井巷断面设计

2019/11/261第一节井巷断面设计云南能源职业技术学院曾正良井巷工程2019/11/262井巷断面设计的主要内容一、概述二、巷道断面形状三、平巷断面尺寸的确定四、巷道断面内水沟和管线布置五、斜井断面设计六、竖井断面设计七、天井与溜井设计八、马头门设计2019/11/263一、概述1.巷道断面设计的重要意义巷道是井下生产的动脉。巷道断面设计，主要是选择巷道断面形状和确定尺寸大小，它是矿山井巷工程设计的一项主要内容。设计出的巷道断面直接作为井下巷道施工的依据，也是进行井巷工程概预算的依据。因此，巷道断面设计合理与否，直接影响矿山生产的安全和经济效益。2.巷道断面设计的基本原则在满足煤矿安全、生产和施工等方面技术要2019/11/264求的前提下，最大限度地提高断面利用率，缩小断面、降低造价，有利于快速施工，以获得最佳的经济效果。3.断面设计的内容和步骤巷道断面设计的内容和步骤是：（1）选择巷道断面形状。确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；（2）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；2019/11/265（3）布置水沟和管缆；（4）绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗量表。二、巷道断面形状选择（一）巷道断面形状1.巷道断面形状的类型（1）折边形：矩形、梯形、不规则形，如图6－1（a）、（b）、（c）及图6－2所示。（2）曲边形：半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、封闭拱形、椭圆形、圆形。如图6－1（d）、2019/11/266（e）、（f）（g）、（h）、（i）所示。图6－1巷道断面形状a—矩形；b—梯形；c—不规则形；d—半圆拱形；e—圆弧拱形；f—三心拱形；g—封闭拱形；h—椭圆形；i—圆形2019/11/267图6－2巷道断面形状2019/11/2682.各种形状断面的适用性讨论（1）矩形：断面利用率高，承载能力低，一般用于顶压、侧压都小，服务年限短的巷道。（2）梯形：断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，故梯形断面常用于服务年限不长、断面较小或围岩稳定、地压不大的巷道。（3）不规则形：沿矿体走向开掘巷道时，为了不破坏顶板，根据矿体赋存情况，将巷道开成各种不规则形状。（4）拱形断面：常用于服务年限长（如一、2019/11/269二十年或更长）或围岩不稳定、地压较大的巷道。如图6－3所示。（5）椭圆形：四周压力都很大且不均匀时，可采用椭圆形。（6）圆形：四周压力均匀时，可采用圆形。（7）曲墙拱形：在松软或膨胀性大的岩层中开掘巷道，当顶压、侧压都很大时，可采用曲墙拱形（把墙也作成曲线形）。（8）封闭拱形：底鼓严重时，可用带底拱的封闭拱形。2019/11/2610图6－3拱形巷道2019/11/2611（9）木材、金属能抗压、抗弯；石材的抗压强度大，抗弯性能很差，梯形断面常用于木材、金属支架等棚式支架的巷道；拱形断面则常用于砖石、混凝土砌碹或金属拱形支架的巷道。（10）木棚子可具有较大的可缩性；金属棚子虽可缩性差，但可多次回收复用；而石材支架很难具有可缩性。（11）受采动影响大的回采巷道、准备巷道、常采用梯形；不受或受采动影响很小的开拓巷道、准备巷道，常采用拱形。2019/11/2612（12）若使用可缩性金属拱形支架，即使是回采巷道也可以采用拱形。常用巷道断面及其适用条件如表6—1所示。（二）断面形状选择考虑因素1.巷道的位置及围岩性质巷道所处于的位置不同，围岩性质均有差异，一般情况下，在选择巷道断面形状时，以巷道地压大小和方向为主要因素。当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面；当顶压较大、侧压较小时，可选用直墙拱形断面；当顶压、侧2019/11/2613表6—1常用巷道断面及其适用条件2019/11/2614压都很大，尤其是有底压时，可采用封闭曲线形断面—圆形、马蹄形或椭圆形等封闭式断面，它们的结构稳定，能承受多向压力。