井巷工程课程设计
井巷工程课程设计
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。
目录
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
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
h31800hbR2(Rj)2
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(0.39B+h2)
式中 h2——道砟面以上巷道壁高,h2=h3-hb=1720-220=1500mm 所以
S=4200*(0.39*4200+1500)=13.2m2
净周长P= 2.57*B+2*h2 =2.57*4200+2*1500=13.8m
(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)*1.2=78m3/s
已知通过大巷风量Q=78m3/s,代入公式得
V=Q/S=78/13.2=5.9
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0.114m2 ,水沟掘进断面积为0.139m2 ,每米水沟盖板用钢筋1.336kg,混凝土0.0226m3 ,水沟用混凝土0.099m3 。
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、 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。
(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0.1m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0.3m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
1.5~1.9m,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3.0m;电缆与运输设备之间距离不小于0.25m,电缆与风筒相互之间应保持0.3m 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0.1m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4.2m、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2.0m,成方形布置, 其间排距0.80m×0.80m,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。
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、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0.2~0.35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=4.4m
巷道计算掘进宽度 B2=B1+2δ=4400+2*75=4550mm=4.55m
巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3600+220+100=3920mm=3.92m 巷道计算掘进高度 H2=H1+δ=3920+75=3995mm=3.995m
巷道设计掘进断面积 S1=B1(0.39B1+h3)=4400(0.39*4400+1720)
=15118400mm2取S1=15.12m2
巷道计算掘进断面积 S2=B2(0.39B2+h3)=4550(0.39*4550+1720) =15899975mm2取S2=15.9m2
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=15.9 x 1=15.9m³ 每米巷道墙角计算掘进体积 V3= 0.2(T+δ) x 1=0.2 x 0.175=0.04m³ 每米巷道拱与墙喷射材料消耗
V2=[1.57(B2-T)T1+2h3T1] x 1 =1.57(4.2-0.10) x 0.10+0.344=0.99m³ 每米巷道墙脚喷射材料消耗 V4=0.2T1 x 1=0.2 x 0.10 x 1=0.02m³ 每米巷道喷射材料消耗(不包括损失) V=V2+V4=0.99+0.02=1.01m³ 每米巷道锚杆消耗 N =(P-0.5a)/aa'
式中 P—计算锚杆消耗周长,
P=1.57B2+2h3=1.57 x 4550+3440=10.58m;
a、a' —锚杆间距和排距,a = a,=0.8m。
所以 N=(10.58-0.5*0.8)/(0.8*0.8)=15.9 根
折合重量为:
15.9*[ lπ(d/2)2ρ]=15.9(2.0* 3.14 * (0.018/2)2 *7850]=63.50kg 式中l——锚杆长度,l=2.0mm;
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=31.8 支
每排锚杆数为: N*0.8=15.9*0.8=12.72≈13根
每排树脂药卷数: M*0.8=31.8*0.8=25.44≈25支
每米巷道粉刷面积:Sn=1.57B3+2h2
式中 B3——计算净宽,B3=B2-2T=4.55-2x0.10=4.35m
故 Sn=1.57x4.35+2 *1.50=9.83m²
运输大巷每米工程量及材料消耗
第五节、运输大巷断面图
运输大巷特征
