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1、井巷工程井巷工程第三章巷道断面设计第三章巷道断面设计1、巷道断面形状 2、巷道断面尺寸 3、巷道断面内水沟设计和管线布置 4、 巷道断面设计示例 一、巷道断面设计原则一、巷道断面设计原则 巷道断面设计主要是选择断面形状和确定断面尺寸。 设计的原则设计的原则是：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。 二、巷道断面设计的内容和步骤二、巷道断面设计的内容和步骤 选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算； 根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸； 布置水沟和管缆； 绘制巷道断面施工图，工程量表、
2、材料消耗量一览表。第一节 巷道断面形状 一、巷道断面形状 二、影响巷道断面选择的因素 一、巷道断面形状一、巷道断面形状 按构成的轮廓线轮廓线分两种： 折线型折线型：矩形、梯形、不规则形； 曲线型曲线型：直墙拱形(如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形)以及封闭拱形、椭圆形、圆形等。见图 3-1 巷道断面形状。 一、巷道断面形状一、巷道断面形状 二、影响巷道断面选择的因素二、影响巷道断面选择的因素作用在巷道上的地压地压大小和方向大小和方向在选择巷道断面形状时起主要作用。巷道用途巷道用途和服务年限和服务年限也是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。矿区的支架材料和习惯使用的支护方式支架材料和习惯使用的支护方
3、式，也直接影响巷道断面形状的选择；掘进方法和掘进设备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。 需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。补充几个定义补充几个定义l开拓巷道：一般来说，为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道，称为开拓巷道。 l准备巷道：为一个采区或数个区段服务的巷道，称为准备巷道。 l回采巷道：仅为采煤工作面生产服务的巷道，如区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼叫做回采巷道 。l煤层倾角、厚度及其变化情况（即煤层稳定性）对采矿技术影响很大，所以在采矿工作中常将煤层据此加以分类。l1、按煤层倾角分类l 煤 层 露天开采 地下开采l 近水
4、平煤层 5 8l 缓倾斜煤层 510 825l 倾斜煤层 1045 2545l 急倾斜煤层 45 45l2、按煤层厚度分类l 煤 层 露天开采 地下开采l 薄煤层 3.5m 1.3ml 中厚煤层 3.510m 1.33.5ml 厚煤层 10m 3.5m半圆拱形巷道半圆拱形巷道适用条件适用条件1、开拓、准备巷道和硐室、开拓、准备巷道和硐室2、顶压大、侧压小，无底鼓、顶压大、侧压小，无底鼓圆弧拱形巷道圆弧拱形巷道适用条件适用条件1、拱形成形好，施工方便、拱形成形好，施工方便2、多用于准备巷道、多用于准备巷道3、跨度较大时，比前者断面利用率高、跨度较大时，比前者断面利用率高三心拱形巷道三心拱形巷道适
5、用条件适用条件1、与半圆拱形比承压能力小，断面利用、与半圆拱形比承压能力小，断面利用率高率高2、围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和、围岩坚硬的开拓巷道、上（下）山和硐室硐室梯形巷道梯形巷道适用条件适用条件1、顶板暴露面积较矩形小、顶板暴露面积较矩形小2、多用于采区巷道、多用于采区巷道矩形巷道矩形巷道适用条件适用条件1、断面利用率高、断面利用率高2、顶压与侧压小，维护时间不长的采区、顶压与侧压小，维护时间不长的采区巷道巷道马蹄形巷道马蹄形巷道适用条件适用条件1、围岩软，有膨胀性、围岩软，有膨胀性2、顶压及侧压较大，具有一定底压、顶压及侧压较大，具有一定底压圆形巷道圆形巷道适用条件适用条件1、周围压
6、力较大、周围压力较大2、其它巷道无法抵抗周围压力、其它巷道无法抵抗周围压力不规则形巷道不规则形巷道适用条件适用条件1、在薄煤层中，为了不破坏顶板、在薄煤层中，为了不破坏顶板第二节第二节 巷道断面尺寸巷道断面尺寸 一、巷道净宽度的确定 二、巷道的净高度 三、巷道的净断面面积 四、巷道风速验算 五、巷道设计和计算掘进断面面积 直墙拱形巷道的净宽度直墙拱形巷道的净宽度系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。 矩形巷道的净宽度矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。 梯形巷道梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽系净宽系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输
