井巷工程课程设计正文 张一伟

前言《井巷工程》课程设计是学生学习井巷工程课程过程中的重要技能学习环节，课程设计的目的在于，通过课程设计，巩固和加深课堂理论知识并使之与实际相结合，以培养学生运用所学知识独立解决巷道施工中主要问题的能力和掌握设计的基本方法与设计技能，并初步结合生产实际锻炼解决在生产上所遇到的实际问题，培养学生正确的思维方法和工程技术人员应具备的基本技能。

依据《煤矿安全规程》巷道断面设计应满足安全、生产和施工运输，巷道掘进钻眼爆破形成的巷道断面、方向、坡度符合设计要求和《井巷工程施工及验收规范》，爆破岩石的块度有利于装岩；爆破队巷道围岩的震动和破坏要小，有利于维护。

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，根据巷道中所通过的设备尺寸、支护（架）参数与道床参数、通风量和行人要求等确定巷道断面尺寸（并进行风速测算）。

计算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；然后，布置水沟和管缆；最后，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗表。

课程设计的主要内容包括：矿井及设计巷道的概况、巷道断面设计、巷道施工、劳动组织及循环图表、技术经济指标、安全技术措施这六大部分。

第一章矿井及设计巷道的概况灵泉煤矿，煤层赋存简单,属低瓦斯矿井，煤炭属于不易自燃煤质。

运输大巷流水量为500m3/h，矿井的开拓方式为立井多水平分区式开拓。

该巷道为运输大巷，服务年限在28年，主要用于煤炭、矸石、材料、设备、人员的运输。

井田走向9.8km，倾向宽3.4km,井田面积33.32km2。

年设计能力180万吨，低瓦斯矿井，中央分区式通风，现在正开采一水平，通过该大巷的流水量为500m3/h,采用ZK14—9/550架线式电机车牵引，运煤采用5吨矿车运输，辅助运输为900mm轨距，1.5吨矿车，该大巷穿过中等稳定的岩层，岩石坚固性系数f=5～6,需要通风的风量为62m3/s,巷道内敷设一趟200mm的压风管和一趟直径为100mm的水管。

水沟布置在人行侧，水沟应砌碹，材料的消耗为盖板的钢筋和混凝土，水沟的混凝土。

巷道的掘进采用光面爆破和锚喷支护并行，在钻眼爆破中采用风动凿岩机，型号为YT-24，二号岩石抗水硝铵炸药。

施工实行四六制作业方式，每四个班为一个循环。

巷道为双轨运输大巷，掘进中的排矸采用活动式错车场调车法，耙斗式装岩机，有利于提高装岩效率。

矿井的排水在巷道的掘进中采用局部水泵和水沟的排放措施。

经济技术指标：服务年限在28年，各项费用包括材料费、设备折旧费、工资费、总挖掘工程量、掘进成本等。

井巷施工的月进度为180m。

第二章巷道断面设计2.1 巷道断面的设计依据2.1.1 巷道的名称和用途该巷道为一水平运输大巷，主要用于煤炭、矸石、材料、人员的运输以及行人，通风和安全设施及设备安装、检修、施工等。

2.1.2 通过巷道的运输设备类型及特征通过巷道的运输设备主要为电机车，采用ZK14—9/550架线式电机车牵引，运煤采用5吨矿车运输，辅助运输为900mm轨距，1.5吨矿车。

2.1.3 通过巷道的管线敷设情况，风量大小及排水量大小管道布置的原则，主要是保证安全和便于安装、检修。

管道敷设在人行道侧的顶部，动力电缆敷设在非人行道的一侧，并保证车辆掉道时不受撞击，而且电缆挂在掉落时不至于掉在轨道或输送机上，所以悬挂高度一般为1.7～2.0m.通讯、信号电缆挂在人行道的一侧，敷设在管子上方，并保证在0.3m以上的距离。

通过的风量为62m3/s,排水量为500m3/h。

2.1.4 对巷道坡度的要求此巷道为运输大巷，为水平布置，故采用3‰～5‰的坡度。

2.1.5 其他要求根据《煤矿安全规程》取巷道人行道宽880mm, 非人行侧宽400mm。

两列对开列车最突出间距不小于200mm。

2.2 巷道断面设计2.2.1 选择巷道断面的形状、支护类型、支护参数该矿井年生产能力180万吨，此运输大巷的服务年限为28年，采用900mm轨距双轨运输大巷，其净宽在3m以上，又穿过中等稳定岩层，故巷道断面形状为半圆拱形，且选用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护。

确定选用锚固可靠，锚固力大的树脂杆体，杆体直径为18mm,每孔安装两个树脂药卷，锚固长度≥700mm，锚固力≥80kN.锚杆长度2.0m，其间排距0.8m×0.8m,托板为8mm厚150m×150m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。

2.2.2确定断面尺寸⑴确定巷道净宽度B查表知ZK14—9/550电机车宽1335mm，高h=1550mm；5吨矿车宽A1=1520mm，高1550mm。

根据《煤矿安全规程》，取巷道人行道宽C=880mm，非人行道一侧宽a=400mm。

又查表可知：本巷双轨中心线b=1800mm，两电机车之间的距离为：1800mm-（1520/2+1520/2 mm = 280mm﹥200mm故巷道净宽度B=a1+b+c1=（400+1520/2）mm+1800mm+（1520/2+880）mm=4600 mm⑵确定巷道拱高h0半圆拱巷道拱高h0=B/2=4600/2mm=2300mm半圆拱半径R=h0=4600/2mm=2300mm⑶确定巷道壁高h3①按架线电机车导电弓子要求确定h 3查表得半圆拱巷道壁高公式得 式中 h 4---轨面起电机车架线高度，按《煤矿安全规程》h 4=2000mm;h c --道床总高度。

