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1、1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，我们以团队协作的方式来解决设计
2、中相关的问题。其任务是设计巷道断面施工图和巷道施工技术措施。通过设计来巩固学生所学的专业理论知识，使学生掌握巷道断面施工图和巷道施工措施的设计内容和编制方法，是学生得到一次分析和解决工程技术问题能力的基本训练，并且进一步提高学生的运算和绘图能力，培养学生独立阅读资料、掌握技术信息和编写技术文件的能力。由于编者水平有限，不足之处在所难免。希望读者能给与批评或指正，在此先道一声谢谢！请直接与本书的责任编辑联系。编者2012年12月30日2目录第一章. 巷道断面设计1.1 选择巷道断面形状1.2 确定巷道净断面尺寸1.3确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺寸1.4布置水沟和管线1.5计算巷道进工
3、程量及材料消耗1.6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表第二章. 钻眼爆破工作2.1 选择钻眼机具2.2 选择爆破器材2.3 编制巷道掘进爆破图表2.4 钻眼爆破的安全事项第三章. 巷道掘进的通风工作3.1 确定通风方式3.2 选择局扇和风筒3.3 通风设备的布置3.4 通风管理工作第四章. 岩石装运工作4.1 岩石装运工作的重要性4.2 装岩机型号和数量的确定4.3 确定巷道掘进调车和运输方式4.4 装岩机与调车设备在巷道中的布置第五章. 支护工作5.1 临时支护35.2 巷道永久支护5.3 永久支护技术措施及质量要求第六章. 巷道掘进的辅助工作6.1 工作面压风和
4、水的供应6.2 工作面排水6.3 工作面供电6.4 工作面测量工作6.5 其它辅助工作第七章. 编制巷道施工循环图表7.1 确定循环作业方式7.2 确定一循环各工序的工作量7.3 确定一循环各工序所需的时间7.4 编制循环图表第八章. 施工劳动组织第九章. 技术经济指标第十章. 绘制巷道施工布置图10.1 巷道施工平面图10.2 巷道施工纵剖面图10.3 巷道临时施工断面图10.4 巷道永久支护断面图4设计条件兖州矿业集团济宁三号井，该井为1998年投产的现代化大型矿井，设计生产能力为5Mt/年，服务年限为81年。采用立井开拓、单水平倾斜大巷条带开采。地面标高+38m，生产水平为520m，属低
5、沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为160m3/h，风量为45m 3/s；采用ZK79/550直流架线电机车牵引1t矿车运输。内设压风管1084.0一路和供水管763.0焊接钢管一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷穿过的岩层有砂岩、泥岩，主要以泥岩为主，实测围岩松动圈：砂岩为0.71.2m，泥岩为1.51.9 m。试设计运输大巷直线段的断面，并计算单位工程掘进工程量和材料消耗量，绘制巷道断面施工图。第一章.巷道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
6、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。51.1选择巷道断面形状表1-1（摘自采矿设计工程设计手册） 年产
7、量5Mt矿井的第一水平运输大巷，一般服务年限在80年以上，采用900mm轨距双轨道运输的大巷，其净断面宽在3m以上，有穿过砂岩、泥岩为主的中硬岩层，故选用螺纹钢树脂锚杆与锚喷混凝土支护，圆弧拱形端面。断面形状 适用条件半圆拱形 目前开拓，准备巷道，而硐室普片采用的断面形状，多在顶压大侧压小，无底鼓得条件下使用。圆弧拱形 由于光爆锚喷支护的推广，拱部成型好，施工方便，多用于准备巷道。当跨度较大时，较半圆拱形断面利用率高。三心圆拱形 与半圆拱形相比，拱顶承压能力差，但断面利用率较高，适用于围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室。梯形 顶板暴露面积较矩形小，可减少顶压，能承受稍大的侧压，多用于采区巷道
8、。矩形 断面利用率较高，多用于顶压，侧压都较小，维护时间不长的回采巷道。马蹄形 用于围岩松软，有膨胀性，顶、侧压力很大，且有一定底压的巷道。圆形 围岩松软、四周压力均很大，用其他形状不能抵抗围岩压力时采用。椭圆形 当巷道四周压力很大，且分布不均时，根据顶压和侧压的大小，采用竖直或水平布置。不规则形 在薄煤层中，为了不破坏顶板，使顶板保持一定的稳定性，断面形状视煤层赋存条件而定。61.2确定巷道净断面尺寸1.2.1确定巷道净宽度B查井巷工程书表3-2知ZK7-9/550电机车宽A 1=1360mm，高h=1550;1t矿车宽880mm，高1150mm。根据煤矿安全规程，取巷道人行道宽c=1000
