井巷断面与交叉点设计

1、断面设计

一、确定巷道断面形状┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉2

二、确定巷道断面尺寸┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉2

1、计算巷道净宽度B┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉2

2、计算巷道拱h。┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3

3、计算巷道壁高  ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3

4、计算巷道净断面面积S和净周长P┉┉┉┉┉┉┉┉5

5、巷道风速验算  ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6

6、选择支护参数┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6

7、选择道床参数┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8

8、计算巷道掘进断面尺寸┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8

三、布置巷道内水沟和管线┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8

四、计算巷道进工程量及材料消耗 ┉┉┉┉┉┉┉11

五、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┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11

2、交叉点设计

一、选型基本数据┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12

二、平面交岔点尺寸的计算 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉12

三、计算巷道掘进工程和材料消耗量┉┉┉┉┉14

3、巷道设计绘图┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉20

             一、断面设计

（一）确定巷道断面形状 

      根据设计要求和《煤矿安全规程》规定，设计巷道要满足安全和生产要求所以本设计采用900mm轨距双轨运输大巷，其净宽应在3m以上，且穿过中等稳定岩层，采用料石砌碹支护，半圆拱形断面，设计时不降墙高，交叉点采用单开，其设计如下：

（二）确定巷道断面尺寸

  1 、计算巷道净宽度B

由于本设计采用的是 XK 8－６／１１０Ａ电机车所以巷道设计要求的如下基本数据：宽=1054mm，高h=1550mm；3t矿车宽1200mm，高1400mm。

取巷道人行道宽c=840mm，非人行道一侧宽第一断面a=400mm，第二断面a=300mm，第三断面a=500m。又根据表6 – 2双轨中线距b=1600mm，则电机车之间的距离为：

1600-（1054/2+1054/2）=546mm＞200mm符合安全要求。

第一断面巷道净宽度：

B1=+b+=（400+1054/2）+1600+（1054/2+840）=927+1600+1367=34mm

第二断面巷道净宽度：

B2=+b+=（300+1054/2）+1600+（1054/2+840）                                                        =827+1600+1367=3794mm

第三断面巷道净宽度：

B3=+b+=（500+1054/2）+1600+（1054/2+840）=1027+1600+1367=3994mm

 2 、 计算巷道拱h。

本设计拱形采用半圆形根据几何性质我们可以求半圆拱形巷道拱高

第一断面巷道拱高

h。=B/2=34/2=1947mm，其半径R=h。=1947mm。

第二断面巷道拱高

h。=B/2=3794/2=17mm，其半径R=h。=17mm。

第三断面巷道拱高

h。=B/2=3994/2=1997mm，其半径R=h。=1997mm。

3、 计算巷道壁高 

①按1.6M高度人行宽度要求计算+-

式中渣面起1.6m水平处，运输设备上缘与拱璧间距 >=700，既有700宽的人行道。

    —根据表6-7得道碴高度=200mm；

          —机车宽度=1054mm；

          —轨道中线与巷道中线距离。

 第一断面：

=34/2-1367=580mm。

1600+200-=1290mm

第二断面：    

=3794/2-1367=530m

1600+200-=1413mm

第三断面：

=3994/2-1367=630m

1600+200-=1402mm    

②按管道装设计算，即：

式中—碴面至管子底高度，按《煤矿安全规程》规定取=1800mm；

    —管子悬吊件总高度，取=900mm；

    —电机车距管子不小于一定值200mm，即取=300mm；

    —根据表6-7得道碴高度=200mm；

    —轨道中线与巷道中线距离；

    D-- 压气管法兰盘直径，D=335mm。

第一断面：

=34/2-1367=580mm。

1800+900+200-=1492mm

第二断面：    

=3794/2-1367=530m

1800+900+200-=1451mm

第三断面：

  =3994/2-1367=630m

 1800+900+200-  =1405mm

③按人行高度计算即：  1800+

    式中j – 距巷道璧的距离，距璧j处巷道有效高度不小于1800mm，

  j100mm，一般取j=200mm。

在第一巷道： 1800+200-1140mm

在第二巷道： 1800+200-1152mm

 在第三巷道： 1800+200-1129mm

 根据上述计算，按管道要求且考虑一定富余量，确定巷道壁高1800mm故巷道壁高:

第一断面：H=1800-200+1947=3547mm。

第二断面：H=1800-200+17=3497mm

第三断面：H=1800-200+1997=3597mm

综上计算：因三断面巷道高相差不大，故取三断面巷道高都为H=3600mm

4 、计算巷道净断面面积S和净周长P（根据表6-12）

        S=B(0.39B+)

式中—道碴面以上巷道璧高   =1800-200=1600mm。                  第一断面：S=3547×（0.39×3547+1600）=10.6㎡

          P=2.57B+2=2.57×3547+2×1600=12.3m

第二断面：S=3497×（0.39×3497+1600）=10.4㎡    

           P=2.57×3497+2×1600=12.2m

第三断面：S=3597×（0.39×3597+1600）=10.8㎡    

           P=2.57×3597+2×1600=12.4m

5、巷道风速验算

巷道的通风量是根据矿井生产通风网络计算而得，通风量确定后，断面越小风速越大。风速大，即会扬起岩粉煤尘，损害工人身体健康，影响工作效率，又会引起瓦斯煤尘爆炸事故。《煤矿安全规程》规定的巷道允许最高风速如表6-4所列。但是，按《煤矿工业设计规范》规定：矿井主要进风巷的风速一般不大于6m/s，以满足矿井增产和经济风速的要求。所以设计的巷道净断面，必须进行风速验算，即

  V=Q/S 

V—通过巷道的风速，m/s

  Q—设计要求通过巷道的通风量， /s

  S—巷道的净断面面积，㎡

—巷道允许通过的最大风速m/s

 根据煤矿最大风量表可知=8m/s，我们可以根据本矿要求的最大风量和巷道断面求出煤矿的供风量  

       V=Q/S = 30/10.4 = 2.9m/s8 m/s

计算的大巷道断面面积满足风速的规定，可以使用。

6 、选择支护参数

根据巷道净宽3.9m、3.8m、4.0m。穿过中等稳定岩层即属Ⅲ类围岩，该采用砌碹支护，据表6-10。f>=8，砌碹厚度d=T=250mm。

7、 选择道床参数

 根据巷道的运输设备，已选用24㎞/m钢轨，其道床参数=360mm ， =200mm，道碴面至轨道面高度==360-200=160mm。故选用钢筋混凝土轨枕。

 8、计算巷道掘进断面尺寸（根据表6-12）

第一断面：

 巷道设计掘进宽度

B1=B+2T=34+2×300=4494mm

巷道计算掘进宽度

 B2=B1+2=4494+2×75=44mm

巷道设计掘进高度 

H1=H+hb+T=3547+200+300=4047mm

巷道计算掘进高度

 H2=H1+=4047+75=4122mm

巷道设计掘进断面面积

S1=B1(0.39B1+h3)=4494×（0.39×4494+1800）=16.0㎡

巷道计算掘进断面面积

   S2=B2(0.39B2+h3)=44×（0.39×44+1800）=16.8㎡

 第二断面：

巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3794+2×300=4394mm

巷道计算掘进宽度 B2=B1+2=4394+2×75=4544mm

巷道设计掘进高度 H1=H+hb+T=3497+200+300=3997mm

巷道计算掘进高度 H2=H1+=3997+75=4072mm

 巷道设计掘进断面面积

S1=B1(0.39B1+h3)=4394×（0.39×4394+1800）=15.4㎡

巷道计算掘进断面面积

S2=B2(0.39B2+h3)=4544×（0.39×4544+1800）=16.2㎡

第三断面

巷道设计掘进宽度

B1=B+2T=3994+2×300=4594mm

巷道计算掘进宽度 B2=B1+2=4594+2×75=4744mm

巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3597+200+300=4097mm

巷道计算掘进高度H2=H1+=4097+75=4172mm

 巷道设计掘进断面面积

S1=B1(0.39B1+h3)=4594×（0.39×4594+1800）=16.5㎡

巷道计算掘进断面面积

S2=B2(0.39B2+h3)=4744×（0.39×4744+1800）=17.3㎡ 

（三）布置巷道内水沟和管线

（一）水沟布置

已知通过巷道的水量为200m3/h，现采用水沟坡度为0.5%，由《井巷工程》查表6-15得：水沟深度450mm，水沟净断面积为0.169m2,水沟掘进断面积为0.207m2,每米水沟盖板用钢筋1.633kg，混凝土0.0276m3,水沟用混凝土0.120m3。

