井巷工程课程设计.docx
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井巷工程课程设计.docx
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井巷工程课程设计
井巷工程课程设计
说
明
书
姓名:
www
学院:
www
专业:
采矿工程
班级:
www
学号:
www
指导老师:
www
前言
煤炭工业是国民经济中的基础工业,它为许多重要工业部门提供
原料 和能源。
我国能源结构以煤为主的格局在今后较长的一段时间
内不可能改变,国民经济的发展将对煤炭产业的增长提出更高的要
求。
而煤炭工业生产的发展,又取决于煤炭工业基本建设及开拓延伸
工作能否及时的、持续 不断的提供煤炭的场地。
所以为了更好的将
所学到的知识运用到实践当 中,学习井巷课程设计是《井巷工程》
课程的重要环节之一。
为了使我们对《井巷工程》这门课程中所学的基本知识、基本理
论及 基本方法有个全面系统的掌握, 并进行井巷设计和施工设计。
通过本设计, 我们将对《井巷工程》课程有个深入的全面的了解,
并学会利用各种工具 书及参考文献资料来解决设计中相关的问题。
巩固提高所学的专业知识,使其理论联系实际。
培养和锻炼学生独
立工作能力,分析和解决问题的能力。
培养学生在设计、计算、绘图、
查阅和运用科技文献资料、正确编写专业技术文件等 方面的能力。
熟悉煤炭工业有关的方针政策、规程、规范和技术规定等,充分开发
智力潜力,建立 全面经济观念,为毕业后工作奠定坚实的基础。
由于本人水平有限, 不足之处还请老师谅解并指证。
第一章、 运输大巷断面设计
第一节、净断面尺寸设计
第二节、断面水沟和管线布置
第三节、掘进断面尺寸设计
第四节、计算工程量、材料消耗并编制相应表格
第五节、运输大巷断面图
第二章、巷道掘进爆破说明书及爆破图标,巷道循环作业图表
第一节、爆破说明书和爆破图表
第二节、巷道循环作业图表
第三章、交岔点平面尺寸设计及施工
第一节、交岔点平面尺寸设计
第二节、交岔点墙高设计
第三节、计算工程量、材料消耗、编制工程量及材料消耗表
第四节、施工方法
第五节、交岔点平面图,主巷、支巷及最大宽度处的断面图
参考文献
设计题目:
某煤矿年设计生产能力为 240 万吨,采用中央分列式通风。
由
于上部水平煤炭资源即将采完,须延伸到下一水平生产。
据勘测,运
输大巷穿过的岩层稳定性较好,岩石的坚固系数 15,最大涌水量为
120m3/h,该水平瓦斯涌出量为 12m3/t.轨距采用 600mm。
采用直墙拱形
巷道断面。
运输大巷掘进至采区下部车场,需要开岔。
试设计:
1、运输大巷直线断的断面及支护参数;
2、运输大巷掘进施工爆破参数;
3、下部车场与运输大巷交叉点(机车的运行速度为 2m/s)。
第一章、运输大巷断面设计
巷道断面设计是矿井开采设计中的一个重要组成部分, 贯穿矿
井服务年限, 属于施工图设计的范畴。
设计的巷道断面直接作为井
下巷道施工的依据,也是进 行井下工程概预算的依据。
巷道断面设
计的原则是:
在满足安全、生产和施工要 求的条件下,力求提高断
面利用率,取得最佳的经济效果。
巷道断面设计的内容与步骤是:
首先,根据巷道的服务年限、用
途和围岩 性质,选择巷道断面形状和支护方式;其次,根据巷道中
多通过的设备尺寸、支 护参数与道床参数、通风量和行人要求等确
定巷道净断面尺寸(并进行风速验 算),计算巷道的设计掘进断面的
尺寸,并按允许的超挖值,求算出巷道的计算 掘进断面尺寸;然后,
布置水沟和管缆;最后绘制出巷道断面施工图,编制巷道 特征表和
每米巷道工程量及材料消耗表。
第一节、净断面尺寸设计
一、选择巷道断面形状
年产 240 万吨的大型矿井下一水平的运输大巷,一般服务年限在 50
年以上,采用 600mm 轨距双轨运输的大巷,其净宽在 3m 以上,又
穿过很坚硬较稳定的岩层,故选用螺纹钢树脂锚杆与锚喷混凝土支
护,半圆拱形断面。
二、确定巷道净断面尺寸
(一)确定巷道净断面宽度 B
因该矿井为高瓦斯矿井瓦斯绝对涌出量为 61m3/min,根据安全规程
