244下山運輸大巷設計

　　江西礦業學院

　　井巷工程課程設計

　　設 計 題 目： 244下山運輸大巷設計

　　學 生 姓 名： 萬魯順

　　專 業 班 級： 采礦121班

　　指 導 老 師： 黃河~李嘉豪

　　評 閱 人：

　　設 計 時 間： 3013.12.185

　　安全技術係

　　目 錄

　　第一章 斷麵的選擇與尺寸的確定……………………………(3)

　　(1)計算巷道淨寬度………………………………… (4)

　　(2)計算巷道拱高…………………………………… (4)

　　(3)計算巷道壁高…………………………………… (4)

　　(4)計算巷道淨斷麵積和周長……………………… (5)

　　(5)用風速校核巷道淨斷麵麵積…………………… (5)

　　第二章 爆 破……………………………………………(7)

　　第三章 施工與管理……………………………………………(10)

　　第四章 循環圖表 ……………………………………………(18)

　　第五章 勞動組織一覽表 ……………………………………(19)

　　參考文獻……………………………………………………………………(17)

　　五礦年生產能力為15萬噸，礦水平運輸大巷采用ZK7-6/250架線式電機車、1.5噸固定式礦車運輸。運輸大巷穿過岩層的普氏係數f=9-10而且巷道周圍100米內無大斷層，通過的最大風量為20 M3 /S，井下最大湧水量為150 M3 /時，大巷中布置一趟直徑為Φ200mm的壓風管、一趟直徑為Φ100mm的水管 ，大巷服務年限為礦井服務年限。試設計其單軌的巷道斷麵。

　　一 斷麵的選擇與尺寸的確定

　　(一)運輸大巷斷麵選型

　　運輸大巷為岩石巷道，服務期較長，而且是全礦的主要運輸巷道，礦井年生產能力為12萬噸,巷道周圍100米內無大斷層,井下每小時最大用水量為150m3,岩石的堅固性係數為9至10，該礦井屬於高瓦斯礦井，采用中央分列式通風。確定采用半圓拱斷麵形式的砌镟巷道。

　　(二)運輸大巷斷麵尺寸的確定

　　1.運輸設備尺寸：查表知電機車尺寸比礦車大，其寬度 A1=1060mm，高度h=1550mm，機車架線高h4=2000mm。

　　2.《煤礦安全規程》規定：非人行側設備至壁的寬度a≥250mm，取400mm;人行側設備至壁的寬度c≥800mm，取840mm。

　　根據以上各項，巷道淨寬B=A1+a+c=1060+400+840=2300mm。

　　2.巷道壁高h3

　　(1)確定道床參數

　　表5-1 運輸設備主要尺寸 mm

　　運輸設備及類型 設備寬度A 設備高度h

　　XK2.5/48A電池電機車 920 1550

　　XK8-6/110A蓄電池電機車 1060 1550

　　ZK7-6/250架線式電機車 1060 1550

　　ZK10-9/架線式電機車 1360 1550

　　ZK14-9/550架線式電機車 1335 1600

　　1.5t礦車(600mm軌距) 1050 1150

　　1t礦車(600mm軌距) 880 1150

　　3t礦車(900mm軌距) 1200 1400

　　查表5-10得，軌型為18kg/m。根據軌型查表5-8得，道床總高度hc=320 mm，道渣高度hb=180mm，道渣麵至軌麵高ha=140mm。

　　(2)按各種要求計算壁高h3

　　①按導電弓要求：h3=h4+hc+√[(R-n)2-(k+z)2]

　　式中 R—半圓拱半徑，R=B/2=2400/2=1200mm;

　　n—導電弓距拱距離，取300mm;

　　k—導電弓寬度之半為360 mm;

　　z—軌道中心至巷道中心距離，

　　z=(B/2)-440-1060/2=230 mm

　　故 h3=2000+320-680=1640 mm

　　②按行人要求：h3=h5+h6-√[R2-(R-r)2]