水沟布置一般要求如下：

1、水平巷道及倾角小于16度的倾斜巷道的水沟，一般布置在人行侧。当非人行侧有适当空间时，亦可布置水沟，但应尽量避免水沟穿越轨道和输送机。

2、在倾角大于16度的巷道中，当涌水量小或巷道较窄时，水沟与人行台阶可在巷道同侧平行或重叠布置；当涌水量较大或巷道较宽时，水沟和人行台阶可分设在巷道两侧。

3、专用排水巷道、中间设人行道的巷道、有底鼓的巷道和铺设整体道床的巷道，水沟也可布置在巷道中间。

4、巷道横向水沟，一般应布置在含水层的下方、上（下）山下部车场的上方、胶带机接头硐室的下方或出水点初。

（2） 管线布置

管道的布置要考虑安全、架设与检修的方便，其要求如下要求：

1、管道应布置在人行道一侧，管道的架设一般采用托架、管墩及锚杆吊挂等方式，并要考虑检修的方便；若架设在人行道上方管道上方，管道下方距道砟或水沟盖板的垂直高度不应小于1800mm，若架设在水沟上，应以不妨碍水沟清理为原则。锚喷支护的主要运输巷道，可将管路锚吊在行人侧的顶部。

2、当管道与管道呈交叉或平行布置时，应保证管道之间有足够的更换距离。管道架设在平巷顶部是时，应不妨碍其他设备的维修与更换。

3、管道与运输设备之间必须留有不小于200mm的安全距离。

  电缆布置一般有如下要求：

1、电力电缆和通讯电缆一般不要敷设在巷道的同一侧。如受条件设在同一侧时，通讯电缆设在动力电缆上方0.1m以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。

2、电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持0.3m以上的距离。

3、电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上，所以电缆悬挂高度一般为1.5~1.9m，电缆到巷道顶板的距离不小于300mm；电缆两个悬挂点的间距不大于3.0m；电缆与运输设备之间距离不小于0.25m，电缆与风筒相互之间应保持0.3m以上距离。

4、高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离大于0.1m以上。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。

   5、有煤尘瓦斯突出煤层中的回风巷，禁止设置动力电缆。  

根据要求，利用CAD绘制出运输大巷道断面施工图：

   管子悬吊在人行道一侧，电力电缆悬挂在非人行道一侧，通信电缆悬挂在管子上方，如图1所示。（图中数据一律取整数）

图1

（四） 计算巷道进工程量及材料消耗

由《井巷工程》查表6-12计算公式得：

第一断面掘进

  每米巷道拱与墙计算掘进体积  V1=S2*1=17.3m2

  每米巷道墙脚计算掘进体积 

      V3=0.2*(T+δ)22=0.2*(0.3+0.75)*1=0.075m3

  每米巷道拱与墙喷射材料消耗V2=1.57(B2-T1)*T1+2h3T1=1.57(4.544-0.3)*0.3+2*1.8*0.3=3.17m3

  每米巷道墙角喷射材料消耗  V4=0.2T1*1=0.2*0.3*1=0.03m3

  每米巷道喷射材料消耗（不包括损失）V=V2+V4=3.17+0.03=3.2m3

  每米巷道粉刷面积  Sn=1.27B3+2h+0.24=1.57*3.944+2*1.6=9.39m2

   式中 B3——计算净宽，B3=B2-2T=4.744-2*0.3=3.944m

所以    Sn=1.27*4.530+2*1.880+0.24=9.6m2

（五）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

 根据以上计算结果，按1:50比例绘制出巷道断面图，并附加上工程量及材料消耗量表

                           运输大巷特征

表1-4

表1-5

由设计要求可知煤矿井底车场，采用XK8-6/110A型蓄电池机电车运输，在一个双轨单侧交岔点处要求支巷对主巷的转角为60°，选用的岔型号DK924-5-20岔道的曲线半径为20m，支岔点系用料石

