B+h2），表），表4-8u圆弧拱：圆弧拱：S=B（0.24B+h2），表），表 4-9 三.净断面面积四.风速验算：u各巷道最高风速表见表各巷道最高风速表见表4-4，主要进风巷为，主要进风巷为6m/s。8五.巷道设

6、计和计算掘进断面积u1 1、支护参数的确定。、支护参数的确定。u2 2、道床参数的选择。指钢轨型号选取、轨枕规格和道碴、道床参数的选择。指钢轨型号选取、轨枕规格和道碴高度确定。高度确定。u3 3、巷道设计掘进断面。巷道净尺寸加上支护和道床参数。、巷道设计掘进断面。巷道净尺寸加上支护和道床参数。u4 4、巷道掘进断面面积。再加上允许的超挖值。、巷道掘进断面面积。再加上允许的超挖值。9六.水沟及管线的布置 u1.水沟。水沟。位置、坡位置、坡度：纵向：度：纵向：35、形状、支护：、形状、支护：u设计规范设计规范第第条条 大巷水沟应布置在人行道同侧。水沟宜采用大巷水沟应布置在人行道同侧。水沟宜采用混凝

7、土浇灌，并设置预制钢筋混凝土盖板。当水中含煤泥较多、混凝土浇灌，并设置预制钢筋混凝土盖板。当水中含煤泥较多、沿沟清理不便时，应在适当地点设置小型沉淀池。沿沟清理不便时，应在适当地点设置小型沉淀池。1011u管（人行道一侧，管（人行道一侧，1800mm，0.2m运输设备安全距离）运输设备安全距离）、线不同侧（否则、线不同侧（否则0.3m）；）；u电话和信号电缆与电力电缆不同侧，否则在上方大于电话和信号电缆与电力电缆不同侧，否则在上方大于0.1m；u电缆悬挂电缆悬挂1.51.9m，两挂点小于，两挂点小于3.0m，电缆与风筒，电缆与风筒0.3m，与运输设备安全距离，与运输设备安全距离0.25m；u2

8、.管线的布置管线的布置12u3.绘制巷道断面施工图绘制巷道断面施工图(1 50)、绘制巷道特征表和每米巷道工、绘制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表程量及材料消耗量表 13第三节 巷道断面设计示例u某某煤煤矿矿，年年产产设设计计能能力力为为90万万t，矿矿井井属属低低瓦瓦斯斯矿矿井井，中中央央分分列列式式通通风风，井井下下最最大大涌涌水水量量为为 320m3/h。通通过过该该矿矿第第一一水水平平东东翼翼运运输输大大巷巷的的流流水水量量为为 160m3/h，采采用用 ZK106/250架架线线式式电电机机车车牵牵引引1.5t矿矿车车运运输输。该该大大巷巷穿穿过过中中等等稳稳定定的的岩岩层层

9、，岩岩石石坚坚固固性性系系数数 f=46，大大巷巷需需通通过过的的风风量量为为28m3/s。巷巷道道内内敷敷设设一一趟趟直直径径为为200mm的的压压风风管管和和一一趟趟直直径径为为100mm的的水水管管。试试设设计计运运输大巷直线段的断面。输大巷直线段的断面。14u年产年产 90万万t 矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在20年以年以上，采用上，采用600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m以上，又以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用高中强度螺纹钢锚杆、锚索和穿过中等稳定的岩层，故选用高中强度螺纹钢锚杆、锚索和喷射混凝土支护，

10、巷道断面为半圆拱形。喷射混凝土支护，巷道断面为半圆拱形。一、选择巷道断面形状15u查表查表4-1知知ZK106/250电机车宽电机车宽A1=1060mm、高、高h=1550mm；1.5t矿车宽矿车宽1050mm、高、高1150mm。u根据根据煤矿安全规程煤矿安全规程，取巷道人行道宽，取巷道人行道宽C=840mm、非人行、非人行道一侧宽道一侧宽a=400mm。又查表。又查表4-2知本巷双轨中线距知本巷双轨中线距b=1300mm，则两电机车之间距离为：，则两电机车之间距离为：1300（1060/2+1060/2）=240mmu故巷道净宽度故巷道净宽度:B=a1+b+c1=（400+1060/2）+