7、设备时，净宽系指自底板起1.6m高水平的巷道宽度。 以直墙拱形巷道为以直墙拱形巷道为例例： Ba十十2A1十十c十十t A1运输设备的最大宽度，m；a非人行道侧宽度 c人行道的宽度 ；t运输设备最突出部分之间的间距第二十一条 巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要，并符合下列要求：（一）主要运输巷和主要风巷的净高，自轨面起不得低于2m。架线电机车运输巷的净高必须符合本规程第三百五十六条和第三百五十七条的有关要求。（二）采区（包括盘区，以下各条同）内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m，薄煤层内的不得低于1.8m。采煤工作面运输巷、回风巷及采区内的溜煤眼等的净断
8、面或净高，由煤矿企业统一规定。巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。第二十二条 运输巷两侧（包括管、线、电缆）与运输设备最突出部分之间的距离，应符合下列要求：（一）新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起1.6m的高度内，必须留有宽0.8m（综合机械化采煤矿井为1m）以上的人行道，管道吊挂高度不得低于1.8m；巷道另一侧的宽度不得小于0.3m（综合机械化采煤矿井为0.5m）。巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于0.5m；输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小于0.7m。巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮
9、支护的距离不得小于0.3m。（三）在人车停车地点的巷道上下人侧，从巷道道碴面起1.6m的高度内，必须留有宽1m以上的人行道，管道吊挂高度不得低于1.8m。第二十三条 在双轨运输巷中，2列列车最突出部分之间的距离，对开时不得小于0.2m，采区装载点不得小于0.7m，矿车摘挂钩地点不得小于1m。车辆最突出部分与巷道两侧距离，必须符合本规程第二十二条的要求。一、巷道净宽度的确定一、巷道净宽度的确定(续续) 为了满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车，以及运输综采支架的需要。巷道最小宽度：主要大巷为2.2m；采区巷道为2 m。 在确定曲线段巷道净宽度时，按公式计算巷道的净宽，要考虑矿车在弯道上运行，由于
10、车体的中心线和线路的中心线不相吻合，发生矿车外边角外伸和矿车内侧车帮内移现象，内侧和外侧均要加宽0.2m。曲线段巷道加宽范围：除曲线段外，用矿车运输时与曲线段两端相联的各长2m的直线段也要加宽；用电机车运输时曲线两端直线段加宽长度为3.0m。轨道中心距数值表轨道中心距数值表 双轨巷道对开列车车辆之间应有足够的安全间隙，两条平行轨道的中线距可按选取。把表把表5-25-2记在书上记在书上6969页页无轨运输巷道净宽度无轨运输巷道净宽度 无轨运输巷道断面净宽度确定主要运输巷道应留有宽度在1.2m以上的人行道，另一侧宽度也应不小于0.5m,两辆车对开最突出部分距离不小于0.5m,其他巷道，人行道宽度可
11、按0.81.0m留设；另一侧宽度可按0.30.5m留设。转弯处按下式确定： BR1-R2+1.2+0.5R1为运输车转弯外半径，R2运输车转弯内半径。无轨胶轮车转弯时的巷道宽度无轨胶轮车转弯时的巷道宽度 二、巷道的净高度二、巷道的净高度 1矩形、梯形巷道矩形、梯形巷道：自渣面或底板到顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度。2拱形巷道净高拱形巷道净高：自渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。 主要是确定净拱高拱高和自底板自底板起的墙高起的墙高。 H=h0+h3-hb H拱形巷道净高； h0拱形巷道拱高； h3拱形巷道墙高； hb巷道内道碴高度。梯形巷道净高度梯形巷道净高度拱高拱高h0常与巷道