必须建立瓦斯抽采系统,进行采前预抽,则采用架线式电机车,查表
3-2 知 ZK10—6/250 电机车宽 A1=1060mm,高 h=1550mm;3t 底卸式
矿车宽 1200mm,高 1400mm,故选 A1=1200mm
根据 《煤矿安全规程》 取巷道人行道宽 c=1000mm,非人行道一侧
宽 a=500mm。
又查表 3-3 知本巷双轨中线距 b=1500mm,两侧电机车
之间距离为 :
1600-(1200/2+1200/2)=400mm>200mm
故巷道净宽度:
B=a1+b+c1=(500+1200/2)+1500+(1200/2+1000)=4200mm
(二)确定巷道拱高 h0
圆弧形巷道拱高:
h0=B/2=2100mm
圆弧形巷道半径:
R=h0=2100mm
(三)确定巷道壁高 h3
1、按架线电机车导电弓子要求确定 h3
由表 3-7 中半圆拱形巷道拱高公式得 h≥h4+hc–√(R-n)2-(K+b1)2
式中 h4—轨面起电机车架线高度,按《煤矿安全规程》取
h4=2000mm;
hc—道床总高度。
查表 3-10 选 30kg/m 钢轨,再查表 3-5 得
hc=410mm, 道楂高度 hb=220 mm;
n—导电弓子距拱壁安全间距,取 n=300mm;
K—导电弓子宽度之半,K=800/2=400;
b1—道轨中线与巷道中线间距,b1=B/2-a1=4200/2-1100=1000mm
故 h3≥2000+400-√(2100-300)2-(400+1000)2=1269mm
2、按管道装设要求确定 h3
h3≥h5+h7+hb–√R2–(K+m+D/2+b2)2
式中 h5—渣面至管子底高度,按《煤矿安全规程》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=300mm;
D—压气管法兰盘直径,D=335mm;
b2—轨道中线与巷道中线间距,b2=B/2-C1=4200/2-1600=500mm。
故 h3≥1800+900+220-√21002-(400+300+335/2+500)2=1327mm
3、按人行道高度要求确定 h3
h ≥ 1800 + h -R 2 - ( R - j ) 2
3b
式中,j 为距巷道壁的距离。
距墙壁 j 处的巷道有效高度不小于
1800mm。
j≥100mm,一般取 200mm
h3≥1800+220-895=1125mm
综上计算,并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为 h3=1720mm,则
巷道高度 为 H=h3-hb+h0=1720-220+2100=3600mm。
(四)确定巷道净断面积 S 和净周长 P
由表 3-7 得净断面积S=B(+h2)
式中 h2——道砟面以上巷道壁高,h2=h3-hb=1720-220=1500mm
所以
S=4200*(*4200+1500)=
净周长 P= *B+2*h2 =*4200+2*1500=
(五)用风速校核巷道净段面积
查表 3-9,知 Vmax=8m/s,又已知年生产能力为 240 万吨,瓦斯涌出
量为 12m3/t(61m3/min)采取了采前预抽的措施,所以瓦斯浓度对通
风影响不大,根据通风安全课程设计知运输大巷通过的风量为矿井总
风量,则依题意结合采矿学,通风安全学,井巷工程,煤矿安全规程
设计并计算矿井总风量约为:
Q=(48+9+6+2)*=78m3/s
已知通过大巷风量 Q=78m3/s,代入公式得
V=Q/S=78/=<8m/s
设计的大巷净断面面积,风速没有超过规定,可以使用。
第二节、断面水沟和管线布置
一、水沟布置
已知通过巷道的水量为 120m /h,现采用水沟坡度为 5‰,由《井巷
工程》查表 3-12 得:
水沟深度 350mm,水沟净断面积为 ,水沟掘进
断面积为 ,每米水沟盖板用钢筋,混凝土 ,水沟用混凝土 。
一般要求如下:
1、水平巷道及倾角小于 16 度的倾斜巷道的水沟,一般布置在人行
侧。
当非人行侧有适当空间时,亦可布置水沟,但应尽量避免水沟穿
越轨道和输送机。