11、1300+（1060/2+840）=930+1300+1370=3600mm二、确定断面尺寸1.确定巷道净宽度确定巷道净宽度B2.确定巷道拱高确定巷道拱高h0u半圆拱形巷道拱高半圆拱形巷道拱高h0=3600/2=1800mm。半圆拱半径。半圆拱半径R=1800mm16u（1）按架线电机车导电弓子要求确定）按架线电机车导电弓子要求确定h3由表由表3-8中半圆拱形巷道拱高公式得中半圆拱形巷道拱高公式得式中：式中：h4轨面起电机车架线高度，按轨面起电机车架线高度，按煤矿安全规程煤矿安全规程取取h4=2000mm；hc道床总高度。查表道床总高度。查表3-5选选24kg/m钢轨，再查表钢轨，再查表3-7

12、得得hc=360mm，道碴高度，道碴高度hb=200mm；n导电弓子距拱壁安全间距，取导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm；K导电弓子宽度之半，导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取，取K=360mm；b1轨道中线与巷道中线间距，轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2a1=3600/2930=870mm。u故故 mm3.确定巷道壁高确定巷道壁高h317（2）按管道装设要求确定按管道装设要求确定h3式中：式中：h5渣面至管子底高度，按渣面至管子底高度，按煤矿安全规程煤矿安全规程取取1800mm；h7管子悬吊件总高度，取管子悬吊件总高度，取 900mm；m导电弓子距管子间距，取导电弓子距管

13、子间距，取300mm；D压气管法兰盘直径，压气管法兰盘直径，D=335mm；b2轨道中线与巷道中线间距，轨道中线与巷道中线间距，b2=B/2C1=3600/21370=430mm。故故 mm 18（3）按人行高度要求确定按人行高度要求确定h3式式中中：j 距距壁壁j处处的的巷巷道道有有效效高高度度不不小小于于1800mm。j100mm，一般取一般取j=100mm。故故 mm。综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为h3=1800mm。则巷道净高度则巷道净高度H=h3hb+h0=1800200+1800=3400mm。19由表由表3-8得净断面积得

14、净断面积 式中式中h2道碴面以上巷道壁高，道碴面以上巷道壁高，h2=h3hb=1800200=1600mm故故 =10814400 mm2=10.8 m2净周长净周长 P=2.57B+2h2=2.573600+21600=12500mm=12.5m5.用风速校核巷道净断面积用风速校核巷道净断面积 用式（用式（3-6）校核：）校核：查查表表3-4，知知vmax=8m/s；煤煤炭炭工工业业设设计计规规范范 vmax=6m/s，取取vmax=6m/s。已知通过大巷风量。已知通过大巷风量Q=28m3/s，代入式（，代入式（3-9）得）得 m/s 设计的大巷断面积，风速没超过规定，可以使用。设计的大巷断

15、面积，风速没超过规定，可以使用。4.确定巷道净断面积确定巷道净断面积S和净周长和净周长P20u本本巷巷道道采采用用锚锚喷喷支支护护，根根据据巷巷道道净净宽宽3.6m、穿穿过过中中等等稳稳定定岩岩层层即即属属类类围围岩岩、服服务务年年限限大大于于10年年等等条条件件，查查表表5-15得得锚锚喷喷支支护护参参数数：锚锚杆杆长长l.8m，间间距距a=0.780.8m，排排距距a=0.8m，锚锚杆杆直直径径d=18mm，喷喷射射混混凝凝土土层层厚厚T1=100mm。u故支护厚度故支护厚度T=T1=100mm。6.选择支护参数选择支护参数7.选择道床多数选择道床多数u根根据据本本巷巷道道通通过过的的运运

16、输输设设备备，已已选选用用24kg/m钢钢轨轨，其其道道床床参参数数hc、hb分分别别为为360和和200mm，道道渣渣面面至至轨轨面面高高度度ha=hchb=360200=160mm。来用钢筋混凝土轨枕。来用钢筋混凝土轨枕。21由表由表3-8计算公式得：计算公式得：巷道设计掘进宽度巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800mm 巷道计算掘进宽度巷道计算掘进宽度B2=B1+2=3800+275=3950mm 巷道设计掘进高度巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700mm 巷道计算掘进高度巷道计算掘进高度H2=H1+=3700+75=3775mm 巷

