《井巷工程》课程设计必备指导书

矿山安全技术与监察专业《井巷工程》课程设计指导书入学文化：高中学制：三年周数：一周湖南安全技术职业学院安全技术系二0一一年十二月井巷工程课程设计是在《井巷工程》课程结束后进行的一个实践性教学环节，是对一次综合性专业设计训练。

通过课程设计可对《井巷工程》及相关课程所学内容进行融会贯通，使所学知识得到进一步巩固和加强，培养学生在设计方案选择、设计计算、工程绘图、文献查阅、运用有关施工标准和规范等方面的基本技能，同时提高独立分析问题和解决问题的能力。

第一章设计条件与任务一、设计条件1.共计五个矿，均为煤矿，年生产能力分别为：一矿30万吨、二矿45万、三矿60万吨、四矿90万吨，五矿12万吨；2.瓦斯等级，均属于高瓦斯矿井，采用中央分列式通风；3.地质情况，巷道周围100米内无大断层；井下每小时最大涌水量为：一矿200m3、二矿300 m3、三矿240 m3、四矿350 m3、五矿150 m3；岩石坚固系数为：一矿f=4-5、二矿f=6-8、三矿f=7-9、四矿f=6-7、五矿f=9-10；4.主要运输设备，各矿采用ZK7－6/250架线式电机车牵引1.5吨矿车运输；5.通风情况，各矿设计巷道要求每秒通过风量分别为：一矿25m3、二矿30 m3、三矿40 m3、四矿50 m3、五矿20 m3；巷道内敷设一趟200毫米的压风管和一趟100毫米的水管；5采用“三八”作业制。

二、分组方法学号为1-10的学生设计一矿；学号为11-20的学生设计二矿；学号为21-30的学生设计三矿；学号为31-40的学生设计四矿；学号为41-55的学生设计五矿。

三、设计题目**矿水平运输大巷直线段掘进施工设计四、设计任务（1）设计水平运输大巷直线段的断面；（2）设计运输大巷爆破方案；（3）选择运输大巷支护方案。

根据设计任务书给定的基本条件，用简洁的文字进行总结叙述。

第二章井巷断面形设计巷道断面设计，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，直接影响煤矿生产的安全和经济效益。

巷道断面设计的基本原则是：在满足安全和使用要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面，降低造价，便于快速施工。

巷道断面形状按其轮廓线可分为折边形和曲边形两类。

前者如矩形、梯形和不规则形；后者如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形、顶底拱形、椭圆形和圆形等，如图所示。

巷道断面形状的选择，主要取决于下列因素：(1) 巷道穿过岩层的性质，矿压的大小和方向；(2) 巷道的服务年限和用途；(3) 支护方式和支护材料。

这三个因素之间是互相联系的，通常是根据前两个因素选择出支护和支架材料以后，就能得出巷道断面的形状。

在稳定或中等稳定、地压较大的岩层中，开掘断面小、服务年限不长的巷道，选用木支架，或服务年限较长，用工字钢或π形支架支护的巷道，多采用梯形或矩形断面。

在不稳定、地压大的岩层中，或服务年限长而用混凝土、砖或金属支架支护时，巷道多采用拱形断面；当围岩特别松软、底鼓严重时，则常采用带底拱的封闭拱形、椭圆形或圆形断面。

当巷道通过薄煤层时，为了保护顶板岩层的完整和便于开掘，巷道断面的形状常采用不规则形，如半梯形、半拱形等。

采用锚喷支护的巷道，断面形状选择较灵活，此时主要考虑巷道的服务年限和地压大小；采用综合掘进机掘进的巷道，其巷道断面形状由破岩机构决定。

巷道断面形状确定以后，就要确定巷道的断面尺寸。

巷道断面尺寸是根据通过巷道中运输设备的类型和数量、运行速度、轨道数目、支护材料及结构形式和各种安全间隙等来确定的。

最后，还必须用通过该巷道的风量来校验，应满足通风要求。

第三章井巷断面尺寸计算确定（包括设备选型）主要任务是井巷净断面的选择确定、井巷断面积计算与校核、井巷支护的选择与确定、道床、罐道参数确定、井巷掘进尺寸计算与确定、井巷水沟、管缆布置及其他计算一、巷道净宽度的确定拱形巷道的净宽度是指直壁内侧的水平距离。