　　式中 h5—自碴麵起管子高度，h5=1800 mm

　　r—行人與壁間安全距離，取200 mm;hb及R見前，則有

　　h3=1800+180-√[12002-(1200-200)2]=1316 mm。

　　③按管道布置要求：必須滿足機車與導電弓距管道的安全間隙要求。

　　h3=h5+h7+hb-√[R2-(m+D/2+b2)2]

　　式中 D—壓風管直徑，D=200mm;

　　h7—管子吊件總高度，h7=500+(D/2)=500+100=600 mm

　　m—導電弓至管子安全距離，m=300mm;

　　b2—導電弓尾端至巷道中心距離，

　　b2=k-[(B/2)-(1060/2+440)]=130 mm。其餘符號意義、數值同前，將以上各值代入公式得：

　　h3=1800+600+180-√[12002-(300+200/2+130)2]=1499 mm

　　對架線式電機車運輸巷道，以上幾項滿足要求時，就不必再對1.6米的高度行人要求和運輸設備上緣至拱壁安全間隙要求進行計算。

　　根據以上計算，壁高最大值為1640 mm，故取壁高=1700mm，均可滿足要求。

　　3.淨斷麵積計算

　　S=2400*1700+3.14*12002/2=6.34m2

　　用風速要求校核淨斷麵:

　　v=Q/S

　　式中 v—通過巷道的風速

　　Q—通過巷道的風量

　　S—淨斷麵麵積

　　將各值代入得:

　　v=20/6.34=3.15m/s<8m/s

　　根據≪煤礦安全規程≫規定運輸大巷最大風速不得大於8m/s符合要求。

　　(三)支架材料

　　選用厚度為300mm的長方體料石、粒徑在0.15~5mm的細沙、型號為52.5的矽酸鹽水泥。

　　(四)掘進斷麵和有關尺寸

　　(1)設計掘進寬度：B1=B+2*300=3000mm

　　(2)計算掘進寬度：B2=B1+2ω

　　式中ω為計算掘進超挖量，取75mm，故B2=3000+2*75=3150 mm

　　(3)巷道半圓拱掘進半徑=1200+300+75=1575mm

　　(4)巷道掘進牆高=1700+180+75=1955 mm其中180為道碴高度、75為超挖量。

　　(五)水溝斷麵選擇

　　按巷道通過的水量150m3/h、巷道坡度0.3%查«砌喧大巷水溝參數表»得：選用2號水溝，其淨寬B=400mm、深H=400mm、淨斷麵麵積為0.160m2、掘進斷麵麵積為0.203m2。

　　(六)繪製大巷斷麵圖：(如下)

　　二、爆 破

　　(一)爆破材料

　　煤礦許用炸藥(根據«煤礦安全規程»規定使用第三級)、煤礦毫秒延期電雷管、導線、啟爆器。電起爆方法是通過電雷管、導線、和起爆電源三部分組成的起爆網絡來實現的爆破方法。