12、净宽的比来表示（高跨比）：半圆拱：h=R=B/2，墙高墙高h3自巷道底板至拱基线的距离：架线电机车架线电机车导电弓子顶端两切线交点处与巷道拱壁间最小安全间隙；管道的装设要求；人行高度要求；1.6m高度人行道宽度；设备上缘至拱壁间最小安全间隙。一般，架线电机车运输的巷道，按其中架线电机车导电弓子和管道装设要求计算即能满足要求；其它如矿车运输、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即能满足要求，但在人行道范围1.8m以下，不得架设管线和电缆。 以上计算的墙高h3值，必须按只进不舍的原则，以0.1m进级。 二、巷道的净高度二、巷道的净高度(续续) 1矩形巷道净断面积：SBHB巷道净宽；H
13、巷道净高。 2梯形巷道净断面积：S(B1+B2)H/2；B1、B2巷道顶梁、底板处净宽；H巷道净高。3半圆拱巷道：SB(0.39B+h2)h2渣面起巷道壁的高度。4圆弧拱巷道：SB(0.24B+h2)三、巷道的净断面面积三、巷道的净断面面积 矩形巷道梯形巷道半圆拱形巷道圆弧拱形巷道四、巷道风速验算四、巷道风速验算 生产矿井的巷道通常兼作通风用，因此还要进行最优的风速验算：V通过巷道的风速，Q通过巷道的风量，Vmax巷道允许通风的最高风速，ms。 煤矿安全规程规定如右表，煤矿工业设计规范规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6ms；输送机巷道采区风巷一般不大于4ms。设计时，应在不违反煤矿安全规程
14、的原则下，按规范要求确定巷道断面，以留有余地。五、巷道设计和计算掘进断面积五、巷道设计和计算掘进断面积 补充：巷道压力测算1支护参数的选择 2道床参数的选择3巷道设计掘进断面积 4巷道计算掘进断面积 1支护参数的选择支护参数的选择支护是影响煤矿技术经济指标和安全生产的关键技术问题，长期以来，棚式支架和砖石、混凝土砌碹是支护的主要形式，近年来，金属支架和锚喷支护得到发展。支架参数的选取，就是确定坑木的直径、金属和钢筋混凝土构件的断面高度以及背板厚度、喷层的厚度或锚杆外露的长度，所有这些只寸的选取方法，将在第五章中介绍 巷道压力测算巷道压力测算l工程类比法l松散体理论和弹塑性力学等计算方法l有限单
15、元法l边界单元法等数值分析方法估算地压的经验数据估算地压的经验数据围岩情况围岩情况岩层倾角岩层倾角H/R围岩移动量围岩移动量 围岩压力围岩压力适用条件适用条件稳定围岩稳定围岩缓倾斜和缓倾斜和倾斜倾斜0.255080351.巷道埋巷道埋深深1001000m；2.R为为400800kg/cm2；3.净宽度净宽度为为2.25m的巷道。的巷道。急倾斜急倾斜0.43003501530急倾斜急倾斜0.45符号意义符号意义：围岩视密度，：围岩视密度，t/m3;H:深度；深度；R：单抗：单抗其它方法不做一一介绍，请参阅其它方法不做一一介绍，请参阅采矿工程设计手册采矿工程设计手册（下）（下）巷道压力控制巷道压力
16、控制l巷道布置l巷道保护l巷道卸压l巷道支护巷道压力控制巷道压力控制l巷道布置1.应布置避免回采引起的支承压力的强烈作用，缩短其影响时间。2.避免支承压力的作用是将巷道布置在采空区下方。3.开采临近煤层时，预先开采上部煤层,开采过程中不应留设煤柱，如留则回采巷道不应布置在煤柱的上方或下方。4.尽量避免地下水的影响。5.诸多因素影响时，则应着重考虑布置在稳定岩层中。6.尽可能不沿岩层的背斜和向斜的底部，及平行断层布置。7.巷道轴线方向应平行最大主应力方向，而不垂直布置。1.回采巷道尽量采用无煤柱护巷。2.沿空掘巷须在回采空间上覆岩层运动和采动引起的应力分布趋向稳定后，才沿采空区边缘掘进，通常滞后
17、工作面3个月。3.开采临近煤层时，预先开采上部煤层,开采过程中不应留设煤柱，如留则回采巷道不应布置在煤柱的上方或下方。4.尽量避免地下水的影响。5.诸多因素影响时，则应着重考虑布置在稳定岩层中。6.尽可能不沿岩层的背斜和向斜的底部，及平行断层布置。7.巷道轴线方向应平行最大主应力方向，而不垂直布置。巷道压力控制巷道压力控制l巷道保护2道床参数的选择道床参数的选择道床参数是按选取的钢轨型号钢轨型号、轨忱规格轨忱规格和道碴厚度道碴厚度确定的。钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来选取。 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。 道床：一股采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，颗
18、粒度以2040mm为宜。 钢轨轨枕型号钢轨轨枕型号3巷道设计掘进断面积巷道设计掘进断面积 巷道净尺寸加上支架、道床参数使可得到巷道的设计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。半圆拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1拱形巷道掘进宽度；h3墙高；圆弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3； B巷道净宽；T墙厚；梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4顶梁、底梁设计掘进宽度；H1设计掘进高度。4巷道计算掘进断面积巷道计算掘进断面积 考虑到巷道在施工内出现超挖观象，因此，设计掘进断面尺寸应加上允许超挖值(矩形、梯形棚子)，作为计算掘进断面尺寸。并以此计