17、道设计掘进断面面积巷道设计掘进断面面积 S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1800）=12471600mm2 取取S1=12.5 m2 巷道计算掘进断面积巷道计算掘进断面积 S2=B2（0.39B2+h3）=3950（0.393950+1800）=13194075mm2 取取S2=13.2 m2 8.确定巷道掘进断面尺寸确定巷道掘进断面尺寸22u已已知知通通过过本本巷巷道道的的水水量量为为160m3/h，现现采采用用水水沟沟坡坡度度为为3，查查表表3-11得得：水水沟沟深深400mm、水水沟沟宽宽400mm，水水沟沟净净断断面面积积0.16m2；水水沟沟掘掘进进断断

18、面面积积0.203m2，每每米米水水沟沟盖盖板板用用钢钢筋筋1.633kg、混凝土、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土，水沟用混凝土0.133m3。u管子悬吊在人行道一侧，电力电缆挂在非人行道一侧，通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。讯电缆挂在管子上方。三、布置巷道内水沟和管线23u由表由表3-8计算公式得：计算公式得：u每每 米米 巷巷 道道 拱拱 与与 墙墙 计计 算算 掘掘 进进 体体 积积 V1=S21=13.21=13.2m3u 每每米米巷巷道道墙墙脚脚计计算算掘掘进进体体积积V1=0.2（T+）1=0.2（0.1+0.075）1=0.04m3四

19、、计算巷道掘进工程量及材料消耗量24每米巷道拱与墙喷射材料消耗每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2T1）T1+2h3T11=1.57（3.950.10）0.10+21.800.101=0.96m3 每米巷道墙脚喷射材料消耗每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T11=0.20.101=0.02m3 每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）V=V2+V4=0.96+0.02=0.98m3 每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆）式中式中 计算锚杆消耗周长计算锚杆消耗周长 =1.57B2=1.573.95=6.2m a、a锚杆间距、排距，

20、锚杆间距、排距，a=a=0.8m，故，故 ，取为取为4 故故 根根 25 折合重量为：折合重量为：kg式中式中 l锚杆深度，锚杆深度，l=1.8m；d锚杆直径，锚杆直径，d=18mm；锚杆材料密度，锚杆材料密度，=7850kg/m3。每排锚杆数为：每排锚杆数为：N0.8=11.30.89根根 每米巷道锚杆孔注砂浆消耗每米巷道锚杆孔注砂浆消耗式中式中 Sk、Sm分别为锚杆孔和锚杆的断面积分别为锚杆孔和锚杆的断面积 则则 m2 每米巷道粉刷面积：每米巷道粉刷面积：Sn=1.57B3+2h2式中式中B3=B22 T=3.9520.10=3.75m 故故 Sn=1.573.75+21.60=9.1m2

21、26u根根据据以以上上计计算算结结果果，按按150比比例例绘绘制制出出巷巷道道断断面面图图（图图38），并并附附上上工工程程量量及及材材秒秒消消耗耗量量表表312及及表表313。这这些些施施工工图图表表发发至至施施工工单单位位、作作为为指导施工的设计依据。指导施工的设计依据。五绘制巷道断面施工图、编制巷道特征表和每米巷道掘进工程量及材料消耗量272829本章思考题本章思考题 1简述巷道断面设计的原则和步骤。简述巷道断面设计的原则和步骤。2巷巷道道断断面面设设计计的的基基本本原原则则是是什什么么？巷巷道道断断面面尺尺寸寸应应满满足哪些要求？足哪些要求？3拱形巷道的墙高受哪些因素的制约？拱形巷道的墙高受哪些因素的制约？4在确认巷道净断面规格时，为什么必须验算风速？在确认巷道净断面规格时，为什么必须验算风速？5净净断断面面、设设计计掘掘进进断断面面和和计计算算掘掘进进断断面面有有何何区区别别？巷巷道超挖和欠挖的后果是什么？道超挖和欠挖的后果是什么？6根根据据什什么么原原则则选选择择水水沟沟断断面面？对对水水沟沟的的坡坡度度有有何何要要求求？