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矿山基建设计
矿山基建工程
1.1主井与风井
5.1.1主井
井筒直径4.0m,采用2#罐笼加平衡锤提升。
采用喷射混凝土支护,支护厚度设计为300mm。
内设梯子间,敷设排水管、吸水管、压气管和电缆。
5.1.1.1井筒断面设计
(1)选择井筒断面形状
立井井筒断面形状有圆形和矩形两种,考虑到圆形断面井筒具有承受地压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用底以及便于施工等优点,本次设计主井和回风井均设计成圆形断面。
(2)选择罐道形式及材料
设计选用木罐道、钢性罐道梁(工字钢)。
主罐道梁选用I22a型(b×h=220×110mm)主罐道选用木罐道(b×h=180×160mm);次罐道梁(平衡锤罐道梁)选用I20a型(b×h=200×100mm),次罐道选用木罐道(b×h=120×110mm);梯子梁选用[14b型(b×h=140×60mm)。
(3)断面设计
①井筒各构件平面尺寸计算
i.井筒主要装备:
2#单层罐笼,长1800mm,宽1150mm;平衡锤,长1000mm,宽300mm,重3.3t。
ii.罐道梁间水平中心间距:
a.L1=m0+2(h-△s)+1/2(b1+b2)
式中、L1—两相邻主罐道梁水平中心距离,mm;
M0—提升容器要求的罐道之间的水平净间距,由罐笼型号确定,mm;
h—罐道高度,mm;
△s—连接处木罐道卡入钢罐梁的深度,取10mm;
b1、b2—罐道梁的宽度,mm。
故
L1=m0+2(h-△s)+1/2(b1+b2)=1190+2×(160-10)+0.5×(110+110)
=1600mm
b.L2=m0+2(h-△s)+1/2(b1+b3)
式中、L2—两相邻平衡锤罐道梁水平中心距离,mm;
M0—提升容器要求的罐道之间的水平净间距,由平衡锤型号确定,mm;
h—罐道高度,mm;
△s—连接处木罐道卡入钢罐梁的深度,取10mm;
b1、b3—次罐道梁的宽度,mm。
故
L2=m0+2(h-△s)+1/2(b1+b2)=1040+2×(110-10)+0.5×(100+100)
=1340mm
c.梯子间尺寸计算
M=1200+m+b3/2
S=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,mm;
m—梯子间安全隔栏的厚度,取100mm;
b3—梯子主梁或罐道梁的宽度,mm;
H—梯子间的两外边次梁中心线间距,即梯子间长度,取1400mm;
S—梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离,mm;
d—梯子间另一侧短边次梁中心线至井筒中心线的距离,考虑方便安装,应不小于300mm。
M=1200+m+b3/2=1200+100+110/2=1355mm;
S=H-d=1400-400=1000mm。
②利用图解法确定井筒直径
经绘图量取井筒直径近似为3865mm,按500mm模数进级,确定主井井筒断面直径为4.0m。
详见图5-1主井井筒断面图。
③支护厚度选用
参照《井巷工程》表10-4,选取井筒支护厚度为300mm。
故井筒的掘进直径为4.6m。
④管缆布置
按照管缆布置的原则,结合该井条件,管缆布置见井筒断面图。
⑤工程量及材料消耗
井筒净断面积:
S净=πD净2/4=π×4.02/4=12.56m2;
井筒掘进断面积:
S掘=πD掘2/4=π×4.62/4=16.6m2;
每米井筒混凝土量:
V壁=(S掘-S净)×1=(16.6-12.56)×1=4.04m3;
⑥罐道梁、梯子梁长度
罐道梁长度按下式计算:
式中、R—井筒净直径;C—每根罐道梁至井筒中心线的距离。