对梯形巷道，当其内设置运输机械或者通行矿车、电机车时，净宽度是指运输设备顶面的巷道宽度；当巷道内不设置也不通行运输设备时，则净宽度是指其净高1/2处的水平距离。

二、巷道净高度的确定巷道净高度必须保证车辆运行的安全和行人的方便。

《煤矿安全规程》规定：主要运输巷道和主要风道净高（架线式电机车运输巷道除外），自轨面起不得小于2.0 m，采区（包括盘区）内的上下山和平巷的净高不得小于2.0 m,薄煤层内不得小于1.8 m。

架空线的悬挂高度，自轨面起不得小于下列规定：有行人的巷道内、车场内以及人行道同运输巷道交叉的地方为2.0 m；不行人的巷道内为1.8 m；在井底车场内，从井底到乘人车场为2.2 m。

三、风量演算井下在用巷道都要通风，当通过巷道的风量按需要确定后，巷道断面越小，风速就越大。

风速过大，不仅会扬起煤尘，影响工人健康和降低生产效率，而且易引起煤尘爆炸事故。

为此，《煤矿安全规程》规定了各种用途巷道允许通过的最大风速用风速验算巷道断面尺寸的公式如下：v=QS≤［v］（5-1）式中v——巷道通过的风速，m/s；Q——通过巷道的风量，m3/s；S——巷道净断面面积，m2；［v］——巷道允许通过的最大风速，m/s。

第四章爆破设计一、凿岩爆破（1）凿岩设备和工具的选择；（2）炮眼布置和爆破参数的选择设计：炮孔布置方式、最小抵抗线、孔底距、孔口距、排距、炮孔倾角、炮孔直径和深度、崩矿层的厚度；计算一次崩落量和每米炮孔的崩落量；（3）根据凿岩机的凿岩台效，确定工作面的凿岩时间和所需要的凿岩机台数；（4）炸药的选择，单位炸药消耗量的决定，装药量的计算，装药设备的选择，装药方法，起爆器材和起爆方法，爆破网路的设计计算；二、通风（1）通风系统、线路、方式和制度；（2）防尘措施；（3）风量计算和通风时间。

三、出渣与运搬（1）出渣设备和运搬设备的选择；（2）出渣管理和制度；（3）二次爆破方法；（4）确定出渣设备台效和工作面出渣时间。

四、地压管理巷道支护材料和方式，支护厚度等的详细计算。

五、作业循环（1）简要说明所采用的掘进工作队形式和人员组成。

（2）根据前面的计算，编制完成一个掘进作业循环的图表，计算一个掘进循环的时间，计算掘进效率。

掘进循环图按下表方式编制。

第五章循环图表的编制循环图表的编制，就是要将一个循环中各个工序的工作持续时间和其相互在时间上的衔接关系用图表的形式表示出来，以指导巷道施工。

一、合理选择施工作业方式和循环方式首先应根据设计的巷道断面和地质条件、施工任务以及施工技术水平和设备等因素，选择并确定巷道施工的作业方式。

在我国目前条件下，应尽可能采用一次成巷多工序平行作业，但随着掘进机械化水平的提高，以钻眼和装运岩石为主要工序的顺序作业也应予以考虑。

循环方式，一般条件下可采用每班一个循环或每班2～3循环，若断面大、地质条件差的巷道，亦可实行一日一循环。

施工中应尽量做到小班循环次数为整数，即一个循环不要跨班(日)完成，否则易造成工序之间互不衔接，施工管理困难，这对实现正规循环作业是不利的。

因此，当求得的小班循环次数非整数时，应调整为整数。

调整方法应以尽量提高工效和缩短辅助作业时间为原则。

关于工作制度，目前我国煤矿多数都采用“三八”作业制，但有的煤矿在组织岩巷快速施工时，因劳动强度大，辅助工作量多，也常采用“四八交叉”作业制，这种作业制度对提高劳动生产率、加快掘进速度是有利的。