2.巷道的用途及服务年限巷道的用途和服务年限也是考虑选择断面形状不可缺少的因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用料石、混凝土和锚喷支护等拱形断面比较有利；服务年限在十年左右的采准巷道,采用金属支架或可缩性金属支架的梯形断面、锚网支护或锚网索支护的矩形断面、矩形略带拱形断面2019/11/2615或折线型断面。3.支护方式和支护材料支护材料和矿区习惯的支护方式也是影响断面形状选择的一个因素。梯形或矩形断面巷道一般采用木支架、钢筋混凝土支架或金属支架支护，一些矿井常用工字钢或废钢轨作为支架材料。为克服矩形断面承受侧压性能差的缺点，我国也有一些矿井采用片石砌墙加钢梁的矩形断面作为主要运输大巷的断面形状。在巷道侧压小、顶板岩石较好的条件下，为避免挑顶破坏顶板的完整2019/11/2616性，也可用锚杆支护的梯形、矩形及折线形断面。马蹄形、椭圆形和圆形等断面多采用料石、砌块砌碹或现浇混凝土支护，拱形断面除此之外，多采用锚网喷支护、U形钢支护。4.掘进方法及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的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。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2019/11/2617和圆弧拱，三心拱逐渐被淘汰。在使用全断面掘进机掘进的岩石平巷中，选用圆形断面无疑更为合适，而断面利用率低就不再视为一个严重的缺点。5.通风要求在需要通风量很大的矿井中，选择通风阻力小的断面形状(曲线形)和支护方式，既有利于安全生产又具有明显经济效益。6.注意问题上述因素，彼此密切联系而又相互制约，条2019/11/2618件变化时，影响因素的主次地位也会发生变化。在选择巷道断面形状时，要统筹兼顾，必须综合考虑巷道围岩的性质、地压的大小和方向，巷道的服务年限、用途及位置，巷道的支护方式和支护材料等基本因素，要抓住主导因素兼顾次要因素，以选择最合理的巷道断面。一般先根据前两个因素确定支护方式和支护材料，再根据充分发挥围岩和支架力学性能的原则，确定巷道断面形状。开拓、准备、回采巷道的断面如图6—4。三、巷道断面尺寸的确定2019/11/2619图6-4矿井生产系统示意图开拓巷道：1主井；2副井；3井底车场；4主要运输石门；5阶段运输大巷；6风井；7阶段回风石门；8阶段回风大巷准备巷道：9采区运输石门；10采区下部车场；11采区下部材料车场；12采区煤仓；13行人进风巷；14采区运输上山；15采区轨道上山；16绞车房；17采区回风石门；18采区上部车场；19采区中部车场回采巷道：20区段运输平巷；21下区段回风平巷；22联络巷；23本区段回风平巷；24开切眼；25采煤工作面2019/11/2620《煤矿安全规程》规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施及设备安装、检修、施工的需要。因此，巷道断面尺寸取决于巷道的用途、存放或通过的机械、器材和运输设备的数量及规格、人行道宽度和各种安全间隙以及巷道的通风量等。为了简化巷道断面设计，提高设计效率和质量，煤矿设计部门根据标准化运输设备、巷道的用途及岩石坚固性系数f,编制了《600mm和900mm轨距巷道断面施工图标准设计》，可供选用。2019/11/2621（一）巷道净宽度的确定1.主要尺寸（1）巷道的净高度（H0）；（2）巷道的净宽度（Ｂ0）；（3）巷道的净断面积（S）。2.考虑的主要因素（1）巷道的用途；（2）存放或通过的机械，器材或运输设备的数量与规格；（3）人行道宽度与各种安全间隙；2019/11/2622（4）通过巷道的风速。3.尺寸确定的步骤（1）根据规程、规范和设计因素确定净断面积尺寸；（2）进行通风风速验算；（3）根据支架参数、道床参数、计算出巷道的设计断面尺寸；（4）并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的掘进断面尺寸；（5）绘图、计算工程量和材料消耗表。