故
图5-1主井井筒断面图
在保证罐道梁埋入井壁的长度须合乎要求的前提下,取长度10的整数倍,则各罐道梁长度分别为:
L1=3860mm;
L2=3400mm;
L3=3780mm。
梯子梁长度:
Lt1=1063mm;Lt2=1374mm;Lt3=1366mm。
根据实际情况,取值如下:
Lt1=1070mm;Lt2=1380mm;Lt3=1380mm。
5.1.2风井
设计回风井井筒断面净直径2.5m,采用喷射混凝土支护,支护厚度设计为200mm。
内设梯子间,兼作第二安全出口。
详见图5-2回风井井筒断面图。
图5-2回风井井筒断面图
5.2石门及运输平巷
5.2.1巷道断面形式
烈马峪万仓铁矿(南段)运输巷道断面主要有两种形式,即双轨运输巷道和单轨运输巷道。
双轨运输巷道主要用在各水平的车场部分,单轨运输巷道主要用于各水平的井下运输巷。
运输巷均布置在矿体的下盘,矿体的底板为闪长玢岩,矽卡岩,石灰岩,属中等稳固,故选用fO=BO/3三心拱断面,适用于岩石中等稳定的矿山,巷道支护采用喷射混凝土,对于局部围岩不稳定的巷道可采用锚喷支护。
以下分别就单轨运输巷道和双轨运输巷道分别进行计算。
5.2.2单轨巷道断面
5.2.2.1确定净宽度
根据矿山的年产量5万t,选用ZK3-6/250型600mm轨距架线电机车,电机车尺寸为2700×1250×1550;YFC0.5-6矿车,矿车的尺寸为1500×850×1050。
根据以上数据,选取较大值,故取运输设备的宽度A1=1250mm,h=1550mm。
由《井巷工程》表1-3取安全间隙b左=300mm,人行道宽度b右=800mm。
a1=A1/2+b左=925mm,c1=A1/2+b右=1425mm。
故巷道净宽度B=a1+c1=925+1425=2350mm,恰好是50mm的整数倍。
5.2.2.2道床的参数
根据巷道采用的设备及运输量,查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨。
由表1-3-9查得,底板运输水平与轨面的水平间距hc=320mm,底板至道渣面的高度hb=180mm。
5.2.2.3拱高fo
fo=Bo/3=2350/3=783.3mm
大圆弧半径R=0.692×2350=1626.2mm;小圆半径r=0.262×2350=615.7mm。
5.2.2.4巷道墙高h3
按下列三种情况计算
ⅰ)按架线电机车导电弓子要求确定h3;
式中:
h4--轨道起电机车架线高,取h4=2000mm;
hc—道床总高度;查表3-7取hc=320mm,道渣高度hb=180mm;
n—导电弓子距拱壁安全距离;取n=300mm;
K—导电弓子宽度之半;取K=400mm;
b1—轨道中线与巷道中线间距;b1=B/2-a1=250mm。
故
ⅱ)按管道架设要求确定h3;
式中,h5—渣面至管子底高度,取h5=1800mm;
h7—管子悬吊件总高度,取h7=900mm;
m—导电弓子距管子间距,取m=320mm;
D—压气管法兰盘直径,D=335mm。
故
ⅲ)按人行高度要求确定h3:
式中,j—距巷道壁j处的巷道有效高应不小于1800mm,j≥100mm,取j=200mm。
故
按以上三个数据中最大值2267.06mm,按10mm的整数倍,取h3=2270mm。
5.2.2.5巷道净高Ho
Ho=fo+h3-hb=783.3+2270-180=2873.3mm
5.2.2.6风速验证
式中:
qh——回采工作面所需风量;
qj——掘进工作面所需风量;
qd——独立通风的硐室所需风量,取5m3/s;
qt——其他工作面所需风量,取5m3/s。
其中qh=(N/T)LS
风量交换倍数N=12;
排烟时间T=1200s;
采场长度L=40m;
过风断面S=4.93m2