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 15.9m² 。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 2.7m。 3、炮眼数目:
N=qsmη/ap =(2.56*15.9*0.15*0.8)/(0.5*0.15)=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0.5 (四)爆破网路计算与设计
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 (五)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)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 0.3m 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
装药量及起爆顺序
预期爆破效果
第二节、巷道循环作业图表
坚持正规循环作业在巷道施工中,各主要工序和辅助工序都是按一定的顺序周而复始的进行的,故称为循环作业。为组织循环作业,应将循环中个工序的工作持续时间、先后顺序和相互衔接关系,周密的以图表的方式固定下来,使全体施工人员心中有数,一环扣一环的进行操作,该图表则称为循环图表。 一、确定工作制度
据钻眼、装药、联线速度;巷道一次性爆破岩体体积、装岩运输速度,知工作制度定为三掘一锚喷,四六工作制,即采用三班掘进一班锚喷。 二、确立作业方式
根据地质条件、施工设备和技术、巷道断面等因素,选择采取专业工作队,独头掘进一次成巷掘支平行作业方式。 三、确定循环方式和循环进度
此巷道的掘进方式为多种掘、支循环作业方式,四掘两喷平行作业,即四班每班6小时进行掘进和两班每班8小时喷射混凝土作业交叉进行,为掘支平行作业。掘进班为四六制,喷射混凝土班为三八制;循环进尺为 4.5m,日循环为 18m。 四、计算循环时间
1、凿岩准备时间:T 1 =15min
2、装岩时间: T2 =Slη/nP =(15.9 *1.8*0.8 )/(1*2)= 10min 3、装药联线时间 T3 ,一般为 20~30min,取 25min 4、凿岩时间:T4 = φNL/mv=(0.4*65*1.9)/(1*1.1)=45min
5 、爆破通风时间 T5取15min; 一个掘进循环的总时间 T; T=T 1 +T 2 +T 3 +T 4 +T 5
在实际工作中为了防止难以预见的工序延长,应考虑留有10%的备用时间,故循环时间:
T= 1.1(T1+T2+T3+T4 +T5)=1.1(15+10+25+45+15)=120m 五、掘喷作业循环图表
第四章、交岔点平面尺寸设计及施工
第一节、交岔点平面尺寸设计
确定交岔点平面尺寸,就是要定出交岔点扩大断面的起点和柱墩的位置,即交岔点斜墙的起点至柱墩的长度;定出交岔点最大断面处的宽度,并计算出交岔点单项工程的长度。
由设计要求可知煤矿井底车场,采用 ZK10—6/250电机车运输,在一个双轨单侧交岔点处要求支巷对主巷的转角为 45°,采用牛鼻子交叉点,选用的岔型号 DK624-5-15 岔道的曲线半径为15m,支岔点采用料石砌碹 (一)选型基本数据
已知巷道断面为半圆拱形,为满足矿井井下运输、管线布置、通风、行人和安全的要求,巷道交岔点的 布置和断面尺寸设计如下:选 DK624-5-15单开道岔,查表得a=3568mm,b=4132mm,辙叉角α =11°18′36″。支巷对主巷的转角δ =45°。交岔点道岔处的中间断面应加宽,在非分岔一侧加宽200mm, 分岔一侧加宽100mm。 主巷加宽段净宽B1=B+200+100=4200+200+100=4500mm,其轨道中心线至边墙的距离 b1 =a1 +100=(1200/2+1000+100)=1700mm。
主巷的净宽为B2=B=4200mm,主巷的轨道中线至柱墩一侧边墙的距离为b2=a1=1200/2+1000=1600mm
曲线巷道的净宽B3=4200mm其中查表 = 取Δ1=Δ2=100mm.查表ΔSp=0.18SB/R=4mm.
曲线巷道的轨道中线至柱墩一侧边墙的距离为 b3 =(1200/2+500)+100=1200mm.
柱墩的宽度为 500mm,轨道的曲率半径 R=15000mm。 根据表计算公式得:
曲率中心 O 的位置距基本轨中心线的纵轴长度
H=Rcosα+bsinα=15000cos11°18’36″+4132sin11°18‘36″=15519mm。
曲率中心O的位置距离基本轨起点的横轴长度 J=a+bcosα-Rsinα=3568+4051-2942=4677mm。
曲率中心O与支巷起点T连线OT与O点到主巷中心线的垂线的夹角 θ=其值:
θ=arccos(H-500-b2)/(R+b3)=arccos(15519-500-1600)/(15000+1200)=34°4’19";
注意:此处的θ角不是已知的巷道转角δ。 由柱墩面至岔心的距离为P:
P=【R+b3-B3】sinθ+J=4677+(15000+1200-4200) sin34°4’19" =11400mm;
为了计算交岔点最大断面宽度TM,需解直角三角形MTN: NM=B3sinθ=4200×sin34°4’19"=2353mm; TN=B3cosθ+500+B2 =8179mm;
TM=√NM²+ TN² =√(2353²+8179²) =8511mm ; 由柱墩面到基本轨起点的距离L2为: L2=P+NM=11400+2353=13753mm;
为了计算交岔点的断面变化,需要确定斜墙TQ的斜率i,其方法是先按预定的斜墙起点(变化断面起点)计算任意斜率i0,然后选用与它相近的固定斜率i,
即:计算斜率为根据i0的大小, i0=(TN-B1)/P=(8179-4500)/11400=0.32
选取i=0.3 根据选定的固定斜率定出斜墙(变化断面)起点Q及交岔点变化 断面长度:
L0=(TN-B1)/i=(8179-4500)/0.3=12263mm; 斜墙起点至基本轨起点之间的距离:
y=P-L0=11400-12263=-863; 因为y为负值,说明斜墙起点Q在基本轨起点Q0的左边; L=L2+2000=15753mm
采用固定斜率的目的是能在同类交岔点重复使用砌碹的碹胎,若为 锚喷支护,则采用任意斜率。
第二节、交岔点墙高设计
根据矿井井下运输、管线布置、通风、行人和安全的要求及巷道特点本设计对交岔点墙高不做改变为1720mm
第三节、计算工程量、材料消耗、编制工程量及材料消耗表 已知条件告诉支护厚度400,柱墩面宽500,长度为2000;2、工程量及材料消耗量计算:交岔点工程量计算的范围,一般是从基本轨起点至柱墩面向支巷各延长2000;若斜墙起点在基本轨起点左侧,则应从斜墙起点起计算。计算方法有两种,一种是将交岔点按不同断面分为几个计算段,求出每段的掘进体积,然后相加。另一种是近似计算,其精度也能满足施工要求。 (1)体积计算:净体积: V1=yS1+0.5L1(S1+STM)+g(S2+S3);
S1=B1(0.39B1+h2)=4500(0.39*4500+1500)=14.65㎡
STM=BTM(0·39BTM+hTM)=8511(0·39*8511+1500)=41m² ; S2=S=13.2m²; S3=S2=13.2m² ;
所以:V1=0.863*14.65+0.5*14.616(14.65+41)+2*26.4=472.13m³ 设计掘进断面积:
S'1=B'1(0.39B'1+h'2)=4.85(0.39*4.85+1.5)=16.45m² ; S'2=S1=15.12 m² ; S'3=S'2=15.12m² ;
STM=BTM(0.39BTM+hTM)=8.6(0.39×8.6+1.5)=41.8m² ;
设计掘进体积:
V'1=yS'1+0.5L1(S'1+S'TM)+g(S'2+S'3)=0.863*16.45+0.5*14.616*(16.45+41.8)+2(15.12+15.12)=17.313+425.69+60.48=503.5m³ (2)材料消耗量的计算:
墙和拱的支护材料:V'1-V1=503.5-472.13=31.37m³ ; 柱墩材料消耗量:V"=4.0m³ ; 墙基础材料消耗量
V"c=(0.25+0.45)*0.4*(y+L1+4.0)=0.7*0.4*19.479=5.45m³ (3)粉刷面积计算:Vn=ySn1+1/2L(Sn1+SnTM)+g(Sn2+Sn3)+S'n Sn1=1.5*2+3.14*4.5*0.5=10.065m² ; Sn2=1.5*2+3.14*4.2*0.5=9.6m² ; SnTM=1.5*2+3.14*8.6*0.5=16.5m² ; Sn3=Sn2=9.6m² ; (4)柱墩面的粉刷面积:
S'n=STM-(S2+S3)=41.8-26.4=15.4m²; Vn=ySn1+1/2L(Sn1+SnTM)+g(Sn2+Sn3)+S'n=
0.863*10.065+0.5*15.753*(26.565)+2*19.2+15.4=271.73m³
第四节、施工方法
交岔点与巷道相比不但断面大,而且中间断面的高度也是变化的,这就要求在交岔点施工过程中,要根据围岩的稳定性,选择施工方法和支护形式。只要条件允许要尽量做到全断面掘进一次成巷,或尽量缩短掘支间隔时间,以防止围岩松动。有时,在井底车场中为了服从施工总组织的安排,加速连锁工程的施工,当岩石条件较好时,可以允许先掘其中一支巷道,然后再在前面巷道掘进的同时,对交岔点进行刷大与支护,不过此时的刷大与支护工作,应不影响前面巷道的施工,以保证连锁工程的连续与快速施工。目前,在全国大多数煤矿的交岔点施工中,都广泛采用光面爆破和锚喷支护。不但提高了交岔点施工 的速度,也提高了交岔点支护的质量。
交岔点施工方法有很多,归纳起来主要有下面四种:
1.若围岩稳定,可采用一次成巷的施工方法,随掘随锚喷或先锚后喷一次完成。
2.若围岩中等稳定,或巷道断面较大时,可先掘出一支巷道,并对边墙进行锚喷, 余下的周边围岩喷 30-50mm 厚混凝土(围岩条件差时,可加打锚杆)作临时支护,然后分 段刷帮挑顶随即进行锚喷。如果采用砌 支护,开始可以以全断面由主巷道向支巷方向掘 砌,在断面较大处,则用小断面向两支巷掘进并将边墙筑起,同时把柱墩掘砌好,然后分 段挑顶砌碹,交岔点跨度最大部分的碹体宜在最后砌成。
3.若围岩稳定性较差,可采用先掘砌柱墩,再刷砌扩大断面部分的方法,一种方法是:由主巷向支巷方向掘进,随掘随砌边墙,掘通后,以小断面横向掘出岔口,并将支巷掘出一部分,将柱墩砌好,然后再刷砌扩大断面。另一种方法是:先由支巷掘至岔口,然后以小断面横向与主巷贯通,将柱墩处的拱墙砌好,随后边掘边砌主巷,主巷完成后,反过来向柱墩方向刷砌。
4.若围岩稳定性差,为防止围岩暴露面积过大时,可采用导硐施工方法。先以小断面导硐,将交岔点各巷口、柱墩、边墙掘砌好后,从主巷向岔口方向挑顶砌拱,从加快施工速度,也从安全角度出发,中间岩柱待交岔点刷砌完成后,再用放小炮的方法去除。 根据本岩层特点为较稳定则选择上述第2点。
第五节、交岔点平面图,主巷、支巷及最大宽度处的断面图
一、交岔点平面图(1:100)
二、交岔点主巷断面图(1:50)
三、交岔点支巷断面图(1:50)
四、最大宽度处的断面图(1:50)
参考文献
[1]东兆星、吴士良主编 《井巷工程》 中国矿业大学出版社2009 年
[2]采矿设计手册编委会 《采矿设计手册》 中国建筑工业出版社 1989 年.
[3] 杜计平、孟宪锐主编《采矿学》 中国建筑工业出版社2009年
[4]程居山主编《矿山机械》 中国矿业大学出版社出版社.1997 年
[5]张国枢主编《通风安全学》中国矿业大学出版社出版社.2011年
[6]吴立、闫天俊、周传波主编《凿岩爆破工程》中国地质大学出版社2010年
[7]《井巷工程施工手册》第九、第十篇、第十一、第十二篇煤炭工业出版社