2019/11/2623h5h6S0S0h3H0H1h04.巷道断面如图6－5、6所示图6－5巷道净断面尺寸示意图B－巷道净宽度；a—运输设备到支架的间隙；A1—运输设备的宽度；t—两对开列车最突出部分间隙；C—人行道宽度；b—双轨运输线路中心线间距；H0－巷道净高度；H1－轨面起导电弓的高度；h3—墙高；h0—拱高；h5—道碴高度；h6—巷道底板到轨面高度；s—轨距2019/11/2624图6－6巷道净断面尺寸计算B－巷道净宽度；a—非人行道一侧的宽度；A1—运输设备的宽度；t—两对开列车最突出部分间隙；C—人行道宽度；H－巷道净高度；h3—墙高；h0—拱高；hb—道碴高度2019/11/2625（1）巷道净宽度的计算直墙拱形（矩形断面)拱形巷道的净宽度指直墙内侧的水平距离，如图6－6所示。可以用下面公式计算运输巷道净宽度。双轨B＝a+2A1+C+t≥2.4m（6—1）单轨B＝a+A1+C（6—2）式中：B—巷道净宽度,m;a—非人行道一侧的宽度,m。《煤矿安全规程》规定，非人行道一侧的宽度，a≥0.3m；巷道内安设输送机时，其与2019/11/2626支护或碹墙最突出部分的距离及综合机械化采煤矿井，a≥0.5m；输送机机头和机尾处与支护的距离，a≥0．7m；A1—运输设备的宽度,m。几种常用运输设备（如图6—7所示）的宽度和高度(轨道面以上)见表6－2；C—人行道宽度，m。《煤矿安全规程》规定的人行道宽度，自道碴面起1.6m高度内，C≥0.8m；人车停车点和综合机械化采煤矿井，C≥1.0m；2019/11/2627图6－7矿用电力机车2019/11/2628表6—2几种常用运输设置主要计算尺寸mm2019/11/2629t—两对开列车最突出部分之间距离,m；《煤矿安全规程》规定，在双轨运输巷道中，两列对开列车最突出部分之间的距离，t≥0.2m；采区装载点，t≥0.7m；矿车摘挂钩地点，t≥1.0m。梯形巷道梯形巷道净宽，无运输设备的巷道指巷道净高的1／2处；有运输设备的巷道，指从巷道道渣面起1.6m的高度内设备外形轮廓的最大尺寸处的宽度。综上所述可知，运输巷道净宽度，由运输设备2019/11/2630最大宽度和《煤矿安全规程》规定的人行道宽度以及有关安全间隙组成；无运输设备的巷道，应根据行人和通风需要选取。（2）需要注意的问题弯道处加宽在弯道处，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，要加大安全间隙，其值与车厢长度、轴距和弯道半径相关。2019/11/2631一般外侧加宽200mm(20t电机车加宽300mm)，内侧100mm，双轨中线距300mm。为简化计算，内外侧均可加宽200mm。曲线相连的直线段除曲线段外，与曲线段两端相联的直线段也要加宽；其加宽段长度，对矿车运输巷道取1.5～3.5m；对电机车运输巷道，取3～5m。如图6－8所示。双轨曲线巷道两轨道中线距加宽起点也应从直线段开始，对电机车取5m，对3t或5t底卸式矿车取5～7m，对12019/11/2632t矿车取2m。两条平行轨道的中线距见表6－3。④检查巷道净宽度确定后，还要检查其是否能满足掘进机械化装载和铺设临时双轨调车以及运输综图6－8曲线段加宽2019/11/2633运输方式直线部分曲线部分1t或0.5t矿车120013001.5t矿车130016003t矿车16001800600mm轨距电机车13001600900mm轨距电机车16001900表6—3双轨巷道轨道中心距数值mm2019/11/2634采支架的要求。一般拱形断面的主要运输巷道净宽度不小于2.4m，采区巷道净宽度不小于2.0m，且确定的巷道净宽度，应按只进不舍的原则，以0.1m进级。⑤梯形巷道断面的净宽度确定梯形巷道断面的净宽度，一般根据标准顶梁的尺寸、棚腿斜角推算巷道净宽度。⑥要求巷道净宽度必须满足从道碴面起1.6m的高度内留有宽度不小于0.8m的人行道。2019/11/2635（二）巷道净高度的确定矩形、梯形巷道的净高度是指自道碴面或巷道底板至顶梁或顶部喷层面