所以,qh=(N/T)LS=2m3/s。
考虑到同时回采矿块数为2,故排烟风量
。
参考《采矿设计手册》矿床开采卷下,表2-16-16,取qj=2m3/s。
风量Q=23m3/s,查手册《采矿设计手册3》表1-3-23,
可得过风断面So=(0.26×B+h3-hb)×B
=(0.26×2.35+2.27-0.18)×2.35
=6.35m2
由《井巷工程》表3-4查得:
Vm=6m/s,
V=Q/So=23/6.35=3.62m/s<Vm
故满足通风要求,不用修改断面尺寸。
5.2.2.7支架参数选择
由《井巷工程》表5-7查取,混凝土支护厚度T=200mm。
5.2.2.8水沟参数
参阅《井巷工程》,决定选用Ⅲ型水沟,其断面参数:
上宽为400mm,下宽为360mm,深350mm。
净断面积为0.13m2,掘进断面积0.26m2,每米水沟砌0.16m2,坡度5‰,水沟一侧墙基深500mm,另一侧250mm。
5.2.2.9巷道断面尺寸
从轨面算起电机车(矿车)的高度:
h=1550mm;
从轨面算起巷道墙高:
h1=h3-hc=2270-320=1950mm;
从道渣面算起巷道墙高:
h2=h3-hb=2270-180=2090mm;
巷道净高度:
Ho=fo+h3-hb=783.3+2270-180=2873.3mm;
圆弧拱矢高:
fo=Bo/3=2350/3=783.3mm;
巷道掘进高度:
H=h3+fo+d=2270+783.3+200=5523.3mm;
巷道净宽:
B=a1+c1=925+1425=2350mm;
巷道掘进宽度:
B1=B+2T=2350+2×200=2750mm;
巷道净断面积:
So=(0.263×B+h3-hb)×B=6.35m2;
拱部面积:
Sd=do(B+T)×1.33=0.2×(2.35+0.2)×1.33=0.68m2;
边墙面积(整体式):
ST=2h3T=2×2.27×0.2=0.908m2;
基础面积:
S基=(0.25+0.5)×0.2=0.15m2;
S沟=0.26m2S渣=0.35m2;
掘进断面积:
Sn=So+Sd+ST+S基+S沟+S渣=8.7m2;
巷道静周长:
P=0.233×B+2(h3-hb)=2.33×2350+2×(2270-180)=9655.5mm=9.66m。
5.2.2.10管缆布置
压风管和供水管布置在人行道的一侧上方,采用管缆托架架设,托架上部设压风管,托架下部悬挂供水管,两条动力电缆设于非人行道一侧,三条通讯照明电缆设于人行道一侧,电缆用挂钩挂在巷道壁上。
5.2.2.11掘进工程量及材料消耗量
每米巷道掘进工程量:
V=S掘×1=8.7m3
每米巷道砌拱混凝土量:
V1=S拱×1=0.68m3
每米巷道砌拱墙混凝土量:
V2=S墙×1=0.908m3
每米巷道基础混凝土量:
V3=S基×1=0.15m3
每米巷道水沟混凝土量:
V4=S沟×1=0.26m3
每米巷道共需混凝土量:
V=V1+V2+V3+V4=1.998m3
每米巷道粉刷面积:
S粉=[1.33B+2(h5-hb)]×1
=[1.33×2.35+2×(2.27-0.18)]×1
=7.3m2
详见图5-3单轨巷道断面图和表5-1巷道断面尺寸表
表5-1巷道断面尺寸表
断面积(m2)
断面尺寸(mm)
支护厚度(mm)
每米巷道掘进工程量(m3)
每米巷道需混凝土量(m3)
净
掘
净宽
净高
掘宽
掘高
墙
拱
6.35
8.7
2350
2873.3
2750
3073.3
200
200
8.7
1.998
5.2.3双轨巷道断面
5.2.3.1确定净宽度
根据矿山的年产量5万t,选用ZK3-6/250型600mm轨距架线电机车,电机车尺寸为2700×1250×1550;YFC0.5-6矿车,矿车的尺寸为1500×850×1050。