查表选30kg/m 的钢轨,再查表得h c =410mm,道碴高度h b =220mm;k---导电弓子宽度之半，k=718mm/2=359mm,取k=360mm;n---导电弓子距拱璧安全间距，取n=300mm;b 1---轨道中线与巷道中线间距，b 1=B/2-a 1=4600mm/2-1160mm=1140mm故②按管道装设要求确定h 3式中 h 5—道碴面至管子底高度，按《煤矿安全规程》取h 5=1800mm ；h 7—管子悬吊件总高度，取h 7=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;b 2—轨道中线与巷道中线间距，b 2=B/2-c 1=4600mm/2-1640mm=660mm; 故 ③按人行高度要求确定h 3 21243)()(b k n R h h h c +---+≥mm 1087mm1140)(360300)(2300mm 410mm 2000h 223=+---+≥222753)2/(b D m K R h h h h b +++--++≥mm1166mm )6602/335300360(2300mm 220mm 900mm 1800223=+++--++≥h 223)(1800j R R h h b ---+≥式中 j —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j=200mm.故 综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高为h 3=1420mm 。

则巷道高度 H=h 3-h b +h 0=1420mm-220mm+2300mm=3500mm2.2.3巷道的净断面、掘进断面及风量校核①确定巷道净断面积S 和净周长P 。

由表得净断面面积 S=B （0.39B+h 2）式中 h 2—道碴面以上巷道壁高，h 2=h 3-h b =1420mm-220mm=1200mm,故 S=4600（0.39×4600+1200）mm 2=13.77m 2净周长 P=2.57B+2h 2=2.57×4600mm+2×1200mm=14.2m②确定巷道掘进断面尺寸查表计算公式得：巷道设计掘进宽度 B 1=B+2T=4600mm+2×100mm=4800mm巷道计算掘进宽度 B 2= B 1+2δ=4800mm+2×75mm=4950mm巷道设计掘进高度 H 1=H +h b +T=3500mm+220mm+100mm=3820mm巷道计算掘进高度 H 2=H 1+δ=3820mm+75mm=3895mm巷道设计掘进断面面积 S 1=B 1（0.39B 1+h 3）=4800×（0.39×4800+1420）mm ²=15801600mm 2，取S 1=15.8m ²。

巷道计算掘进断面面积 S 2=B 2（0.39B 2+h 3）=4950×（0.39×4950+1420）mm ²=16584975mm 2，取S 1=16.6m ²。

mmmm h 1082)2002300(2300mm 220mm 1800223=---+≥③用风速校核巷道净断面积查表知V max=8m/s,已知通过大巷风量Q=62m3/s,代入下式得V=Q/S=62/13.77=4.5m/s < 8m/s设计的大巷净断面面积，风速没有超过规定，可以使用。

2.2.4、确定道床参数、水沟布置和管线敷设。

①选择道床参数根据该巷道通过的运输设备，选用30kg/m的钢轨，道床参数h c,h b 分别是410mm和220mm，道碴面至轨面高度h a= h c- h b= 410-220=190mm，采用钢筋混凝土轨枕。

②水沟布置已知通过本巷道的水量为500m3/h，采用水沟坡度为5‰，查表得：水沟深550mm、水沟宽600mm，水沟净断面面积0.330m2；水沟掘进断面面积0.390m2，每米水沟盖板用钢筋2.436㎏、混凝土0.0371 m3，水沟用混凝土0.180m3。

③管线敷设管道敷设在人行道侧的顶部，动力电缆敷设在非人行道的一侧，并保证车辆掉道时不受撞击，而且电缆挂在掉落时不至于掉在轨道或输送机上，所以悬挂高度一般为1.7～2.0m.通讯、信号电缆挂在人行道的一侧，敷设在管子上方，并保证在0.3m以上的距离。

如巷道断面施工图所示。

2.2.5巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量计算并列表。

每米巷道拱与墙计算掘进体积V 1=S 2×1=16.6 m ²×1m=16.6m 3；每米巷道墙脚计算掘进体积 V 3=0.2（T+δ）×1=0.2（0.1+0.075）m 3=0.04 m 3每米巷道拱与墙喷射材料消耗 V 2=[1.57（B 2-T 1）T 1+2h 3T 1]×1=[1.57（4.95-0.10）0.10+2×1.42×0.10]㎡×1m=1.045m 3；每米巷道墙脚喷射材料消耗 V 4=0.2T 1×1=0.2×0.10 m 3×1m=0.02m 3；每米巷道喷射材料消耗（不包括损耗） V= V 2+ V 4=1.045m 3+0.02 m 3=1.065 m 3；每米巷道锚杆消耗式中 P 1 — 计算锚杆消耗周长，P 1=1.57B 2+2h 3=1.57×4.95m+2×1.42m=10.61m ；a 、a ,— 锚杆间距、排距a=a ’=0.8m 。