選擇巷道斷面形狀

1、巷道斷面設(shè)計,,巷道斷面設(shè)計,第一節(jié) 巷道斷面形狀,第二節(jié) 巷道斷面尺寸,第三 節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計和管線布置,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例,習(xí) 題,第一節(jié) 巷道斷面設(shè)計,一、巷道斷面設(shè)計原則 巷道斷面設(shè)計主要是選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。 設(shè)計的原則是：在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下，力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。,二、巷道斷面設(shè)計的內(nèi)容和步驟 ㈠選擇巷道

2、斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗算； ㈡根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計算出巷道的設(shè)計掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計算掘進(jìn)斷面尺寸； ㈢布置水溝和管纜； ㈣繪制巷道斷面施工圖，工程量表、材料消耗量一覽表。,第一節(jié) 巷道斷面形狀,一、巷道斷面形狀 二、影響巷道斷面選擇的因素,一、巷道斷面形狀狀,按構(gòu)成的輪廓線分兩種： 折線型：矩形、梯形、不規(guī)則形；

3、 曲線型：直墻拱形(如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形)以及封閉拱形、橢圓形、圓形等。見圖 3-1 巷道斷面形狀。,一、巷道斷面形狀,二、影響巷道斷面選擇的因素,㈠作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。㈡巷道用途和服務(wù)年限也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。㈢礦區(qū)的支架材料和習(xí)慣使用的支護(hù)方式，也直接影響巷道斷面形狀的選擇。㈣掘進(jìn)方法和掘進(jìn)設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響。 ㈤需要風(fēng)量大的

4、礦井，選擇通風(fēng)阻力小的斷面和支護(hù)方式，有利于安全和具有經(jīng)濟(jì)效益。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第二節(jié) 巷道斷面尺寸,一、巷道凈寬度的確定 二、巷道的凈高度 三、巷道的凈斷面面積 四、巷道風(fēng)速驗算 五、巷道設(shè)計和計算掘進(jìn)斷面面積,直墻拱形巷道的凈寬度：巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。,矩形巷道的凈寬度，系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。,梯

5、形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時，凈寬系指車輛頂面水平的巷道寬度；當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時，凈寬系指自底板起1.6m高水平的巷道寬度。,以直墻拱形巷道為例： B＝a十2A1十c十t,A1——運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度(表1-1)，m；a——非人行道側(cè)寬度 c——人行道的寬度 ；t——運(yùn)輸設(shè)備最突出部分之間的間距 （具體數(shù)值見煤礦安全規(guī)程）,第二十一條 巷道凈斷面必須滿足行人、運(yùn)輸、通風(fēng)和安全設(shè)施

6、及設(shè)備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求：（一）主要運(yùn)輸巷和主要風(fēng)巷的凈高，自軌面起不得低于2m。架線電機(jī)車運(yùn)輸巷的凈高必須符合本規(guī)程第三百五十六條和第三百五十七條的有關(guān)要求。（二）采區(qū)（包括盤區(qū)，以下各條同）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于2m，薄煤層內(nèi)的不得低于1.8m。采煤工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷及采區(qū)內(nèi)的溜煤眼等的凈斷面或凈高，由煤礦企業(yè)統(tǒng)一規(guī)定。巷道凈斷面的設(shè)計，必須按支護(hù)最大允許變形后的斷面計算。第二十二條

7、 運(yùn)輸巷兩側(cè)（包括管、線、電纜）與運(yùn)輸設(shè)備最突出部分之間的距離，應(yīng)符合下列要求：（一）新建礦井、生產(chǎn)礦井新掘運(yùn)輸巷的一側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬0.8m（綜合機(jī)械化采煤礦井為1m）以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m；巷道另一側(cè)的寬度不得小于0.3m（綜合機(jī)械化采煤礦井為0.5m）。巷道內(nèi)安設(shè)輸送機(jī)時，輸送機(jī)與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.5m；輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處與巷幫支護(hù)的距離應(yīng)滿足設(shè)備檢查和維修的需

