井巷工程课程设计

1. 前言

兖州矿业集团济宁三号井为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520m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量450m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为180m3/h，风量为60m3/s；采用XK8-6/110A直流电机车牵引1t矿车运输。内设压风管?76 x 3.0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0.7～1.2m，泥岩为1.5～1.9m。

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。 2.设计条件 2.1地质条件

矿山巷道所通过的岩层为砂岩和泥岩，普氏系数f=4～8,为稳定性较好的岩层，涌水量450m/h，风量为60m/h。

主井与副井所通过的岩层f=4～8，中等稳定，风量按60m3/h考虑。 该矿井为低沼气矿井。 2.2生产能力与服务年限

矿山年产量5Mt，其服务年限为81年。 2.3运输设备及装备

水平运输大巷，压风管?76 x 3.0焊接钢管一路，动力、照明、通讯和信号电缆各一路。

电机车型号：XK8-6/110A 矿车：1t矿车

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3巷道断面设计

3.1选择巷道断面形状 3.1.1断面选型的影响因素

我国矿井下使用的巷道断面形状，按其结构的轮廓可分为折线型和曲线型两

大类，前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半月拱形、圆形拱形、三心拱形、马蹄形。椭圆形和圆形等。

一般情况下，作用在巷道上的低压和方向在选择巷道断面形状是起主要的作用的，当顶压和侧压较小时，则选用直墙拱形断面（半圆拱，圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大的同时低鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形等封闭式断面。

矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响巷道断面形状的选择。木架和钢筋混凝土棚子，多适用于梯形和矩形断面。掘进方法和掘进设备对于巷道断面的形状的选择也有一定影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主要地位，它能适应任何新装的断面。近年来，由于锚喷支护广泛应用，为了简化设计和有利于施工，巷道断面多采用半圆拱和圆形拱，三心拱也逐渐被淘汰。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是最为合适的。

在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力较小的断面形状和支护方式，既有利于安全生产又具有明显的经济效益。

在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面降低造价并有利于加快施工速度。

综上所述，影响巷道断面形状选择的主要因素主要有以下几点：

1、巷道穿过围岩的性质，即与围岩的普氏系数、地压大小、方向和特征有关

2、巷道的用途及服务年限

3、支护形式，即支架材料和支护结构

4、巷道的施工方法，即掘进设备和掘进方式等

其中1）、2）因素其主导作用，由它们决定断面形状和支护形式。 根据该巷道是一条服务年限较长（81年）的主要运输巷道，所穿过的岩层是中等坚硬和中等稳定的围岩圈，巷道断面为半圆拱形。 3.2确定巷道净断面尺寸

设计巷道断面尺寸，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。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放

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或通过它的机械、器材或运输设备的数量和规格，人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量等。 3.2.1计算巷道净宽度B

查表可知，XK8-6/110A电机车宽A1=1054mm、高h=1550mm；1t矿车宽880mm、高1150 mm。根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=840mm、非人行道一侧宽a=400mm。又查表知本巷双轨中线距b=1300mm，则两电车之间距离为

1300—（1054/2+1054/2）=246mm >200mm，符合安全要求

故巷道净宽度的确定：B=a1+b+c1=（400+1054/2）+1300+（1054/2+840）=3594 3.2.2确定巷道拱高

半圆拱形巷道拱高h0=3594/2=1797m。半圆拱半径R=1797mm。 3.2.3确定巷道避高h3

1．按架线电机车导电弓子要求确定h3

由表3—8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—5选22kg/m钢轨，再查表3—7得hc=380mm，道楂高度h0=220 mm；

n—导电弓子距拱壁安全间距，取n=300；

K—导电弓子宽度之半，K=718/2=359，取K=360mm； b1—道轨中线与巷道中线间距，b1=B/2-a1=3594/2-927=870mm 故h3≥2000+360-√（1797-300）2-（360+870）2=1506mm 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=3594/2-1367=430mm。 故h3≥1800+900+200-√1797-（360+300+335/2+430）=1380mm；

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3.按人行高度要求确定h3

h3≥1797+ hb–√R2–（R–j）2

式中j—距壁j处的巷道有效高度不小于1800mm。j≥200mm，一般取j=200mm，一般取j=200mm。

故h3≥1800+200–√17972–（1797–200）2=1176mm 综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为1800mm， 则巷道净高度H= h3–hb+ h0=1800–200+1797=3397mm。 3.2.4确定巷道净断面积S和净周长P

由表3—8得净断面积S=B（0.39B+h2）

式中h2—道楂面以上巷道壁高，h2=h3–hb=1800–200=1600mm 故S=3594（0.39 x 3594+1600）=10787966.04mm=10.8m 2 净周长P=2.57B+2 h =2.57 x 3594+2 x 1600=12437mm=12.4m 2 3.2.5用风速校核巷道净断面积，验算风速

井下几乎所遇航道都起通风作用。巷道通过的风量是根据对整个矿井生产通风网络求解得到的。当通过该巷道的风量确定后，断面越小，风俗越大。风速大，不仅会煤尘，影响工人身体健康和工作效率，而且易引起煤尘爆炸事故。为此， 《煤矿安全规程》规定了各种不通用途的巷道所允许的最高风速。同时，为使矿井增产留有余地和经济风速的要求，一般不选用表中所列的最高风速。设计时，应在不违反《煤矿安全规程》的情况下，按照《煤炭工业设计规范》规定，矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，为矿井增产留有余地。

查表3—4，知vmax=8m3/s；《煤炭工业设计规范》vmax=6 m3/s，取vmax=6 m3/s。已知通过大巷风量Q=60m/s，代入式（3—9）得

v= Q/S=60/10.8=5.55<6<8m3/s

设计的大巷断面积，风俗没超过规定，可以使用。 3.2.6选择支护参数

本巷道采用锚喷支护，使用锚杆支护的作用，使用锚杆支护，既可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性，又能适应国家天然林保护工程实施以来所导致的木材无

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