2、在倾角大于 16 度的巷道中,当涌水量小或巷道较窄时,水沟与人
行台阶可在巷道同侧平行或重叠布置;当涌水量较大或巷道较宽时,
水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。
3、专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体
道床的巷道,水沟也可布置在巷道中间。
4、4、 巷道横向水沟,一般应布置在含水层的下方、上(下)山下
部车场的上 方、胶带机接头硐室的下方或出水点初。
(二) 管线布置
(1)管道的布置为了安全、架设与检修的方便,应符合如下要求:
1、 管道应布置在人行道一侧,管道的架设一般采用托架、管墩及锚
杆 吊挂等方式,并要考虑检修的方便;若架设在人行道上方管道上
方,管道下方距道砟或水沟盖板的垂直高度不应小于 1800mm,若架
设在水沟上,应以不妨碍水沟清理为原则。
锚喷支护的主要运输巷道,
可将管路锚吊在行人侧的顶部。
2、当管道与管道呈交叉或平行布置时,应保证管道之间有足够的更
换距离。
管道架设在平巷顶部是时,应不妨碍其他设备的维修与更换。
3、管道与运输设备之间必须留有不小于 200mm 的安全距离。
4、
(2)电缆布置一般有如下要求:
1、电力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧。
如受条件限
制 设在同一侧时, 通讯电缆设在动力电缆上方以上的距离处,以防
电磁场作用干扰通讯信号。
2、电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时,必须敷设在管子上
方,并保持以上的距离。
3、电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆,或者电缆发生
坠落时,不会落在轨道上或运输设备上,所以电缆悬挂高度一般为~,
电缆到巷道顶板的距离不小于 300mm;电缆两个悬挂点的间距不大
于;电缆与运输设备之间距离不小于,电缆与风筒相互之间应保持 以
上距离。
4、高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时,相互之间距离大于以上。
高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于 50mm,以便摘挂方便。
5、有煤尘瓦斯突出煤层中的回风巷,禁止设置动力电缆。
第三节、掘进断面尺寸设计
(一)选择支护参数
采用锚喷支护,根据巷道净宽、穿过较稳定岩层、服务年限大于 50
年等条件,确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆,杆体为Φ18mm
螺纹钢,每孔安装两个树脂药卷,锚固长度≥700mm, 设计锚杆预
紧力≥40kN,锚固力≥80kN。
锚杆长度,成方形布置, 其间排距×,
托板为 8mm 厚 150mm×150mm 的方形钢板。
喷射混凝土层厚
T1=100mm,分两次喷射,每次各喷 50mm 厚。
故支护厚度
T=T1=100mm。
1
锚杆支护的作用原理:
、悬吊理论 2、组合梁理论 3、组合拱理论 4、
最大水平应理论
喷射混凝土的机理:
1、加固与防治风化作用 2、改善围岩应力状态
作用 3、 柔性支护结构作用 4、与围岩共同作用
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 6~8 的中等 稳定的岩层,因此我们选择的是锚
喷支护。
(1)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、断层带、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:
1、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 10%~20%。
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。