砌碹支护。

（一）选型基本数据

    已知：巷道断面为半圆拱形，其I-I断面：B1=34mm，     b1=850mm ；Ⅱ-Ⅱ断面:B2=3794 mm，b2=750mm；Ⅲ-Ⅲ断面:B3=3994mm，b3=950mm查表可以知道a=4066mm ，  b=5734mm，α=11°25′16″

（二）平面交岔点尺寸的计算

计算O点到道岔中心的横轴长度D，和纵轴长度H：

D=bcosα-Rsinα

=5734×cos11°25′16″-20000×sin11°25′16″=1660mm

H=Rcosα+bsinα

=20000×cos11°25′16″+5734×sin11°25′16″=19600+1135=20735.44mm

计算夹角

   =arcos=arcos=21°33′15″

从柱墩到岔心的距离

   l1=（R+b3）sin+D=（20000+950）sin+1660=9357mm

解直角三角形△TNM得

  TN=B3cos+500+B2=3994cos21°33′15″+500+3794=8009mm

  NM= B3 sin=3994× sin21°33′15″=1467mm

  TM===8142mm

TM断面面积

  S= TM (0.39 TM +) =8142×（0.39×8142+1600）=38.9m2

TM断面周长

  P=2.57TM+2 =2.57×8142+2×1600 =24.12m

从柱墩面刀基本轨起点的距离

  L1= l1+a=9357+4066=13423mm

由于设计断面巷道为双轨单侧且选用的14t的电机车所以由常理我们选斜墙斜率i=0.25则：

  Y=L1-L0-NM=14274-16060-1467=-3253

设计要求支巷对主巷的转角为60°，故从道岔道起的弯道转角为：

  α1=δ-α=60°-11°25′16″=48°34′44″

巷道长度为

  L=Rα1π/180°=20000×48°34′44″×(π/180°)=16949mm                                                                                                                  

（二）中间断面尺寸计算

   已知I--I断面自底板高为3994mm，而在TM断面墙高为1800mm，由此可知（3994-1800）/16060= 0.136

 通过绘图和计算可得出交叉点断面变化特征如下，交叉点变化断面特征计算结果：

各断面净面积：

S1=B1(0.39B1+h3)=4000×（0.39×4000+1600）=12.6㎡

S2=B2(0.39B2+h3)=4400×（0.39×4400+1600）=14.6㎡

S3=B3(0.39B3+h3)=4800×（0.39×4800+1600）=16.7㎡

S4=B4(0.39B4+h3)=5200×（0.39×5200+1600）=18.9㎡

根据表6-21知

第一断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=12.6×1=12.6m³

第二断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=14.6×1=14.6m³

第三断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=16.7×1=16.7m³

第四断面每米巷道拱与墙计算掘进体积V= S2×1=18.9×1=18.9m³

每米砌碹巷道砌拱所需材料  [B取4000，4400，4800，5200]