根据以上数据,选取较大值,故取运输设备的宽度A1=1250mm,h=1550mm。
由《井巷工程》表1-3取安全间隙b左=300mm,人行道宽度b右=800mm。
a1=A1/2+b左=925mm,b=1500mm(由小型冶金矿山设计参考资料表5-1-3查得),c1=A1/2+b右=1425mm。
故巷道净宽度B=a1+b+c1=925+1500+1425=3850mm,恰好是50mm的整数倍。
图5-3单轨巷道断面图
5.2.3.2道床参数
根据巷道采用的设备及运输量,查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨。
由表1-3-9查得,底板运输水平与轨面的水平间距hc=320mm,底板至道渣面的高度hb=180mm。
5.2.3.3拱高fo
fo=Bo/3=3850/3=1283.3mm
大圆弧半径R=0.692×3850=2664.2mm;小圆半径r=0.262×3850=1008.7mm。
5.2.3.4巷道墙高h3
按下列三种情况计算
ⅰ)按架线电机车导电弓子要求确定h3
式中:
h4--轨道起电机车架线高,取h4=2000mm;
hc—道床总高度;查《井巷工程》表3-5选用15kg/m钢轨,再查表3-7取hc=320mm,道渣高度hb=180mm;
n—导电弓子距拱壁安全距离;取n=300mm;
K—导电弓子宽度之半;取K=400mm;故
ⅱ)按管道架设要求确定h3
式中,h5—渣面至管子底高度,取h5=1800mm;
h7—管子悬吊件总高度,取h7=900mm;
m—导电弓子距管子间距,取m=320mm;
D—压气管法兰盘直径,D=335mm。
故
ⅲ)按人行高度要求确定h3
式中,j—距巷道壁j处的巷道有效高应不小于1800mm,j≥100mm,取j=200mm。
故
按以上三个数据中最大值1954.5mm,按10mm的整数倍,取h3=2000mm。
5.2.3.5巷道净高Ho
Ho=fo+h3-hb=1283.3+2000-180=3103.3mm
5.2.3.6风速验证
式中:
qh——回采工作面所需风量;
qj——掘进工作面所需风量;
qd——独立通风的硐室所需风量,取5m3/s;
qt——其他工作面所需风量,取5m3/s。
其中qh=(N/T)LS
风量交换倍数N=12;
排烟时间T=1200s;
采场长度L=40m;
过风断面S=4.93m2
所以,qh=(N/T)LS=2m3/s。
考虑到同时回采矿快数为2,故排烟风量
。
参考《采矿设计手册》矿床开采卷下,表2-16-16,取qj=2m3/s。
m3/s
风量Q=23m3/s,查手册《采矿设计手册3》表1-3-23,
可得过风断面So=(0.26×B+h3-hb)×B
=(0.26×3.85+2-0.18)×3.85
=10.86m2
由《井巷工程》表3-4查得:
Vm=6m/s,
V=Q/So=23/10.86=2.12m/s<Vm
故满足通风要求,不用修改断面尺寸。
5.2.3.7支架参数选择
由《井巷工程》表5-7查取,混凝土支护厚度T=200mm。
5.2.3.8水沟参数
参阅《井巷工程》,决定选用Ⅲ型水沟,其断面参数:
上宽为400mm,下宽为360mm,深350mm。
净断面积为0.13m2,掘进断面积0.26m2,每米水沟砌0.16m2,坡度5‰,水沟一侧墙基深500mm,另一侧250mm。
5.2.3.9巷道断面尺寸
从轨面算起电机车(矿车)的高度:
h=1550mm;
从轨面算起巷道墙高:
h1=h3-hc=2000-320=1680mm;
从道渣面算起巷道墙高:
h2=h3-hb=2000-180=1820mm;
巷道净高度:
Ho=fo+h3-hb=1283.3+2000-180=3103.3mm;