19、算出巷道的掘进工程量和支炉材料消耗经。 第三第三 节节 巷道断面内水沟设计和管线布置巷道断面内水沟设计和管线布置 一、水沟设计二、管线布置 一、水沟设计一、水沟设计1位置：一般布置在人行道一侧，少穿越运输线路。2施工要求：l 平巷水沟坡度真可取35，或与巷道的坡度相同，但一般不小于3，以利于水流通畅。l 运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可用钢筋屈凝土预制成构件，然后送到井下铺设，服务年限短，排水量小的巷道其水沟可不用支护。 棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿距不小于300mm，图37 。l 为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15斜巷的水l沟，应铺放钢筋混凝上预制盖板，盖扳顶面要与巷道渣面齐平。
20、 常用的水沟断面形状有对称倒梯形、半倒梯形和矩形。各种水沟断面尺寸应根据水沟流量，坡度，支护材料和断面形状等因素决定，常用的水沟断面和尺寸见图36、和表313。l为了使巷道内不积水，巷道横向水沟的一侧也应有2的坡度，并在 水沟的侧面壁上每隔一定距离开设50的泻水孔。 一、水沟设计一、水沟设计(续续)二、管线布置二、管线布置 1管道通常应部置在人行道一侧，也可布置在非人行道一侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上 方，管道而其下部与道渣面或水沟盖板面保持1.8m和1.8m以上的距离，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。 2在架线式电机车运输巷道内，不要将管道
21、直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m的安全距离。 3通信电缆和电力电缆不宜设在同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通信电缆应设在动力电缆上方0.1m以上的距离处以防电磁场作用干扰通讯信号。4高压电缆和低压电缆在巷道同侧布置时，相互之间距离应大于0.1m以上；同时高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。5电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3m以上的距离。6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。二、管线布置二、管线布置(续续) 第四节第四节 巷道
22、断面设计示例巷道断面设计示例 例题) 某煤矿，年设计能力为90万t，低瓦斯矿井，中央分列式通风，井下最大涌水量为320m3/h。位。通过该矿第一水平东翼运输大巷的流水量为160m3/h，采用ZK106/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f =46，需通过的风量为8m3/s。巷道内敷设一道直径为200mm的压风管和一趟直径为l00mm的水管。试设计运输大巷直线段的断面。 一、选择巷道断面形状、 年产90万吨矿井的第一水平运输大巷，一股眼务年限在20年以上，采用 600mm轨距双轨运输的大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定的岩层，故选用钢筋砂浆锚秆与
23、喷射混凝土支护，半圆拱形断面。 二、确定巷道断面尺寸 确定巷道净宽度B 查表3-1知ZK106/250电机车宽A1=1060，高h=1550；1.5吨矿车宽1050，高1150。根据煤矿安全规程，取巷道人行道宽C=840，非人行道一侧宽a=400。又查表3-2知本巷双轨中心线b=1300，两电机车之间的距离为：1300-（1060/2+1060/2）=240故巷道净宽度B=a1+b+c1=a+2A1+C+t=400+21060+240+840=3600。确定巷道拱高h0半圆拱巷道拱高h0=B/2=3600/2=1800，半圆拱半径=h0=3600/2=1800确定巷道壁高h3按架线电机车导电弓