　　導線根據在網絡中的位置不同分為母線、支線、端線和腳線。

　　起爆電源指引爆電雷管所用的電源;交流電、直流電或發爆器。

　　聯線工作必須嚴格執行一炮三檢製和三人連鎖放炮製度。

　　井巷掘進時，電爆網絡連接方式有並聯、串聯和串並聯等。

　　(二)爆破方法

　　為了能更好的支護和不浪費材料、人力，保護圍岩的整體性，提高圍岩的穩定性與自承能力，決定采用光爆。

　　(三)爆破條件

　　爆破原始條件為普氏係數f=9-10堅固的岩石;巷道掘進斷麵麵積為10.05mm2，循環進尺2m。

　　(四)爆破原始條件以及、爆破參數及預期爆破效果見下表1、表2、表3,炮眼分布見附件圖：

　　表1爆破原始條件

　　名稱 單位 數量 名稱 單位 數量

　　巷道掘進斷麵 m2 14.7 炮眼數目 個 64

　　岩石堅固性係數f 9～10 雷管數目 個 63

　　炮眼深度 m 2.2 總裝藥量 kg 39.5

　　表2裝藥順序及起爆順序

　　眼號

　　眼名 眼數/個 眼深/m 裝藥量 起爆順序 連線方式 裝藥結構

　　單孔 小計

　　卷數/個 質量/kg 卷數/個 質量/kg

　　1 空眼 1 2.3

　　串聯

　　連續反向裝藥

　　2～5 掏槽眼 4 2.3 7 1.05 28 4.2 Ⅰ

　　6～18 一圈輔助眼 13 2.2 5 0.75 65 9.75 Ⅱ

　　19～33 二圈輔助眼 15 2.2 5 0.75 75 11.25 Ⅲ

　　45～47、62～64 幫眼 6 2.2 2 0.30 12 1.8 Ⅳ

　　48～61 頂部眼 14 2.2 2 0.30 28 4.2 Ⅳ

　　34～44 底眼 11 2.2 5 0.75 55 8.25 Ⅴ

　　表3預期爆破效果

　　名稱 單位 數量 名稱 單位 數量

　　炮眼利用率 % 92% 每米巷道耗藥量 kg/m 19.7

　　每循環工作麵進尺 m 2.0 每循環炮眼總長度 m 141.3

　　每循環爆破實體岩石 m3 29.4 每平方米岩體耗雷管量 個/m2 2.1

　　炸藥消耗量 kg/ m3 1.34 每米巷道耗雷管量 個/m 31.5

　　爆破結束後要通風15～20min左右，待煙塵被除去後，首先由檢查人員進入爆破作業麵進行檢查，確認所有炮眼都已引爆，如發現瞎炮，要嚴格按照《煤礦安全規程》進行處理。腳線未壞時可以重新聯線放炮，或在距炮眼至少0.3m處另打與瞎炮平行的炮眼重新裝藥放炮。嚴禁用鎬刨，抑或從炮眼中取出原放置的引藥或從引藥中拉出雷管。

　　上述檢查工作完成後，即可開始裝岩、轉運和支護作業。

　　炮眼分布圖三視圖見圖2：附件爆破施工圖。

　　(五)打眼

　　使用二台YT-23氣腿式鑿岩機打眼。

　　三 施工與管理

　　進班之前做好交接班，到達工作麵後花少量的時間做準備工作然後打眼、裝藥。放炮時必須執行“三人放炮，一炮三檢”;放炮後采用一台P-30B耙鬥裝載機裝岩，同時進行水溝挖掘。因為巷道通過的岩層為堅固的岩石等巷道掘到一定的長度待圍岩應力達到平衡狀態後再進行統一砌镟花拱

　　1.支護參數的選擇

　　過去大多數是架設棚式支架與砌築石材整體支架來維護巷道，現在錨噴支護在礦山得到了較為廣泛的使用。而支護主要包括下列幾種方法;

　　1. 采用錨杆支護巷道，就是巷道掘進後向圍岩中鑽錨杆眼，然後將錨杆架設在錨杆眼內，對巷道圍岩給予人工加固。從而維護巷道的穩定性。錨杆的類型①鋼筋或鋼絲繩砂漿錨杆;②金屬倒鍥式錨杆;③木錨杆;④樹脂錨杆;⑤快硬水泥錨杆;⑥快硬膨脹水泥錨杆;⑦管縫式錨杆;⑧可伸縮式錨杆。

　　其作用原理：懸吊作用、組合梁作用、錨杆鍥固作用、擠壓加固作用。

　　圖表文獻來自《地下建築工程設計與施工》表9-4

　　2.噴射混凝土支護

　　噴誰混凝土支護作用是用噴射機將混凝土混合物噴射在岩麵上凝結硬化而成的一種支護。其特點是：

　　凝土在高速噴漿過程中，水泥顆粒受到碰撞衝擊，混凝土噴層受到連續衝擊壓密，而且噴射工藝又允許采用較小的水灰比，因此噴射混凝土噴層具有致密的組織結構和良好的物理力學性能。特別是它的粘結力大，能同岩石緊密粘結，是形成噴射混凝土獨特支護作用的重要因素。