9、mm，非人行道一侧宽a=500mm。又查表3-3知本巷双轨中线距b=1600mm，两侧电机车之间距离为:1600-（1360/2+1360/2）=240mm200mm故巷道净宽度:B=a1+b+c1=(500+1360/2)+1600+(1360/2+1000)=4460mm1.2.2确定巷道拱高h 0圆弧形巷道拱高h 0=B/3=1486mm圆弧形巷道半径：由勾股定理（R-B/3） 2+(B/2)2=R2得R=13B/24=2415mm1.2.3确定巷道高h 31、按架线电机车导电弓子要求确定h 3由井巷工程表3-8中圆弧拱形巷道壁高公式得222234 1(/)()()chRBRnkb式中
10、h 4轨道起电机车架线高度，按煤矿安全规程取h 4=2000mmhc道床总高度。查表井巷工程表3-10选择22kg/m钢轨，再查表3-5的h c=380mm，道砟高度h b=220mmn导电弓子距壁安全距离，取n=300mmK导电弓子宽度之半，K=718/2=359,取K=360mmb1轨道中线与巷道中线间距，b 1=B/2-a2=2230-(500+1360/2)7420hm=1050mm所以，将 带入上公式得 h 3=1800mm2、按管道装设要求确定h 322 2357(/)(/)bhRBRKmDb式中 h 5道砟面至管子底高度，按煤矿安全规程取h 5=1800h7管子悬吊件总高度，取h
11、 7=900mmm导电弓子距管子间距，取m=300mmD压气管法兰盘直径，D=335mmb2轨道中线与巷道中线间距，b 2=B/2-c1=2230-(1360/2+1000)=550mm所以h3=1900mm3、按人行道高度要求确定h 3222180(/)()bRBRj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所以h3=2000mm综上计算，并考虑一定的余量、确定本巷道壁高为h 3=2000mm，则巷道净高度为H=h 3+h0-hb=2000+1486-220=3266mm1.2.4确定巷道净断面积S和净周长P由井巷工程查表3-7得净
12、断面积 S=B*（0.24B+h 2）380ch30nm360K15b8式中 h 2道砟面以上巷道壁高，h 2=h3-hb=2000-220=1780mm所以S=4460*（0.24*4460+1780）=12712784mm 2=12.7m2净周长P=2.27*B+2*h 2=2.27*4460+2*1780=13684.2mm=13.6m1.2.5由风速校核巷道净断面积由井巷工程查表3-9，知V max=8m/s，已知通过大巷风量Q=45m 3/s,代入公式 maxQvvS得 4583.127s设计的大巷净断面面积，风速没有超过规定，可以使用。1.3确定巷道设计掘进断面尺寸和计算掘进断面尺
13、寸1.3.1选择支护参数采用锚喷支护，根据巷道净宽4.46m、穿过中等稳定岩层、服务年限大于80年等条件，确定选用锚固可靠、锚固力大的树脂锚杆，杆体为18mm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2.0m，成方形布置，其间排距0.80m0.80m，托板为8mm厚150mm150mm的方形钢板。喷射混凝土层厚T 1=100mm，分两次喷射，每次各喷50mm厚。故支护厚度T=T 1=100mm。锚杆支护的作用原理：1、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
14、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，二和又可单独使用，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968 的中等稳定的岩层，因此我们选择的是锚喷支护。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，吧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
15、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 1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。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，减轻工人的笨重体力劳动。在平巷和立井施工中，料石 2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
16、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 3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 4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。10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