8、要，并不得小于0.7m。巷道內(nèi)移動變電站或平板車上綜采設(shè)備的最突出部分，與巷幫支護(hù)的距離不得小于0.3m。（三）在人車停車地點的巷道上下人側(cè)，從巷道道碴面起1.6m的高度內(nèi)，必須留有寬1m以上的人行道，管道吊掛高度不得低于1.8m。第二十三條 在雙軌運(yùn)輸巷中，2列列車最突出部分之間的距離，對開時不得小于0.2m，采區(qū)裝載點不得小于0.7m，礦車摘掛鉤地點不得小于1m。車輛最突出部分與巷道兩側(cè)距離，必須符合本規(guī)程第二十二條的

9、要求。,一、巷道凈寬度的確定(續(xù)),為了滿足掘進(jìn)機(jī)械化裝載和鋪設(shè)臨時雙軌調(diào)車，以及運(yùn)輸綜采支架的需要。巷道最小寬度：主要大巷為2.2m；采區(qū)巷道為2 m。,在確定曲線段巷道凈寬度時，按公式計算巷道的凈寬，要考慮礦車在彎道上運(yùn)行，由于車體的中心線和線路的中心線不相吻合，發(fā)生礦車外邊角外伸和礦車內(nèi)側(cè)車幫內(nèi)移現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)和外側(cè)均要加寬0.2m。曲線段巷道加寬范圍：除曲線段外，用礦車運(yùn)輸時與曲線段兩端相聯(lián)的各長2m的直線段也要加寬

10、；用電機(jī)車運(yùn)輸時曲線兩端直線段加寬長度為3.0m。,雙軌巷道中心線加寬,雙軌巷道對開列車車輛之間應(yīng)有足夠的安全間隙，兩條平行軌道的中線距可按表1—2選取；,二、巷道的凈高度,1．矩形、梯形巷道：自渣面或底板到頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長度終端的高度。,2．拱形巷道凈高：自渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長度終端的高度。 主要是確定凈拱高和自底板起的墻高。 H=h0+h3-hb H—拱形巷道凈

11、高； h0—拱形巷道拱高； h3—拱形巷道墻高； hb—巷道內(nèi)道碴高度。,⑴拱高h(yuǎn)0常與巷道凈寬的比來表示（高跨比）：半圓拱：h０=R=B/2，⑵墻高h(yuǎn)3自巷道底板至拱基線的距離：架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子頂端兩切線交點處與巷道拱壁間最小安全間隙；管道的裝設(shè)要求；人行高度要求；1.6m高度人行道寬度；設(shè)備上緣至拱壁間最小安全間隙。,,二、巷道的凈高度(續(xù)),一般，架線電機(jī)車運(yùn)輸?shù)南锏溃雌?/p>

12、中架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子和管道裝設(shè)要求計算即能滿足要求；其它如礦車運(yùn)輸、僅鋪設(shè)輸送機(jī)或無運(yùn)輸設(shè)備的巷道一般只按行人高度要求即能滿足要求，但在人行道范圍1.8m以下，不得架設(shè)管線和電纜。 　以上計算的墻高h(yuǎn)3值，必須按只進(jìn)不舍的原則，以0.1m進(jìn)級。,三、巷道的凈斷面面積,1．矩形巷道凈斷面積：S＝BH B—巷道凈寬； H—巷道凈高。 2．梯形巷道凈斷面積： S＝(B1+B2)H/2；

13、 B1、B2—巷道頂、底板處凈寬； H—巷道凈高。3．半圓拱巷道：S＝B(0.39B+h2) h2—渣面起巷道壁的高度。4．圓弧拱巷道： S＝B(0.24B+h2),,矩形巷道,梯形巷道,,,,半圓拱形巷道,,圓弧拱形巷道,,四、巷道風(fēng)速驗算,生產(chǎn)礦井的巷道通常兼作通風(fēng)用，因此還要進(jìn)行最優(yōu)的風(fēng)速驗算：　V——通過巷道的風(fēng)速，　Q——通過巷道的風(fēng)量，　Vmax——巷道允許通風(fēng)的最高風(fēng)速