2、机械化程度高,减轻工人的笨重体力劳动。
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。
3、3、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~米/工,每米成巷 3~5 个工,掘进速度为 100~120 米/月。
最高
700 米/月以上,而料石碹每米成巷 10~15 个工,一般掘进速度为 60~70
米/月。
最高 240 米/月。
4、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。
5、节约坑木,减少巷道维修量。
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)选择道床参数
根据巷道通过的运输设备,已选用 30kg/m 钢轨其道床参数 hc 与 hb
分别为 410mm 和 220mm,道砟面至轨道面高度为
ha=hc-hb=410-220=190mm ,采用钢筋混凝土轨枕。
(查表 3-5 与 3-10 与 3-11)道床参数的选择是指钢轨型号,轨枕规格
和道砟高度三者的确定。
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。
(三)确定巷道掘进断面尺寸
由《井巷工程》表 3-7 计算公式得:
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=4200+200=4400mm=
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=4400+2*75=4550mm=
巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3600+220+100=3920mm=
巷道计算掘进高度 H2=H1+δ=3920+75=3995mm=
巷道设计掘进断面积 S1=B1(+h32 取 S1=
巷道计算掘进断面积 S2=B2(+h32 取 S2=
第四节、计算工程量、材料消耗并编制相应表格
由表 3-7 计算公式得:
每米巷道拱与墙计算掘进体积 V1=S2 x 1= x 1=
每米巷道墙角计算掘进体积 V3= (T+δ) x 1= x =
每米巷道拱与墙喷射材料消耗
V2=[(B2-T)T1+2h3T1] x 1 = x +=
每米巷道墙脚喷射材料消耗 V4= x 1= xx 1=
每米巷道喷射材料消耗(不包括损失) V=V2+V4=+= 每米巷道锚杆
消耗N =/aa'
式中 P—计算锚杆消耗周长,
P=+2h3= x 4550+3440=;
a、a' —锚杆间距和排距,a = a,=。
所以N= 根
折合重量为:
*[ lπ(d/2)2ρ]=** 2)2 *7850]=
式中 l——锚杆长度,l=;
d——锚杆直径,d=18mm;
ρ——锚杆材料密度,ρ=7850kg/m3 。
由于梅根锚杆安装 2 个树脂药卷,则每米巷道树脂药卷消耗:
M=2*N= 支
每排锚杆数为:
N*=*=≈13 根
每排树脂药卷数:
M*=*=≈25 支
每米巷道粉刷面积:
Sn=+2h2
式中 B3——计算净宽,B3=B2-2T=
故 Sn2
运输大巷每米工程量及材料消耗
计算掘进工程量
锚杆
材料消耗/mm
粉刷面
围
/m3
数量
积/m2
岩
类
别
巷道 墙脚
喷射材
料/m3
锚杆
钢筋/kg 树脂药
卷/支
Ⅲ
第五节、运输大巷断面图
运输大巷特征
断面
设计掘进尺
喷射
锚杆/mm
围
岩
类
面积/m2
寸/mm
厚度
净
周
长
别
净面
设计 宽 高
型式
排列 间、 锚杆 直径
/m
Ⅲ
积
掘进
4400 3920
100 螺纹钢树脂
方式 排距 长
方形 800 2000 18
锚杆
第二章、巷道掘进爆破说明书及爆破图标,巷道循环作业图表
第一节、爆破说明书和爆破图表
一、爆破说明书
爆破说明书是井巷施工组织设计中的一个重要组成部分,是指导、检
查和总结爆破工作的技术文件,其主要内容包括有:
(一)爆破工程的原始资料
本运输大巷服务年限位 50a 以上,采用 600mm 轨距双轨,选用锚
喷支护、直墙半圆拱断面。
巷道净宽、净高分别为:
4200mm、3600mm,
巷道内壁有 100mm 厚的混凝土喷层。
计算断面积为。
该矿井为高
瓦斯矿井(采用了抽采技术)且井下有大量涌水,涌水量可达
120m3/h。
(二)巷道钻眼爆破材料选择
根据本巷道岩层特点炸药选用 2 号岩石硝铵炸药,由于矿井为高瓦斯
矿井,为了安全雷管采用 8 号毫秒延期电雷管,凿岩机选择 CGJ-2
型凿岩台车,凿岩台车优点如下:
1 高效性:
钻速快,质量高。
2 灵活性:
退进自由,速度,推动力可控制;可凿不同方向的炮眼。
3 普遍性:
实用于钻任何炮眼,可钻较深、直径大的炮眼。
4 环保性:
能大力改善工作环境,消除油雾水气,噪音小。
(三)爆破参数的选择与计算
1、掏槽方法:
由于该巷道岩层坚硬系数为 15,故选用直眼掏槽中的
角柱式掏槽。
2、炮眼直径、深度:
因选用 CGJ-2 型凿岩台车打钻, 故炮眼直
径为 42mm; 深度为 。
3、炮眼数目:
N=qsmη/ap =***/*=65
N —— 炮眼数目S —— 巷道掘进面积
η ——炮眼利用率p —— 每个药卷质量
q —— 单位炸药消耗量m —— 每个药卷长度
a —— 装药系数一般取
(四)爆破网路计算与设计
(五)因为选用串联式电爆网路连接方式,故选用电容式发爆器。
U I= nr + nR
I —— 通过每个雷管的电流U —— 发炮电源电压
n —— 串联雷管个数r —— 每个雷管全电阻
R —— 母线电阻 R1 与电源内阻 R2 之和
(六)爆破作业安全措施
1、钻眼爆破的安全事项
(1)开眼时必须使用钎头落在岩石上,如有浮矸应处理好后再开眼;
(2)不允许在残眼内继续钻眼;
(3)开眼时给风阀门不要突然开大,待钻进一段后,再开大风阀门;
(4)为防止断钎伤人,推进掘进机时不要用力过猛,更不要横向用
力,凿岩时钻工应站稳,应随时堤防突然断钎;
(5)一定要注意把胶皮风管与风钻接牢,以防脱落伤人;
(6)(6)缺水或停水时,应立即停止钻眼。
2、爆破安全注意事项
(1)在规定的安全地点装配起爆药卷。
(2)爆破母线要妥善地挂在巷道的侧帮上,并且要和金属物体、电
缆、电线离开一定距离;装药前要试一下爆破母线是否导通。
(3)装药前应检查顶板情况,撤出设备与机具,并切断除照明以外
的一切设备的电源,照明灯及导线也应撤离工作面一定距离。
(4)检查工作面 20m 范围内瓦斯含量,并按《煤矿安全规程》有
关规定处理。
(5)装药时要细心地将药卷送到眼底,防止擦破药卷、装错雷管段
号、拉断脚线。
有水的炮眼,尤其是底眼,必须使用防水药卷或药卷
加防水套,以免受潮拒 爆。
(6)装药、联线后应有爆破员与班、组长进行技术检查,作好爆破
前的安全布置。
(7)爆破后要等工作面通风散烟后,爆破员率先进入工作面,并经
检察认为安全后方能进行工作。
(8)发现瞎炮应及时处理,如瞎炮是由联线不良或错联所造成,则
可重新联线补爆;如不能补爆,则应在距原炮眼外钻一个平行的炮
眼,重新装药爆破。
二、工作面炮眼布置图
三、爆破图表
爆破原始条件
序号
1
2
3
4
5
名称
掘进断面
岩石普氏系数 f
工作面瓦斯情况
工作面涌水情况
炸药和雷管的类
单位
㎡
%
m3/h
数量
15
(已抽采)无
120
型
装药量及起爆顺序
眼号炮眼名称眼数眼深
每个炮眼装药量
合计 装药结构
起爆
连线
/个/m
卷数
长度
装填 卷数 重量
顺序
方式
/m
/m
率/% /个 /kg
1
2-4
5-10
11-15
16-26
27-38
39-48
49-65
中线眼
正槽眼
副槽眼
辅助眼
三圈眼
二圈眼
底眼
周边眼
1
3
6
5
11
12
10
17
3
10
10
9
8
6
6
拱基线
80
75
70
60
52
50
3
30
60
45
88
72
60
22
9
9
33
反向垫 4 卷药
反向垫 3 卷药
反向垫 2 卷
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