圆弧拱矢高:
fo=Bo/3=3850/3=1283.3mm;
图5-4双轨巷道断面图
巷道掘进高度:
H=h3+fo+d=2000+1283.3+200=3483.3mm;
巷道净宽:
B=a1+c1=925+1500+1425=3850mm;
巷道掘进宽度:
B1=B+2T=3850+2×200=4250mm;
巷道净断面积:
So=(0.263×B+h3-hb)×B=10.86m2;
拱部面积:
Sd=do(B+T)×1.33=0.2×(3.85+0.2)×1.33=1.0773m2;
边墙面积(整体式):
ST=2h3T=2×2.0×0.2=0.8m2;
基础面积:
S基=(0.25+0.5)×0.2=0.15m2;
S沟=0.26m2S渣=0.35m2;
掘进断面积:
Sn=So+Sd+ST+S基+S沟+S渣=13.5m2;
巷道静周长:
P=2.33×B+2(h3-hb)=2.33×3850+2×(2000-180)=12610.5mm≈12.6m。
5.2.3.10管缆布置
压风管和供水管布置在人行道的一侧上方,采用管缆托架架设,托架上部设压风管,托架下部悬挂供水管,两条动力电缆设于非人行道一侧,三条通讯照明电缆设于人行道一侧,电缆用挂钩挂在巷道壁上。
5.2.3.11掘进工程量及材料消耗量
每米巷道掘进工程量:
V=S掘×1=13.5m3
每米巷道砌拱混凝土量:
V1=S拱×1=1.0773m3
每米巷道砌拱墙混凝土量:
V2=S墙×1=0.8m3
每米巷道基础混凝土量:
V3=S基×1=0.15m3
每米巷道水沟混凝土量:
V4=S沟×1=0.26m3
每米巷道共需混凝土量:
V=V1+V2+V3+V4=2.29m3
每米巷道粉刷面积:
S粉=[1.33B+2(h5-hb)]×1
=[1.33×3.85+2×(2.0-0.18)]×1
=8.76m2
详见图5-4双轨巷道断面图和表5-2双轨巷道断面尺寸表
表5-2双轨巷道断面尺寸表
断面积m2
断面尺寸mm
支护厚度mm
每米巷道掘进工程量m3
每米巷道需混凝土量m3
净
掘
净宽
净高
掘宽
掘高
墙
拱
10.86
13.5
3850
103.3
4250
3483.3
200
200
13.5
2.29
5.2.4井巷掘进速度
主竖井:
35m/月;主回风井:
40m/月;溜井、天井:
40-60m/月;水平和倾斜巷道:
S8m240-80m/月;硐室:
300m3/月。
5.3溜井
溜井布置在电耙巷的一端,采用直溜井,断面为2×2m,掘进速度为40-60m/月。
5.4井底车场
井底车场巷道采用三心拱设计,混凝土支护,局部锚杆支护。
+200m和+240m水平井底车场采用尽头式线路,掘进速度80m/月。
5.4.1井底车场规格尺寸
5.4.1.1基本参数
(1)轨的选择
由《采矿设计手册》(地下矿床卷)表2-3-50查得,年产量小于30万t/年的矿车轨型为12-15kg/m。
轨型与机车轴重的关系式为:
q≥5+ap
式中:
q—钢轨单重,kg/m;
a—机车轴重,p=3t;
P—系数,地下取2.5;
故q≥5+2.5×3=12.5,故选用q=15kg/m;
(2)道岔的选取
ⅰ、单开道岔DK615-1/4-12;
ⅱ、渡线道岔DX615-1/4-12;
(3)弯道的最小半径R=12m;
(4)主井、马头门的线路布置如图5-5所示
图5-5主井,马头门的线路布置图
5.4.1.2矿车数计算
(1)按电机车的启动条件计算牵引重量
按井下运输中最困难的情况,即按重车沿弯道上坡启动的条件计算牵引重量,电机车的牵引重量,电机车的牵引重量应满足:
式中:
Qzh—矿车组重车重量,即牵引重量kg;
Wzh—重列车启动阻力系数,查《矿山机械》,取0.0135;
Ip—线路的平均坡度,取3‰;
Pn—电机车主动轮压在钢轨上的压力,即电机车的粘着重量,取3t;