14、，m／s。,《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定如右表，《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：礦井主要進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)速一般不大于6m／s；輸送機(jī)巷道采區(qū)風(fēng)巷一般不大于4m／s。設(shè)計時，應(yīng)在不違反《煤礦安全規(guī)程》的原則下，按規(guī)范要求確定巷道斷面，以留有余地。,五、巷道設(shè)計和計算掘進(jìn)斷面積,1．支護(hù)參數(shù)的選擇 2．道床參數(shù)的選擇3．巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積 4．巷道計算掘進(jìn)斷面積,1．支護(hù)參數(shù)的選擇,支護(hù)是影響煤礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題，長期以來，棚式支

15、架和磚石、混凝土砌碹是支護(hù)的主要形式，近年來，金屬支架和錨噴支護(hù)得到發(fā)展。支架參數(shù)的選取，就是確定坑木的直徑、金屬和鋼筋混凝土構(gòu)件的斷面高度以及背板厚度、噴層的厚度或錨桿外露的長度.,2．道床參數(shù)的選擇,道床參數(shù)是按選取的鋼軌型號、軌枕規(guī)格和道碴厚度確定的。①鋼軌型號是根據(jù)巷道類型、運(yùn)輸方式及礦車容積來選取。 ②軌枕：軌枕的類型和規(guī)格應(yīng)與選用的鋼軌型號相適應(yīng)。 ③道床：一股采用堅硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道碴，顆粒度以

16、20~40mm為宜。,鋼軌軌枕型號,3．巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積,巷道凈尺寸加上支架、道床參數(shù)便可得到巷道的設(shè)計掘進(jìn)尺寸，從而求得巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面積。半圓拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）； B1—拱形巷道掘進(jìn)寬度；h3—墻高；圓弧拱巷道：S1=0.24B2+1.27BT+1.57T2+B1h3； B—巷道凈寬；T—墻厚；梯形巷道：S1=（B3+B4）H1/2； B3、B4—頂梁、底梁設(shè)計掘進(jìn)寬度

17、；H1——設(shè)計掘進(jìn)高度。,4．巷道計算掘進(jìn)斷面積,考慮到巷道在施工內(nèi)出現(xiàn)超挖觀象，因此，設(shè)計掘進(jìn)斷面尺寸應(yīng)加上允許超挖值δ(矩形、梯形棚子)，作為計算掘進(jìn)斷面尺寸。并以此計算出巷道的掘進(jìn)工程量和支護(hù)材料消耗量。,第三節(jié) 巷道斷面內(nèi)水溝設(shè)計和管線布置,一、水溝設(shè)計二、管線布置,一、水溝設(shè)計,1．位置：一般布置在人行道一側(cè)，少穿越運(yùn)輸線路。2．施工要求： 平巷水溝坡度值可取3‰~5‰，或與巷道的坡度相同，但一般不小于3

18、‰，以利于水流通暢。 運(yùn)輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可用鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)，服務(wù)年限短，排水量小的巷道其水溝可不用支護(hù)。 棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿距不小于300mm，圖3—7 。 為了行人方便，主要運(yùn)輸大巷和傾角小于15°斜巷的水溝，應(yīng)鋪放鋼筋混凝上預(yù)制蓋板，蓋扳頂面要與巷道渣面齊平。 常用的水溝斷面形狀有對稱倒梯形、半倒梯形和矩形。各種水溝斷

19、面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝流量，坡度，支護(hù)材料和斷面形狀等因素決定，常用的水溝斷面和尺寸見圖3—6、和表3—13。 為了使巷道內(nèi)不積水，巷道橫向水溝的一側(cè)也應(yīng)有2‰的坡度，并在水溝的側(cè)面壁上每隔一定距離開設(shè)φ50㎜的瀉水孔。,一、水溝設(shè)計(續(xù)),,,二、管線布置,1．管道通常應(yīng)部置在人行道一側(cè)，也可布置在非人行道一側(cè)。管道架設(shè)可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上方，管道下部與道渣面或水溝蓋板面保持1.8m