　　噴射混凝土能隨著巷道掘進及及時施工，且加入速凝劑後其早期強度成倍增長，因而能夠控製圍岩的過度變形和鬆弛。

　　噴層較薄，具有一定的柔性，可以和圍岩共同變形產生一定量的徑向位移。

　　其作用原理：加固與防止風化作用;改善圍岩應力狀態和作用;柔性支護結構作用;組合梁作用。

　　噴射混凝土支護結構和支護厚度的選擇，應綜合考慮，圍岩地質條件、結構物的工作條件、巷道有效跨度和服務年限等因素。

　　3.錨噴支護及錨噴網聯合支護

　　錨杆和噴射混凝土雖各有優點，但也都有不足之處。錨杆聯合支護，恰能做到使二者相互取長補短，互為補充，是一種性能更好的支護形式。錨杆與其穿過的岩石形成承載加固拱，噴射混凝土層的作用則在於封閉圍岩，防止風化剝落，和圍岩結合在一起，對錨杆間的表麵岩石起支護作用。光彈模擬實驗表明，用錨杆進行支護時，在兩錨杆之間的圍岩表麵附近，會產生拉應力。如果岩石鬆軟，則在拉應力作用下。可能產生局部的破壞和掉快，而局部小岩塊的墜落又可能導致深部岩石的鬆動和破壞，這樣將消弱岩石加固拱穩定性和承載能力。因此，錨杆與噴射混凝土聯合使用，就可以防止局部岩塊的鬆動和墜落，從而加固與提高了岩石拱的承載能力。

　　噴射混凝土能有效控製錨杆間的石塊掉落，但其本身是脆性的，當岩石變形大時，易開裂剝落。解決方法之一就是在噴射混凝土中加剛纖維，增加混凝土的抗彎強度和韌性。另外就是在噴射混凝土之前敷設金屬網，噴後形成鋼筋混凝土層，提高了噴層的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨噴網聯合支護，能有效的支護鬆散破碎的軟弱岩層，金屬網用鋼筋直徑一般為6~12mm，鋼筋間距一般為200~400mm。

　　4聯合錨杆支護

　　組合錨杆支護是以錨杆為主要構件並輔以其他支護構件而組成的錨杆支護係統。其類型主要有錨網支護、錨梁(帶)網支護和錨杆木行架支護。

　　5.普通支架

　　包括：木支架、金屬支架、鋼筋混凝土(棚式)、石材整體支護。

　　摘自《井巷工程》教材p107~139

　　6.選用的支護方式、優點及作用原理，以及支護材料的選取。

　　錨杆支護是錨杆與噴射混凝土聯合支護的簡稱，二和又可單獨使用，成為錨杆支護與混凝土支護。錨杆支護還可與金屬網聯合進行支護。它具有施工速度快、施工機械化高、成本低及節約材料等優點。本巷道穿過堅固性係數為4~5的中等穩定的石灰岩和白雲岩，因此我們選擇的是錨噴支護。

　　錨噴支護的優點：

　　錨噴支護突破傳統的支護形式和支護理論，吧再是消極的承受圍岩壓力，而是盡量保持圍岩的完整性，限製岩石的變形、位移和裂隙發展，充分發揮岩體自身的支承作用。把圍岩從荷載變為承載，變消極因素為積極因素，這是錨噴支護和一切舊支護形式最根本最本質的差別，也是錨噴支護大大優於其他支護形式的根本所在。

　　我國礦山大量使用錨噴支護的實踐證明，錨噴支護不但可以用於比較穩定的岩層中，而且可以用於破碎帶、斷層多、有底鼓受強烈采動地壓影響的巷道和大跨度的硐室。錨噴支護與其他支護形式相比，在技術上和經濟上具有以下優越性。

　　由於錨噴支護是高壓噴射成的混凝土層，致密、強度高，能提高井巷圍岩的自身穩定性和承載能力，並與岩層構成共同承載整體。這樣，支護厚度可減薄一半以上，掘進斷麵可減少10%~20%。某礦對26000米錨噴巷道同料石镟巷道比較，少掘岩石91000m3，節省炸藥91噸，料石78000 m3，坑木3600 m3，工日21.8萬個，大大節約了投資。