 第一断面：V1=1.579(B+T`）T`=1.57×（4000+300）×300

          =1.57×（4.0+0.3）×0.3= 2.03m³

第二断面：V1=1.579(B+T`）T=1.57×（4400+300）×300

         =1.57×（4.4+0.3）×0.3=2.21m³

第三断面：V1=1.579(B+T`）T=1.57×（4800+300）×300

         =1.57×（4.8+0.3）×0.3=2.40m³

第四断面：V1=1.579(B+T`）T=1.57×（5200+300）×300

        =1.57×（5.2+0.3）×0.3=2.59m³

每米砌壁所需材料V`2=2h3T`=2×1600×300=2×1.6×0.3=0.96m³

每米基础所需材料

   V3`=(m1+m2)T`+m1e=0.75×0.3+0.5×0.05=0.225+0.025=0.25 m³

第一断面每米填充所需材料V4`=1.57×4.0×0.075+2×1.6×0.075=0.60 m³

第二断面每米填充所需材料V4`=1.57×4.4×0.075+2×1.6×0.075=0.76 m³

第三断面每米填充所需材料V4``=1.57×4.8×0.075+2×1.6×0.075=0.81m³

第四断面每米填充所需材料V4``=1.57×5.2×0.075+2×1.6×0.075=0.85 m³

有水沟每米充填基础所需材料

V`4=

Q=(0.5+0.25×2+2×0.3+3×0.05) ×0.075=0.141 m³

每米基础掘进体积

  V`0=(m1+Q)(T+Q+e)+(m2+Q)(T`+2Q)=(0.5+0.075) ×(0.3+0.075+0.05)+(0.25+0.075) ×(0.3+2×0.075)

=0.575×0.38+0.325×0.45 =0.365 m³

第一断面每米砌碹巷道计算掘进体积V`=S2+V`0=15.3+0.365=15.7 m³

第一断面每米砌碹巷道粉面积 

 h2=h1+h=1.6m

  Sa`=1.57B+2h2=1.57×4.0+2×1.69=9.66㎡  

第二断面每米碹巷道计算掘进体积

   V`=S2+V0`=14.7+0.365m³=15.065m³

第二断面每米砌碹巷道粉刷面积

   Sa =1.57B+2h2=1.57×4.4+2×1.6=10.12㎡

第三断面每米砌碹巷道计算掘进体积

V`=S2+V`=15.96+0.365=16.325m³

第三断面每米砌碹巷道粉刷面积

  Sa`=1.57B+2h2=1.57×3.7+2×1.6=9.01㎡

第四断面每米砌碹巷道计算掘进体积

 V`=S2+V`=14.6+0.365=14.965m³

第四断面每米砌碹巷道粉刷面积

  Sa`=1.57B+2h2=1.57×3.7+2×1.6=9.01㎡

拱材料消耗量：

第一断面：Q= V1 ×L=1.57×2=3.14 m³

第二断面：Q= V1 ×L=1.59×2.00=3.18 m³

第三断面：Q= V1 ×L=1.×2.00=3.78 m³

第四断面：Q= V1 ×L=1.90×2.00=3.80m³

墙壁材料消耗量：Q= V`2 ×L

第一断面：Q= V`2 ×L=1.08×0.41=0.45 m³

第二断面：Q= V`2 ×L=1.08×2.00=2.16 m³

第三断面：Q= V`2 ×L=1.08×2.00=2.16 m³

第四断面：Q= V`2 ×L=1.08×2.00=2.16 m³

基础材料消耗量：Q= V3`× L

第一断面：Q= V3`× L=0.25×0.41=0.103 m³

第二断面：Q= V3`× L=0.25×2.00=0.5 m³

第三断面：Q= V3`× L=0.25×2.00=0.5 m³

第四断面：Q= V3`× L=0.22×2.00=0.44 m³

填充材料消耗量：Q= V4×L

第一断面：Q= V4`×L=0.8425×0.４1=0.350 m³

第二断面：Q= V4``× L=0.8325×2.00=1.665m³

第三断面：Q= V4``× L=0.8514×2.00=1.703m³

第四断面：Q= V4``× L=0.8613×2.00=1.723m³

        由于设计要求我们设计如下字母代表各自的参数

净断面体积：L1=L0-7*100-MN=16060-7000-1467=7.6m

       L2=L0=16m    L3=L4=2m

第一断面：V=S*L1=12.6*7.6=95.76m³

第二断面：V=S*L2=14.6*16=233.6m³

第三断面：V=S*L3=16.7*2=33.4m³

第四断面：V=S*L4=18.9*2=37.8m³

拱消耗材料：   

m³       V=

填充消耗材料： 

= m³ 

两边基础砌筑材料消耗：   

由公式，可算出交叉点的工程量计主要材料消耗量，其结果如下：

          交叉点工程量及主要材料消耗量