u1—电机车启动时粘着系数,取u1=0.2;
a—加速度,取a=0.04m/s2;
ωw—弯道的阻力系数,根据公式ωw=
其中K—外轨抬高时,K=1;不抬高时,K=1.5
R—弯道半径,R=12m。
故ωw=0.01;所以
=16425kg
(2)按制动条件计算牵引重量
计算条件是在最不利的条件下制动,即重车沿直线轨道下坡制动,并使制动距离符合安全规定,坡道阻力和惯性阻力则成为制动阻力。
式中:
Pz—电机车的制动质量,Pz=P=3000kg;
Wzh—重列车制动阻力系数,查《矿山机械》,取0.009;
az—制动时的减速度,
;
u2—电机车制动时粘着系数,取u2=0.17;
Vch—电机车的长时速度,查表得12km/h,即3.33m/s;
Lz—制动距离,取40m;
,故
所以,电机车牵引矿车数根据公式
式中:
Qzh—上面计算的最小值16425kg。
G—矿车有效载重,
G0—矿车的自重,G0=590kg
所以,Z=
故取Z=10辆
5.4.1.3按机车温升条件校验
温升条件是:
牵引电机车的温升不超过允许温升,即电机车的电流等值Id不应超过它的长时电流Ich。
每台电动机的牵引力为:
式中:
n—电机车上的牵引电机数,取n=1;
Wzh′,Wk′—分别为重列车和空列车的基本阻力系数,查手册Wzh′=0.009,Wk′=0.011;
所以
由电动机特性曲线查得
Izh=23AVzh=21km/h=5.83m/s
Ik=25AVzh=19km/h=5.28m/s
电机车每运行一次,牵引电动机的等值电流Id为
=
=11.82A
式中:
a—调车系数,即考虑调车时牵引电机车的工作系数,其大小与运输距离有关,这里取a=1.4;
t—在井底车场和采区车场的时间,包括调车,装卸车作业,让车和意外耽误时间,一般取20分;
tzh—重车的运行时间,
;
tk—空车的运行时间,
;
Lm—电机车到最后一个装运车站的距离,取Lm=350m;
0.75Vzh,0.75Vk-重列车和空列车的平均速度,m/s;
T1-总的运输时间,
查表可知,牵引电机车的长时电流Ich=25A,所以Id 电动机升温正常,所以ZK3-6/250型电机车牵引11辆0.5m3翻斗式矿车是可行的。 5.4.1.4矿车列车长度 Lki=n×L1+L2=10×1500+2700=17700mm 所以取20m,岩石列车也取20m。 5.4.1.5重车储车线 L=KnL1+L2+L3=1.5×10×1500+2700+8000=33200mm, 取L=36m,空、重车储车线长度一致。 5.4.2道岔连接系统 5.4.2.1单开道岔 DK615-1/4-12; a=3200mm,b=3390mm。 5.4.2.2三角道岔 此道岔有一个对称道岔DC615-1/3-12和两个单开道岔DK615-1/4-12构成,基础如下: 对称道岔: ,a=1882mm,b=2618mm; 单开道岔: ,a=3200mm,b=3390mm。 5.4.3各段线路长度 5.4.3.1马头门线路 复式阻车器前轮铛至罐笼中心线间的距离S 式中: L0—罐笼底板长度; L4—摇台移动轨长度; L3—摇台基本轨长度; L2—摇台基本轨末端到复式阻车器前轮铛的距离; b1—复式阻车器前后轮铛间的距离。 5.4.3.2储车线长度 式中: Lzh—重车储车线长度; Lq—空车储车线长度; l1—矿车长度; l2—电机车长度; l3—考虑电机车停车(制动)而增加的长度,取8000mm; n—列车的矿车数; K—储车系数,取K=1.5。 。 取Lzh=35m。 详见图5-6马头门线路布置图,井底车场断面设计详见图5-4双轨巷道断面图。 图5
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