　　工藝簡單，操作方便，混凝土、砂漿直接噴到岩麵，省去立模、拆模鄧繁瑣工序，節省了木材和鋼材。

　　機械化程度高，減輕工人的笨重體力勞動。在平巷和立井施工中，料石砌镟，每個工人一個班搬運料石多則一萬多井，而錨噴支護，除噴射手勞動強度較大外，其餘工序都是機械操作。隨著平巷噴射混凝土簡易機械手的推廣，以及立井噴射機械手的使用，為實現錨噴支護全部機械化施工打下良好的基礎。

　　施工速度快、效率高，可以實現遠距離輸料，占用巷道空間少，為快速掘進，掘噴平行作業創造有利條件，平巷中錨噴支護功功效一般為0.2~0.35米/工，每米成巷3~5個工，掘進速度為100~120米/月。最高700米/月以上，而料石镟每米成巷10~15個工，一般掘進速度為60~70米/月。最高240米/月。

　　錨噴支護可以緊跟工作麵，取消臨時支護，基本上解決支護落後掘進的矛盾。支護後的巷道失修率低，維護方便，並且可以處理冒頂，有利於安全生產。

　　節約坑木，減少巷道維修量。根據某礦對26054m巷道普查，錨噴15789.7m由於嚴重破壞而需要返工維修的占19%。錨噴支護巷道質量良好和基本良好的占全部錨噴巷道的96.5%，嚴重破壞而需要返修的僅占3.5%，錨噴支護的巷道局部破壞時 ，隻在破壞處進行補噴即可，而壞棚壞镟返修時間需要全部拆除，重新砌镟和架棚。

　　㈡.作用原理:：

　　懸吊作用：當巷道的直接頂板是一層或幾層不穩定的岩層時，通過錨如一係列的錨杆，將直接頂板吊掛在其上部堅硬穩固的上部岩層上;

　　①. 組合梁作用：將層狀岩石的巷道頂板中安設錨杆以後，將錨杆長度以內的薄岩層石錨成一個整體，組合成一個岩石 板梁，從而提高了頂板岩層的強度和剛度。工人們形象的把這一作用比喻為“納鞋底”、“打錨杆後圍岩錨成一個整體，打多深的錨杆就等於砌了多厚的镟”。顯然，以上兩種支護原理，可以解釋在層狀岩層起到支護作用的道理，而對於塊狀層岩的支護作用就無法解釋了。

　　擠壓加固作用：錨杆將巷道圍岩錨牢擠緊，起到對圍岩的擠壓加固作用。但這些作用原理，無法解釋我國當時應用最廣泛的鋼絲繩砂漿錨噴的支護作用。因為這類錨杆無預應力，同樣可以起到良好的支護作用。

　　減小跨度的作用:巷道頂板打了錨杆，就相當於在該處打了點柱，因而相當於使巷道頂板岩石懸露的跨度縮小了。

　　參考文獻

　　(1)周昌達 主編.井巷工程 第二版[M]. 北京：冶金工業出版社，1994

　　(2)東兆星 吳士良 主編.井巷工程，第一版.徐州：中國礦業大學出版社，2006

　　(3)煤礦安全規程編寫組 編煤礦安全規程 第一版.北京：煤炭工業出版社，2010

　　(4)吳再生 主編.井巷工程，第一版.北京：中國礦業大學出版社，2006

　　表：三八作業製循環圖表

　　表：勞動組織一覽表

　　班次

　　人數

　　工種 一 二 三 合計

　　出勤 在冊

　　打眼工 3 3 3 9 13

　　裝藥工 3 2 2 7 11

　　檢查員 1 1 1 3 6

　　放炮員 1 1 1 3 5

　　裝岩工 3 3 3 9 15

　　運輸工 3 3 3 9 15

　　支護工 5 5 5 15 25

　　驗收員 1 1 1 3 5

　　鋪軌工 5 4 4 12 24

　　運料工 5 5 5 15 19

　　機修工 1 1 1 3 5

　　班 長 1 1 1 3 3

　　工 長 1 1 1 3 3

　　合 計 33 33 33 99 149