24、子要求确定h3由3-8中半圆拱巷道拱高公式得 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例 (续续) 2.按管道装设要求确定h3 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例(续续) 3.按人行高度要求确定h3综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h3=1800。则巷道高度H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400。 确定巷道净断面面积S和净周长P由表3-8得净断面面积S=B（0.39B+h2）式中：h2为道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1800-200=1600。故S=3600（0.393600+1600）=10814002=10.8净周长P=2.57B+2
25、h2=2.573600+21600=12500=12.5m 用风速校核巷道净断面面积查表3-4，知Vmax=8m/s，已知通过大巷风量Q=28m3/s，计算得： 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例(续续) 设计的大巷断面面积、风速没超过规定，可以使用。m/s 选择支护参数本巷道采用锚喷支护，根据巷道净宽3.6m、穿过中等稳定岩层即属类围岩、服务时间大于l0年等条件，得锚喷支护参数；锚杆长1.8m，间距a=0.780.8m，排距a=0.8m，锚杆直径d=18，喷射混凝土层厚T1 =l00mm，而锚杆露出长度T2=50mm。故支护厚度T=T1=100。选择道床参数根据本巷道通过的运输设
26、备，选用24kg/m的钢轨，其道床参数hc、hb分别为360和200，道渣至轨面高度ha=hc-hb=360-200=160。采用钢筋混凝土轨枕。确定巷道掘进断面面积巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2100=3800。巷道计算掘进宽度B2= B1+2=3600+275=3950。巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700。巷道计算掘进高度H2=H1+=3700+75=3775。巷道设计掘进断面面积S1=B1（0.39B1+h3）=3800（0.393800+1800）=124716002，取S1=12.5。巷道计算掘进断面面积S2=B2（0.39B2+h3
27、）=3950（0.393950+1800）=131940752，取S2=13.2。 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例 (续续)三、布置巷道内水沟和管线已知通过本巷道的水量为160m3/h，采用水沟坡度为0.3%，查表3-11得：水沟深400、水沟宽400，水沟净断面面积0.16；水沟掘进断面面积0.203，每米水沟盖板用钢筋1.633kg、混凝土0.0276m3，水沟用混凝土0.133m3。 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，如图3-8所示。四、计算巷道掘进工程量和材料消耗量每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=S21=13.21=13.2m3；每米
28、巷道墙脚计算掘进体积V3=0.2（T+）1=0.2（0.1+0.075）1=0.04m3；每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57（B2-T1）T1+2h3T11=1.57（3.95-0.10）0.10+21.800.101=0.96m3；每米巷道墙脚喷射材料消耗V4=0.2T11=0.20.11=0.02m3；每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗）V= V2+ V4=0.96+0.02=0.98 m3；每米巷道锚杆消耗（仅拱部打锚杆） 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例 (续续)式中，P1为计算锚杆消耗周长, ，P1=1.57B2=1.573.95=6.2m；M、M为锚杆间距、排距M=M=0.8m。 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例 (续续)五、绘制巷道断面施工图五、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和材料消耗量表.根据以上计算结果，按1：50比例绘制出巷道断面图（图3-8），并附上工程量及材料消耗量表，如表3-12及表3-13。这些施工图表发至施工单位，作为指导施工的依据。 第四节第四节 巷道断面设计示例巷道断面设计示例 (续续)习题习题1.道断面设计的原则、内容和步骤？2.巷道形状选择的因素？3.净宽、净高、拱形巷道墙高？4.水沟设计应注意的问题？5.管线布置应符合哪些要求？