二、确定循环进尺掘进循环进尺与掘进循环次数是密切相关、互相制约的。

只要循环进尺确定了，则每个循环的工作量也就确定了，同时也就确定了每个循环所需的时间，从而可求得每小班的循环次数。

但是，循环进尺决定于炮眼深度，因此还必须根据钻眼爆破效果的合理性来确定。

根据我国目前的钻眼爆破技术条件，一般以1.5～2.0 m的炮眼深度较为合理。

当然，随着高效率凿岩机和爆破器材的应用，可进一步采用2.5～3.0 m 的中深孔爆破，这对提高掘进速度更为有利。

三、确定各工序和循环时间当确定了炮眼深度，也就知道了各主要掘进工序的工作量，然后可根据设备情况、工作定额(或实测数据)计算各工序所需要的作业时间。

在所需的全部作业时间中，扣除能够与其他工序平行作业的时间，便是一个循环所需要的时间，即T=T1+T2+(t1+t2)+T3+T4一般情况下，交接班时间T1为20 min；爆破通风时间T4为15～20 min。

装药联线时间T3与炮眼数目和同时参加装药联线的工人组数有关，即T3=N tA （11-3）式中N——工作面炮眼总数；t——一个炮眼装药所需时间；A——在工作面同时装药的小组数。

钻眼时间：t1+t2=NLmv（11-4）式中L——炮眼平均长度，m；m——同时工作的凿岩机台数；v——凿岩机的实际平均钻速，m／h。

装岩时间：T2=SLη·sin αnP（11-5）式中S——巷道掘进断面积，m2；η——炮眼利用率，一般为0.8～0.9；P——装载机实际生产率(指实体岩石)；n——同时工作的装载机台数；α——炮眼的平均倾角。

将以上各式代入式(11-2)得：T=T1+T2+t2+T3+T4=T1+T2+(t1+t2)+T3+T4＝T1+SLη·sin αnP+NLmv+NtA+T4（11-6）在实际工作中，为了防止难以预见的事故及短时间停工而打乱循环，应考虑留有10%的备用时间，故循环时间为T=1.1(T1+SLη·sin αnP+NLmv+NtA+T4) （11-7）从式(11-7)还可以看出，如先确定循环时间，也可以求出相应的平均炮眼深度。

即L=0.9T-(T1+NtA+T4)Nmv+Sη·sin αnP（11-8）平均炮眼深度为L1=L·sin α·m（11-9）通过以上的计算及初步确定的数据，即可着手编制循环图表。

编制出来的循环图表还要在实践中进一步检验修改，使之不断完善，才能真正起到指导施工的作用掘进工作面循环图表第六章支护方案选择与设计一、木支架巷道中常用的木支架是梯形支架，由顶梁、棚腿和背板、木楔等组成，其结构如图10-1所示。

顶梁承受顶板岩石给它的垂直压力和由棚腿传来的水平压力，为压弯构件。

棚腿承受顶梁传给它的轴向压力和侧帮岩石给它的横向压力，也是压弯构件。

背板将岩石压力均匀地传给主要构件梁与腿上，并能阻挡岩石垮落。

根据围岩的稳定程度，背板可密集或间隔布置。

木楔的作用是使支架与围岩紧固在一起，防止爆破崩倒支架，木楔应向工作面方向打紧。

撑柱的作用是加强支架在巷道轴线方向上的稳定性。

二、金属支架金属支架常用11～16号矿用工字钢或18～24 kg/m钢轨制成。

其结构和梁、腿结合形式如图10-3所示。