20、和1.8m以上的距離，若架設(shè)在水溝上，應(yīng)以不妨礙清理水溝為原則。 2．在架線式電機(jī)車運(yùn)輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。管道與運(yùn)輸設(shè)備之間必須留有不小于0.2m的安全距離。 3．通信電纜和電力電纜不宜設(shè)在同一側(cè)。如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時，通信電纜應(yīng)設(shè)在動力電纜上方0.1m以上的距離處以防電磁場作用干擾通訊信號。4．高壓電纜和低壓電纜在巷道同側(cè)布置時，相互之間距離應(yīng)大于0.1m以上；

21、同時高壓電纜之間、低壓電纜之間的距離不得小于50mm，以便摘掛方便。5．電纜與管道在同一側(cè)敷設(shè)時，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3m以上的距離。6．電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時不會撞擊電纜，或者電纜發(fā)生墜落時，不會落在軌道上或運(yùn)輸設(shè)備上。,二、管線布置(續(xù)),,,[例題) 某煤礦，年設(shè)計能力為90萬t，低瓦斯礦井，中央分列式通風(fēng)，井下最大涌水量為320m3/h。位。通過該礦第一水平東翼運(yùn)輸大巷的流水量為160m3/h，采用

22、ZK10—6/250架線式電機(jī)車牽引1.5噸礦車運(yùn)輸，該大巷穿過中等穩(wěn)定的巖層，巖石堅固性系數(shù)f =4～6，需通過的風(fēng)量為8m3/s。巷道內(nèi)敷設(shè)一道直徑為200mm的壓風(fēng)管和一趟直徑為100mm的水管。試設(shè)計運(yùn)輸大巷直線段的斷面。,一、選擇巷道斷面形狀、 年產(chǎn)90萬噸礦井的第一水平運(yùn)輸大巷，一股眼務(wù)年限在20年以上，采用 600mm軌距雙軌運(yùn)輸?shù)拇笙?，其凈寬?m以上，又穿過中等穩(wěn)定的巖層，故選用鋼筋砂漿錨稈與噴射混凝土支護(hù)，半圓拱

23、形斷面。,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),二、確定巷道斷面尺寸 ㈠確定巷道凈寬度B 查表3-1知ZK10—6/250電機(jī)車寬A1=1060㎜，高h(yuǎn)=1550㎜；1.5噸礦車寬1050㎜，高1150㎜。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，取巷道人行道寬C=840㎜，非人行道一側(cè)寬a=400㎜。又查表3-2知本巷雙軌中心線b=1300㎜，兩電機(jī)車之間的距離為：1300-（1060/2+1060/2）=240㎜故巷道凈寬度B=a1+b+

24、c1=a+2A1+C+t=400+2×1060+240+840=3600㎜。㈡確定巷道拱高h(yuǎn)0半圓拱巷道拱高h(yuǎn)0=B/2=3600/2=1800㎜，半圓拱半徑=h0=3600/2=1800㎜㈢確定巷道壁高h(yuǎn)3按架線電機(jī)車導(dǎo)電弓子要求確定h3 由3-8中半圓拱巷道拱高公式得,,,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)),2.按管道裝設(shè)要求確定h3,,3.按人行高度要求確定h3,,,綜上計算，并考慮一定的余量，確定本巷道壁高為

25、h3=1800㎜。則巷道高度H=h3-hb+h0=1800-200+1800=3400㎜。,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例(續(xù)),㈣ 確定巷道凈斷面面積S和凈周長P由表3-8得凈斷面面積S=B（0.39B+h2）式中：h2為道碴面以上巷道壁高，h2= h3-hb=1800-200=1600㎜。故S=3600×（0.39×3600+1600）=1081400㎜2=10.8㎡凈周長P=2.57B+2h2=2.5

26、7×3600+2×1600=12500㎜=12.5m㈤ 用風(fēng)速校核巷道凈斷面面積查表3-4，知Vmax=8m/s，已知通過大巷風(fēng)量Q=28m3/s，計算得：,,設(shè)計的大巷斷面面積、風(fēng)速沒超過規(guī)定，可以使用。,m/s,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),㈥ 選擇支護(hù)參數(shù)本巷道采用錨噴支護(hù)，根據(jù)巷道凈寬3.6m、穿過中等穩(wěn)定巖層即屬Ⅲ類圍巖、服務(wù)時間大于l0年等條件，得錨噴支護(hù)參數(shù)；錨桿長1.8m，間距a=0

27、.78～0.8m，排距a‘=0.8m，錨桿直徑d=18㎜，噴射混凝土層厚T1 =l00mm，而錨桿露出長度T2=50mm。故支護(hù)厚度T=T1=100㎜。㈦選擇道床參數(shù) 根據(jù)本巷道通過的運(yùn)輸設(shè)備，選用24kg/m的鋼軌，其道床參數(shù)hc、hb分別為360㎜和200㎜，道渣至軌面高度ha=hc-hb=360-200=160㎜。采用鋼筋混凝土軌枕。㈧確定巷道掘進(jìn)斷面面積巷道設(shè)計掘進(jìn)寬度B1=B+2T=3600+2×1

28、00=3800㎜。巷道計算掘進(jìn)寬度B2= B1+2δ=3600+2×75=3950㎜。巷道設(shè)計掘進(jìn)高度H1=H+hb+T=3400+200+100=3700㎜。巷道計算掘進(jìn)高度H2=H1+δ=3700+75=3775㎜。巷道設(shè)計掘進(jìn)斷面面積S1=B1（0.39B1+h3）=3800×（0.39×3800+1800）=12471600㎜2，取S1=12.5㎡。巷道計算掘進(jìn)斷面面積S2=B2（0.39

29、B2+h3）=3950×（0.39×3950+1800）=13194075㎜2，取S2=13.2㎡。,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),三、布置巷道內(nèi)水溝和管線 已知通過本巷道的水量為160m3/h，采用水溝坡度為0.3%，查表3-11得： 水溝深400㎜、水溝寬400㎜，水溝凈斷面面積0.16㎡；水溝掘進(jìn)斷面面積0.203㎡，每米水溝蓋板用鋼筋1.633kg、混凝土0.027

30、6m3，水溝用混凝土0.133m3。 管子懸吊在人行道一側(cè)，電力電纜掛在非人行道一側(cè)，通信電纜掛在管子上方，如圖3-8所示。四、計算巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量每米巷道拱與墻計算掘進(jìn)體積V1=S2×1=13.2×1=13.2m3；每米巷道墻腳計算掘進(jìn)體積V3=0.2×（T+δ）×1=0.2×（0.1+0.075）×1=0.04m3；每米巷道拱與墻噴射材料消耗V2=[1.5

31、7（B2-T1）T1+2h3T1]×1=[1.57（3.95-0.10）0.10+21.80×0.10]×1=0.96m3；每米巷道墻腳噴射材料消耗V4=0.2T1×1=0.2×0.1×1=0.02m3；每米巷道噴射材料消耗（不包括損耗）V= V2+ V4=0.96+0.02=0.98 m3；每米巷道錨桿消耗（僅拱部打錨桿）,,式中，P1’為計算錨桿消耗周長, ，P1’

32、=1.57B2=1.57×3.95=6.2m；M、M’為錨桿間距、排距M=M’=0.8m。,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),,五、繪制巷道斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道掘進(jìn)工程量和材料消耗量表.根據(jù)以上計算結(jié)果，按1：50比例繪制出巷道斷面圖（圖3-8），并附上工程量及材料消耗量表，如表3-12及表3-13。這些施工圖表發(fā)至施工單位，作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。,第四節(jié) 巷道斷面設(shè)計示例 (續(xù)),習(xí)題,道斷面設(shè)計的原